鐵路車輛大致可以分為車體、轉(zhuǎn)向架、連接緩沖裝置等部分。轉(zhuǎn)向架是鐵路車輛的走行部分，它的作用是承受車體上部的重量，傳遞牽引力和制動(dòng)力，緩和線路對(duì)車輛的沖擊。轉(zhuǎn)向架一般包括輪對(duì)軸箱裝置、彈性懸掛裝置、構(gòu)架和側(cè)架、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、車體支承裝置等部分（如圖1）。目前，我國(guó)鐵路貨車的主型轉(zhuǎn)向架是轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架，包括：軸承、輪對(duì)、側(cè)架、鍥塊、搖枕、枕簧、滑槽式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、旁承及下心盤等主要零部件組成。
轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)問題是鐵路貨車的設(shè)計(jì)中較為復(fù)雜的問題，車輛運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性主要取決于轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)是否合理。轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)中彈簧減振器是關(guān)鍵部件，彈簧減振器的主要參數(shù)有二十多個(gè)，靜態(tài)約束有十幾條，車輛系統(tǒng)的振動(dòng)（包括垂直、橫向、滾擺、點(diǎn)頭等形式），輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)（低速、高速時(shí)不同）、列車的曲線通過特性（通過彎道的抗傾覆、抗脫軌性能）等動(dòng)力學(xué)性能直接與彈簧減振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。
轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過設(shè)計(jì)參數(shù)、有限元分析和動(dòng)力學(xué)性能校核三個(gè)步驟，目前的設(shè)計(jì)活動(dòng)遵循“設(shè)計(jì)、分析、更改”的形式，即進(jìn)行有限元分析或動(dòng)力學(xué)性能校核發(fā)現(xiàn)不能滿足要求，再返回設(shè)計(jì)部門進(jìn)行修改。由于涉及的參數(shù)較多，參數(shù)之間的耦合關(guān)系也比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)往往需要較多時(shí)間。尤其是結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于車輛的動(dòng)力學(xué)性能的影響，往往只能依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷，當(dāng)模型比較復(fù)雜時(shí)，容易造成設(shè)計(jì)人員判斷失誤，工程更改則帶來產(chǎn)品開發(fā)周期延長(zhǎng)，質(zhì)量水平下降等問題。
因此，需要為設(shè)計(jì)人員提供一種工具，使他們?cè)谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，能夠直觀的理解參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)于動(dòng)力學(xué)性能的影響。下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的舉例來說明如何用設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)指導(dǎo)參數(shù)調(diào)節(jié)。
轉(zhuǎn)向架中的彈簧減振器被作為關(guān)鍵部件來處理，對(duì)其進(jìn)行行為仿真和原理解釋，但是設(shè)計(jì)人員在完成彈簧和減振器的參數(shù)設(shè)計(jì)以后對(duì)車輛的振動(dòng)性能進(jìn)行分析。車輛振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型中，圖2(a)只考慮有非線性阻尼的垂直自由振動(dòng)，圖2(b)是彈簧減振器的示意圖，彈簧減振器的參數(shù)有二十多個(gè)，包括簧條直徑、彈簧圈數(shù)、彈簧剛度、摩擦面角、摩擦面系數(shù)等，根據(jù)仿真需要進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。
STEP1)什么影響車體的振幅？
*車體離開平衡位置的距離；
STEP2)什么影響車體離開平衡位置的距離？
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