轮轴作为轨道车辆的重要行走部件,采用过盈配合联接,其主要失效形式是局部疲劳失效。传统的弹性力学解析法和有限元法将轮轴接触问题看作二维接触力学问题来研究,而没有考虑机加工精度等级造成的表面圆柱度因素对其接触状态的影响,从而无法解释轮轴局部疲劳失效的力学机理。因此,本文旨在建立能够反映机加工特性的轮轴随机表面圆柱度轮廓模型,将二维问题转化为三维接触问题,通过模拟压装过程,完成接触应力不均匀性分析,为揭示轮轴局部疲劳损伤机理提供理论依据,由此提出轮轴设计校核的方法。本文首先定性地分析了压装力随机分布的成因;然后研究了轮轴接触面圆柱度轮廓建模方法并建立了三维接触有限元模型;最后分析了轮轴的圆柱度因素、过盈量对其接触应力的不均匀性、接触变形及接触压力的影响,具体研究工作如下:1.通过轮轴压装试验数据分析,压装力变化具有随机遍历性;并通过影响压装力的诸多因素分析,认为轮轴接触面的圆柱度因素是压装力随机分布的主要原因。2.基于圆柱度的轮廓三维建模研究。首先将圆柱度误差分离为径向误差和轴向误差;然后研究轮廓点的分布特性,借助软件生成符合轮廓点分布特性的随机数序列,利用分段三次Hermite插值方法生成周向轮廓;最后采用对空间周向轮廓进行插值的方法生成轴向轮廓,完成了圆柱度轮廓三维建模研究。3.三维随机接触模型建立。基于圆柱度轮廓点云生成NURBS曲面片,并将其缝合建立轮轴三维实体模型;利用有限元软件对轮轴装配体进行处理,建立了轮轴三维接触有限元模型。4.通过三维随机接触模型分析,表明了圆柱度因素是应力分布不均匀及压装力随机变化的主要原因,可为后续的轮轴疲劳失效力学机理研究及强度设计校核提供理论依据。