Sự dịch chuyển của các vật thể trong không gian được xác định bởi sự thay đổi trị số của một tọa độ thẳng góc nào đó trong một khoảng thời gian, chúng có thể có đặc trưng của dao động. Do đó nghiên cứu dao động của các bộ phận toa xe là một trong các nhiệm vụ quan trọng của động lực học toa xe cần được nghiên cứu.
Toa xe là một kết cấu phức tạp bao gồm từ nhiều bộ phận hợp thành, các bộ phận đều có khối lượng và có đặc trưng đàn hồi nhất định. Dưới tác dụng của các tải trọng khác nhau khi toa xe chuyển động, sẽ gây ra cho các bộ phận của toa xe các loại dao động trong không gian.
Nghiên cứu các loại dao động của toa xe nhằm đánh giá tính bình ổn, độ ổn định, tính êm dịu của chuyển động. Các bộ phận của toa xe được xem xét là: thùng xe, khung giá chuyển, xà nhún, bộ trục bánh xe… trong đó thùng xe là đối tượng nghiên cứu chính.
Thùng xe là một vật thể cứng, để xác định vị trí của nó trong không gian tại một thời điểm nào đó đòi hỏi phải biết sáu tọa độ độc lập. Để xác định vị trí của thùng xe, lựa chọn hệ tọa độ không gian thẳng góc cố định OXYZ có các trục song song và vuông góc với đường sắt.
Tương ứng với mỗi trục tọa độ, thùng xe có thể thực hiện 2 chuyển động là dọc trục và quay quanh trục, như vậy số chuyển động có thể xảy ra là 6.
Gắn vào thùng xe một hệ trục tọa độ động OuXuYuZu dao động của thùng xe đặt trên trục bánh và giá chuyển hướng, được thực hiện theo chiều dọc hoặc quay quanh mỗi trục hệ tọa độ đã chọn trên được gọi là các dao động cơ bản.
Các dao động cơ bản đó chia ra như sau:
- Dao động tịnh tiến dọc các trục tọa độ: OuXu được gọi là dao động dịch dọc; OuYu gọi là dao động dịch ngang; OuZu gọi là dao động nhấp nhô.
- Dao động quay quanh các trục hệ tọa độ: OuXu gọi là dao động lăn ngang; OuYu gọi là dao động gật đầu; OuZu gọi là dao động lắc ngang.
Trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét dao động trong mặt phẳng thẳng đứng nghĩa là ta chỉ xét đến dao động nhấp nhô ( dao động lên xuống quanh trục Z), và dao động gật đầu (dao động lắc quanh trục Y).