随着高铁的日渐提速,轮轴在运转中承受更复杂的交变载荷与路谱振动冲击,加剧了其关键部件的疲劳损伤。轴承是联接轮轴和转向架的关键部件,与轮轴采用过盈配合联接,其主要失效形式为局部疲劳损伤。目前在进行轮轴轴承结构设计与接触性能研究时,基本看作是理想的二位轴对称模型,而没有考虑机加工精度造成的表面圆度缺陷对其接触性能的影响,从而无法解释在实际工作中,轴承局部早期疲劳损伤的产生机理。因此,本文旨在建立能够反映机加工特性的轮轴轴承随机表面圆度轮廓模型,通过压装过程仿真,完成其预应力不均匀分布分析,为后续轮轴轴承局部应力疲劳损伤机理及轴承故障诊断试验检测提供理论依据。具体研究工作如下:(1)具有随机特性的轮轴轴承三维实体建模研究。通过分析影响轮轴轴承过盈配合接触应力不均匀性的因素,基于轮轴机加工表面的圆度缺陷,确定随机外轮廓误差是影响过盈联接接触应力不均匀分布的主要因素,将二维理想轴对称模型转换为三维随机接触模型。利用乘同余法获取圆度轮廓的随机插值点,使用分段三次Hermite插值法,实现随机外轮廓的轮轴圆度模型的描述,并建立轮轴轴承的三维实体压装仿真有限元模型。(2)研究压装过盈量和随机圆度缺陷对轮轴轴承过盈配合接触应力的作用。研究发现,随机圆度误差是造成轮轴轴承过盈联接接触应力分布不均的主要原因,在运行过程中不均匀应力造成的循环载荷与交变外载荷共同作用下,会加剧轴承的局部疲劳失效,其应力分布在弹性范围内随过盈量呈正比例线性关系。揭示了过盈联接件装配接触应力不均匀分布的产生机理,提出了轮轴轴承接触应力的计算和不均匀性分析方法,为轮轴轴承的改进校核提供了新的理论与思路。(3)对一组压装模型条件下的轮轴轴承进行了基于声发射技术的全寿命周期在线监测与分析。在实验室滚振试验台工况下,轴承过盈配合接触面应力分布的不均匀性会加剧损伤的萌生与扩展。轮轴轴承圆度缺陷是造成运行时疲劳损伤仅在局部位置出现的主要原因,为轮轴轴承过盈配合接触性能分析提供了理论依据,该组模型条件下运行状态描述也为轴承故障诊断提供了分析依据。