提出了一种适用于轨道车辆轴箱振动能量采集的两自由度磁悬浮振动能量采集器。基于单自由度磁悬浮振动能量采集器的基本原理，设计了磁悬浮双自由度振动能量采集器的基本结构。利用磁偶极子模型，推导了圆柱形磁铁的磁力方程，建立了磁悬浮二自由度能量采集系统的动力学方程。考虑到系统的强非线性，采用龙格-库塔方法得到了系统的幅频响应曲线。根据轨道车辆轴箱实测时程和频率分布的特点，设计了磁悬浮二自由度振动能量采集器的核心参数。比较分析了单自由度振动能量采集器和双自由度振动能量采集器的频率响应特性。结果表明，非线性二自由度振动能量采集器可以有效地拓宽能量采集装置的工作带宽，提高能量采集能力。在简谐振动激励下，二自由度振动能量采集器的输出功率约为单自由度振动能量采集器的1.1倍，工作带宽可拓宽约2.7倍。在轨道车辆轴箱实测振动激励下，两自由度振动能量采集器可在站间采集31.5mJ能量，峰值感应电流为14.6mA，mW峰值输出功率为9.4。