Page 80 - 《振动工程学报》2025年第11期

2538 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

原始分量波形 重构波形 200

频率 / kHz 0.70 幅值 / V 0.5 0 幅值 / μm 0
0.65
0.60
0.55
0.50
0 0.02 0.04 0.06 0.08 −0.5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 −200
时间 / s 时间 / s 0 0.05 0.10 0.15 0.20
(a) 瞬时频率提取 (b) x r (t)重构波形 时间 / s
(a) IF extraction (b) Recovered waveform of x r (t) (a) 信号波形
原始分量波形 重构波形 1 原始冲击波形 冲击特征提取 (a) Signal waveform
幅值 / V 0.5 0 幅值 / V 0 50

−0.5 −1 幅值 / μm 83.75 Hz 168.8 Hz 252.5 Hz 337.5 Hz 421.3 Hz
0.04 0.05 0.06 0.04 0.06 0.08
时间 / s 时间 / s 0
(c) x r (t)重构波形细化 (d) x b (t)脉冲提取 0 100 200 300 400
(c) The details of (b) (d) Impulse extraction of x b (t) 频率 / Hz
(b) 信号频谱

图 14 信号重构和特征提取 (b) Fourier spectrum

Fig. 14 Signal reconstruction and feature extraction
图 16 单点碰摩振动信号
Fig. 16 Single-point rub-impact vibration signal
4 试 验 验 证 RM 结果，如图 17(b) 所示，该方法显著提升了时频分
辨率，使频带内的谐波及脉冲成分得以初步识别，但
本节通过两组碰摩故障试验信号，验证所提 Bi- 其聚集性仍有提升空间。作为 MSST 的高阶拓展形
MST 方法在复合非平稳振动信号的时频表示与特征 式，2nd MSST 能更清晰表征强时变信号，如图 17(c)
提取方面的能力。 所示，该方法能辨识出频带内两类谐波分量的瞬时

频率，但其对脉冲成分的表征效果欠佳。相比之下，
4.1 单点碰摩故障振动分析
STET 作为一种先进的双向后处理方法，在谐波与脉
首先，对转子试验台的单点碰摩故障信号展开 冲成分的时频表征方面均取得了较理想的效果，如
分析，试验装置如图 15 所示。试验过程中，通过调节 图 17(d)，然而二者相邻分量间存在显著交叉干扰，
碰摩杆与转盘间的间隙以模拟单点碰摩故障 。此 会影响分量分离和重构精度。
[4]
外，采用电涡流位移传感器采集转子振动信号。试
500 500

验设定转子转速为 5057 r/min，采样频率为 2560 Hz。
400 400
#
#
2 转子 1 转子 300 300
频率 / Hz 200 频率 / Hz 200
碰摩杆
100 100

0 0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.1 0.2 0.3 0.4
轴承座 时间 / s 时间 / s
(a) STFT结果 (b) RM结果

图 15 单点碰摩故障模拟试验台 (a) The TFR of STFT (b) The TFR of RM
500 500
Fig. 15 The test rig for single-point rub-impact fault simulation

400 400
图 16 给出了振动信号的时域波形及其频谱特
征，其中转频成分占据主导，而 2 倍频、3 倍频、4 倍频 300 300
及 5 倍频等高次谐波的幅值则相对较弱。仅凭信号 频率 / Hz 200 频率 / Hz 200
波形和频谱特征难以准确判定是否存在碰摩故障。
100 100
图 17 展示了该振动信号的 STFT 时频谱及多种
时频后处理结果，包括 RM、2nd MSST、STET。受海 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4
时间 / s 时间 / s
森堡不确定性原理制约，STFT 结果的时频分布模
(c) 2nd MSST结果 (d) STET结果
糊，且存在显著的能量扩散现象，尽管能观察到转频 (c) The TFR of 2nd MSST (d) The TFR of STET

分量具有频率调制特征，但其他分量的时频特征难 图 17 单点碰摩信号的多种时频表示
以 辨 识 。对 STFT 初 始 时 频 表 示 进 行 重 排 后 可 得 Fig. 17 Various TFRs of single-point rub-impact signal