摘要
随着“一带一路”、“交通强国”等战略的不断深入，跨国联运需求更加广泛。采用变轨距转向架可有效实现在不同轨距铁路间直通运行，安全高效。针对高速变轨距转向架在运行过程中出现的车轴异常磨损问题，以某400km/h、1435mm/1520mm变轨距转向架轮轴结构为研究对象，分析其车轴–滑动轴承接触特点，计算车轴磨损深度。 本文首先针对该变轨距转向架，分析其轮轴结构特点和变轨过程。按照标准GB/T17855—2017校核花键强度，DIN5480-250×5×50×9H/8f渐开线花键副满足使用要求；根据标准DIN5480-1—2006计算花键副尺寸偏差，内、外花键齿侧间隙为0.107～0.228mm；基于标准GB/T5371—2004计算外花键–车轴过盈量为0.325～0.350mm、内花键–车轮过盈量为0.260～0.285mm，两处配合均满足不产生塑性变形的要求。 其次，针对轮轴结构变形和车轴–滑动轴承接触问题，按照标准EN13014—2009计算轮轴载荷；基于Hertz接触理论求解轮轨接触椭圆斑半轴长，确定车轮踏面约束区；通过简化轴颈载荷，得到其径向载荷分布函数。车轴和滑动轴承之间存在间隙，载荷作用下车轴发生弯曲变形，车辆运行过程中车轴表面产生疲劳磨损，并根据修正的Archard磨损模型确定车轴磨损计算方法和基本流程。 然后，通过建立轮轴结构有限元模型，研究滑动轴承树脂厚度、车轴–滑动轴承配合间隙和车辆运行速度对轮轴结构变形、车轴–滑动轴承接触压力和树脂剪切应力的影响。滑动轴承含有树脂能够减小轮轴结构变形，显著降低车轴–滑动轴承接触压力和边缘效应；车轴–滑动轴承配合间隙在0～0.3mm以内变化，对轮轴结构变形、车轴–滑动轴承接触压力和树脂剪切应力基本无影响；车辆运行速度在0～400km/h范围内增加，对轮轴结构变形影响较小，但车轴–滑动轴承接触压力和树脂剪切应力均明显呈非线性增长。 最后，通过提取车轴–滑动轴承接触压力，运用修正的Archard磨损模型计算车辆运行30万公里车轴的磨损深度。车辆运行速度为300km/h、车轴–滑动轴承间隙为0.3mm，当树脂厚度分别为0mm、0.6mm和1.0mm时，车轴最大磨损深度分别为5.285mm、0.483mm和0.468mm，滑动轴承含有树脂可以有效降低车轴磨损；车轴–滑动轴承配合间隙为0.3mm、树脂厚度为0.6mm，车辆分别以200km/h、400km/h运行，车轴最大磨损深度分别为0.426mm、0.568mm，车辆运行速度对车轴磨损影响显著，在运行过程中需要定期检测车轴的磨损情况，避免因车轴异常磨损产生安全问题。
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