随着城市轨道交通建设进程的加快,由地铁车轮低阶不圆磨耗带来的轮轨异常振动和噪声问题日益凸显。国内外学者针对车轮低阶不圆磨耗问题已有相关研究,但对于机理研究还未有较明显的结论。本文基于地铁车轮低阶不圆磨耗现象展开研究:线路试验数据时域和频域分析结果作为问题出发点;基于车轮材料探究了车轮低阶不规则磨损形成机理,建立轨道系统有限元模型分析了轨道P₂力振动频率下模态特性;针对轮轨接触点零点偏移及钢轨波磨下的振动规律,分析与车轮低阶不圆磨耗关系。主要研究内容和结论如下:1)通过对国内运营较为成熟的地铁车辆进行动力学试验和车轮不圆度测试,明确地铁车轮普遍存在5⁹阶的低阶不圆磨耗问题,以7⁹阶不圆为主,垂向存在55Hz附近主频,与车轮转频的7⁹倍频接近。2)经过普通道床时,车轮镟修前后轴箱均存在与速度无关的55Hz附近垂向振动主频,该主频为轮轨耦合系统下的P₂力振动频率。3)基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了簧下质量-轨道系统连续梁的有限元模型,经理论计算和仿真表明线路实测55Hz附近的P₂频率明显低于钢轨一阶自振频率,钢轨三个特征区间振型阶次比例为1:5:2,P₂力振动频率与簧下质量、钢轨基础分布刚度密切相关。地铁车辆结构三个区间长度比例与P₂力振动频率下对应轨道垂弯阶数比例相当。4)车轮材料金相组织中上贝氏体、马氏体组织是造成车轮周向不均匀磨耗的根本原因,解释了不圆度测试发现的车轮具有低阶多边形特征但又不规则的磨耗现象。5)利用建立的连续梁有限元模型分析轮轨接触点零点偏移现象,解释了理论计算的垂弯阶数对应频率值与实际值存在差异的原因。结合钢轨波磨现象分析与车轮7⁹阶的低阶不圆形成关系。