高速列车的安全高效运营，离不开转向架系统中轴箱轴承这一核心部件的稳定支撑。轴箱轴承承担着传递牵引力、制动力以及支撑车轮旋转的关键职责，如同高速列车的 “承重关节”，其承受的载荷特性直接决定疲劳寿命，而寿命可靠性又与列车运行安全紧密相连。一旦轴箱轴承出现疲劳剥落、磨损等故障，极易引发车轮失稳甚至脱轨等重大事故。因此，深入研究高速列车轴箱轴承的载荷规律、精准预测其疲劳寿命并制定优化方案，对提升高速列车运营安全性、降低运维成本具有重要的工程价值与现实意义。

一、轴箱轴承的载荷特性与测试方案设计

高速列车轴箱轴承多采用双列圆锥滚子轴承，其服役工况极为复杂。列车在加速减速、弯道行驶、通过道岔等过程中，轴承需同时承受径向载荷、轴向载荷及倾覆力矩；轨道不平顺带来的激扰还会产生瞬时冲击载荷，而低速进出库时的频繁启停与转向，更会造成特殊的载荷累积。这些复杂载荷的动态变化，正是导致轴承疲劳损伤的核心诱因，因此精准捕捉载荷数据是后续研究的基础。

针对载荷测量的核心需求，研究团队创新性地设计了两种兼具可靠性与实用性的测试方案。第一种是间接测量方案，通过将轴箱弹簧与转臂进行传感器化改造，实时采集二者在列车运行中的受力数据，再借助力学传递关系反向推算出轴承所承受的综合载荷。该方案无需改动轴承本体结构，对列车正常运行影响极小，适配长期跟踪测试场景。第二种为直接测量方案，在轴承外圈精准开槽并布置应力测点，直接捕捉轴承工作时的应力信号以实现载荷识别。这种方式能最大程度还原轴承自身的受力状态，测量精度更高。经高速列车实际运营测试验证，两种方案输出的数据均稳定可靠，为后续力学分析和寿命预测提供了坚实的数据支撑。

同时，通过车辆 - 轨道动力学模型进一步研究发现，无轨道激扰时车速对滚子滚道接触载荷影响较小，但非承载区滚子与外圈滚道的接触载荷会与速度呈平方关系；而轨道激扰会导致载荷瞬时值剧烈波动，且车速越快，外圈接触载荷的标准差越大，载荷数据波动也越显著。这些发现为全面掌握轴箱轴承的载荷特性提供了重要理论依据。

二、轴箱轴承的力学分析模型构建

为深入解析双列圆锥滚子轴承的内部受力机制，研究采用静力学法与有限元法相结合的方式搭建力学分析模型，实现了从初步估算到精准模拟的递进式分析。

静力学法通过简化轴承结构，忽略部分非关键细节，能够快速获取轴承载荷分布的近似解，适用于前期方案的快速评估与筛选。而有限元法则凭借其对复杂结构的适配性，展现出显著的细节优势。研究借助有限元软件构建了轴承精细化模型，不仅能准确模拟滚动体与内外圈的接触状态，还能清晰呈现接触载荷分布、部件形变及接触刚度等关键参数的变化规律。对比两种方法的结果发现，二者在载荷分布的整体趋势上基本一致，进一步验证了分析结果的可靠性。

此外，研究还针对圆锥滚子与滚道的接触部位建立了专项接触模型，结合 Hertz 理论开展应力仿真分析。通过该模型，清晰揭示了轴承载荷与应力传递的内在关联，例如接触应力会随径向载荷的增大呈非线性增长，且在滚子两端易出现应力集中现象。这一发现为后续基于应力的疲劳寿命评估提供了关键理论支撑，也为轴承结构优化指明了方向。

三、疲劳寿命预测模型的建立与验证

基于实测载荷数据，结合传统轴承疲劳寿命理论与线性累积损伤准则，研究构建了适配高速列车时变载荷工况的疲劳寿命预测模型，突破了传统模型对工况简化过度的局限。该模型充分考虑列车在不同速度区间的载荷波动，以及由此引发的周期性应力循环，使预测结果更贴近实际服役情况。

对比测试显示，在相同工况下，新模型的疲劳寿命预测值相对传统理论计算值更低，这种保守性估算虽看似 “严苛”，却能大幅提升列车运行的安全冗余。同时，研究特别关注到低速特殊工况的影响，创新性地引入 “每公里损伤” 概念量化进出库过程中的轴承磨损。数据显示，尽管进出库车速低，但频繁启停和转向导致的每公里损伤值远高于正常高速运营状态，这一发现提示在寿命计算中必须纳入此类特殊工况的损伤累积，否则会造成寿命预测的严重偏差。

值得注意的是，结合车轮多边形演化的研究进一步完善了寿命预测体系。研究发现，随着运营里程增加，车轮多边形磨耗幅值增大，会导致轴承外滚道接触载荷最大值和载荷标准差显著上升，每公里损伤值最高可达 1.4×10