轴箱轴承作为高铁的关键传动部件,服役环境复杂,随着高速列车动车组的不断提速其将承受更大的惯性力和振动冲击作用,加剧了其疲劳损伤。轴承的主要失效形式为接触疲劳损伤,表现出较强的随机特性,轴承的接触问题为较为复杂的三维随机接触问题。目前对轴承力学性能及疲劳特性的大量研究中,忽略了零件的配合表面的三维因素,主要将轴承配合部件看作是二维轴对称模型,无法解释轴承早期损伤随机产生的原因。为了探寻轴承随机损伤的力学机理,考虑配合加工表面的圆度因素将过盈配合的轴对称问题转化为三维接触问题,进而分析轴承在运行状态下应力分布随圆度公差变化之间的关系;结合疲劳损伤理论及P-S-N曲线,揭示了具有随机特性的失效原因,为后续轴承健康监测及高铁修程修制提供理论依据。具体研究工作如下:(1)轴承配合表面的三维轮廓模型及其解析力学分析的研究。分析轴承配合表面机械加工工艺特点,接触表面的圆度具有随机特点,利用随机数模型及保形分段三次Hermit插值算法,将二维轴对称问题转换为三维接触问题,建立具有随机特性的轴承接触力学模型。(2)轴承配合的不均匀变形及运行状态的轴承动力学仿真的分析。分析了所建立的圆度模型对轴承装配体位移分布的影响,并且研究了不同过盈量、不同公差等级对轴承位移分布的影响;根据轴承实际的运行状态,以轴承的旋转惯性力及路谱产生的垂向加速度和振动为基础,完成轴承的动力学模型建立及有限元仿真分析。(3)轴承疲劳损伤机理及疲劳寿命研究。根据动力学仿真所得应力时间历程,采用雨流计数法完成应力谱循环次数的统计。借助统计学理论,对应力谱外推得到轴承的8级应力谱,结合轴承的P-S-N曲线及Miner损伤理论完成轴承疲劳模型的建立并实现轴承寿命的预估,为过盈配合设计及其强度校核提供理论依据。(4)轴承滚振试验台损伤状态试验与分析。采用声发射技术,在滚振试验台上转向架四个轴箱轴承进行了状态监测试验,采集数据的处理与分析的结果表明,轴承损伤部位具有随机特点。