随着近年来的轨道车辆高速化发展,为了满足垂向大挠度,横向小刚度以及隔振等设计要求,越来越多的新型机车采用高圆簧形式的二系悬挂。在高圆簧组合系统中,橡胶垫以其超弹性和大变形成为降低横向刚度的关键。由于机车二系悬挂的各向刚度是影响机车车辆动力学性能指标的关键因素,因此精确获取其各向刚度参数具有十分重要的意义。目前,国内外对于高圆簧串联橡胶垫组合系统的刚度分析主要为经验公式法和试验方法。然而公式法属于线性估算方法,所得出的刚度值不能很好的反应车辆运行中橡胶垫的刚度特性,更无法表征高圆簧组合系统的非线性特征；试验方法虽然可靠,但在机车车辆设计计算阶段,无法实施。随着非线性计算仿真水平的不断完善,对机车二系悬挂进行非线性特性分析成为可能。运用非线性有限元方法对高圆簧组合系统的各向刚度进行分析可以较为真实的仿真实际情况。因此,本文基于Abaqus非线性有限元软件,对橡胶垫及高圆簧组合系统进行了非线性刚度分析,并与经验公式计算结果和准线性分析结果做了对比研究,论文做了如下几方面工作：(1)为了获取Mooney-Rivlin本构关系合理的参数,建立了轴对称橡胶支座有限元模型,通过分析不同系数取值下的橡胶支座垂向刚度,本文提出Mooney-Rivlin本构模型的参数取值为C2/C1=0.25。(2)基于Mooney-Rivlin本构关系建立橡胶弹簧的非线性有限元模型,分析了橡胶垫垂向刚度,横向刚度和弯曲刚度特性。其中垂向刚度及弯曲刚度表现出随位移增大而增大的强非线性,而横向刚度则表现为逐渐减小的弱非线性。与公式法和准线性有限元法结果相比,橡胶垫垂向刚度最大误差可达50%,横向刚度误差最大仅为4%。(3)建立完整的高圆簧串联橡胶垫非线性有限元模型,进而分析了组合系统的垂向及横向非线性刚度,其中垂向刚度为568.5-571.1N/mm,横向刚度为154.5-133.2N/mm。进一步研究了橡胶垫对高圆簧各向刚度和应力的影响,结果表明橡胶垫对组合系统的垂向刚度影响较小,对横向刚度的降低效果明显；橡胶垫的使用最大可降低高圆簧7.8%的法向应力和9%的剪切应力。(4)根据经验公式法和准线性有限元法计算了高圆簧组合系统的垂向和横向刚度。与非线性有限元法的分析结果相比,公式法垂向刚度的计算差别为11%,而准线性法的垂向刚度差别仅为1.6%；对于横向刚度计算差异,公式法最大20.2%,准线性法为19.5%。因此在分析高圆簧组合系统刚度,特别是横向刚度时,采用非线性有限元法更为精确可靠。