随着高速列车的快速发展,高速列车各关键零部件的自主创新是“制造强国”和“一带一路”战略实施的重要支撑。轴箱轴承作为高速列车关键零部件之一,如果运行过程中出现故障易引发轴温报警,导致列车降速运行甚至紧急停车,从而影响线路的正常运行造成经济损失。当前高速列车所有的轴箱轴承均是进口产品,轴箱轴承国产化是高速列车发展亟需解决的课题之一。轴箱轴承在运用过程中其内圈与轮对相连,外圈匹配在轴箱座或箱体内与一系悬挂相连,再与构架侧梁相连接,这些部件的动态特性是相互耦合的。本文从车辆系统动力学和轴承动力学的角度出发来研究车辆与轴承的相互作用关系,主要研究工作及结论如下:1、建立包含轴箱轴承的车辆-轨道系统动力学模型。其中轴承考虑为6自由度滚子和6自由度保持架模型,车体、构架、轮对均考虑为刚性模型,钢轨考虑为欧拉梁的连续离散支撑梁模型,采用模态叠加的方法进行求解。通过与常规模型比对的方法来验证所建模型的可信性。由于常规车辆-轨道耦合模型通常将轮对和轴承作为一个整体,本模型将轮对和轴箱分开,对比研究发现轮对和轴箱振动加速度幅值上较为接近,但轴箱垂向加速度幅值比轮对垂向加速度幅值稍大,轴箱横向加速度幅值比轮对横向加速度幅值略小。2、对高速列车轴箱轴承振动特性进行研究。结果表明:轨道激扰对滚子滚道接触载荷有影响,且在非承载区,滚子与外圈滚道会发生接触,接触载荷与速度呈平方关系。不同车速下,外圈受到的接触载荷均值差异不明显,但标准差差异明显,且车速越快,标准差越大。轮轨激扰会使滚子与保持架碰撞力增大,滚子与保持架发生径向碰撞尤为明显,同时轮轨激扰也会加剧保持架的打滑,甚至出现负打滑的情况。3、结合损伤理论和滚子滚道接触载荷值,提出基于累积损伤的轴箱轴承疲劳寿命计算模型。结果表明:车速越快,损伤增长速率越大,导致轴承寿命缩短。轨道激扰大小对轴箱轴承的累积损伤和疲劳寿命影响明显,轨道激扰越大,损伤越大且损伤增长速率越大,轴承寿命越短。相比于车速和轨道激扰,曲线半径对轴箱轴承的累积损伤和疲劳寿命影响较小。4、基于车轮踏面缺陷模型,研究踏面缺陷下轴箱轴承的冲击响应。车轮踏面缺陷模型采用车轮圆周半径变化的方法建模。结果表明:车轮扁疤会对外圈滚道接触载荷产生影响,在车轮进入扁疤区域时产生的冲击载荷的作用效果为减小滚子外圈接触载荷,在车轮离开扁疤区域时产生的冲击载荷的作用效果为增大外圈接触载荷。随着扁疤长度增加,车轮在进入和离开扁疤区域,滚子外圈受到的冲击载荷均增加。车轮不圆顺激扰引起滚子滚道接触载荷规律性波动,在不圆顺激扰条件下,滚子外圈接触载荷相较于无不圆顺激扰增大约21.5%。5、研究轴承滚道局部故障和表面波纹度下车辆系统的响应。轴承故障采用滚子滚道表面位置变化来体现。结果表明:局部故障下,由于缺陷长度、缺陷宽度、缺陷深度的不同,轴承会出现一次冲击或者二次冲击现象。一次冲击时,处于缺陷区域中的滚子依然承载。二次冲击时,处于缺陷区域的滚子不承载而导致滚道其余承载区中的滚子受载增大。在外圈有波纹度时,轴箱垂向振动加速度包含外圈故障频率频率f_bsfo及其倍频。当波纹度阶数等于滚子数的整数倍时,轴箱垂向振动加速度在外圈故障频率f_bsfo处振动加速度幅值最大。在内圈有波纹度时,轴箱垂向振动加速度包含内圈故障频率f_bsfi和内圈转动频率f_i组合的频率及其倍频。当波纹度阶数接近滚子数的倍数时,轴箱垂向振动加速度明显增大。6、依据实测的轴承外圈轮廓线的变化,研究滚子滚道间非赫兹接触和轴承寿命问题。结果表明:当滚子和滚道轮廓线均未修形时,滚子两端会出现明显的应力集中现象,且滚子小端接触应力大于滚子大端接触应力。当滚子与外圈滚道都有修形时,轴承在刚开始使用时,滚子与外圈滚道为凸凸接触,随着列车运营里程的增加,当轴承运行超过120万公里时,滚子与外圈滚道由凸凸接触转换为凸凹接触。滚子滚道的轮廓外形对轴承寿命影响明显,滚子滚道接触应力越大对应的轮廓外形,轴承寿命越短。