Page 268 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 39 卷第 2 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 39 No. 2
2026 年 2 月 Journal of Vibration Engineering Feb. 2026

面 向 低 转 速 及 变 转 速 复 合 工 况 下 滚 动 轴 承

故 障 诊 断 研 究

陈 鑫， 张飞祥， 郭 瑜， 王 勇， 马子胜

（昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500）

摘要：为解决低转速及变转速复合工况下滚动轴承故障特征微弱的难题，本文基于编码器信号提出了一种多周期累积互参考
相关系数信号重构（multi-period cumulative cross-reference correlation coefficient signal reconstruction，MPCRCC）的故障特征增强
方法。开展了径向载荷、转速变化工况下滚动轴承故障引起的瞬时角速度（instantaneous angular speed，IAS）波动特性分析，并
讨论了低转速工况下基于 IAS 信号的滚动轴承故障尺寸估计；开展了低转速及变转速复合工况下编码器信号中干扰分量分
析；基于滚动轴承故障引起的 IAS 波动特性，结合多周期微分累计与相关性分析，研究提出了 MPCRCC 算法，实现了低转速及
变转速复合工况下滚动轴承故障特征增强；采用仿真和试验数据进行验证分析，并与谱幅值调制和循环平稳算法进行对比，
验证了 MPCRCC 算法在低转速及变转速复合工况下增强滚动轴承故障特征的有效性和鲁棒性。
关键词： 故障诊断；滚动轴承；编码器信号；瞬时角速度；低转速及变转速
+
中图分类号：TH165 .3；TH133.3 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202501022

Rolling bearing fault diagnosis for low-speed and variable-speed

composite operating conditions

CHEN Xin，ZHANG Feixiang，GUO Yu，WANG Yong，MA Zisheng
（Faculty of Mechanical and Electrical Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China）

Abstract：To solve the problem of the weak characteristics of rolling bearing under low speed and variable speed，peoposes a multi-periodic
cumulative reference correlation coefficient (MPCRCC) schme based on the optical encoder signal to enchance fault features. The
characteristics of instantaneous angular speed (IAS) fluctuations caused by rolling bearing faults under different radial loads and velocities are
studied，and the fault size estimation of rolling bearings under low-speed is discussed. The interference component analysis of encoder signal
under the low-speed and variable-speed conditions is carried out. Based on the IAS signal fluctuation fearures caused by the rolling element
bearing fault，combined with the multi-cycle differential accumulation characteristics and correlation analysis characteristics，the MPCRCC
method is proposed to realize the fault detect of rolling element bearing fault under the low-speed and variable-speed conditions. The proposed
scheme is verified by simulation and experimental，and the effectiveness and robustness of the MPCRCC method are verified by the MPCRCC
method under the low-speed and variable-speed conditions.
Keywords：fault diagnosis；rolling bearing；encoder signal；instantaneous angular velocity；low-speed and variable-speed

低转速及变转速复合工况是机械装备常见工作 近年来，基于振动信号的滚动轴承故障检测技
条件，例如，电动汽车、风电装备、矿井提升机、工业 术得到快速发展，例如，ANTONI 等 [2] 提出了一种自
机器人等。滚动轴承作为旋转装备的关键零部件， 参考自消噪技术，用于提取故障特征分量，进而抑制
主要承担支撑转轴的重要作用，其健康程度直接影 背景噪声的干扰；BORGHESANI 等 [3] 提出了倒谱预
响机械装备的运行精度、效率和寿命 。因此，开展 白化技术，抑制一阶循环平稳特性分量，进而增强二
[1]
低转速及变转速复合工况下的滚动轴承故障诊断成 阶循环平稳特性分量；进一步地，MOSHREFZADEH 等 [4]
为故障诊断领域的研究热点之一。 提 出 一 种 谱 幅 值 调 制（ spectral amplitude modulation，

收稿日期：2025-01-09；修订日期：2025-05-17
基金项目：国家自然科学基金资助项目（52405593）；云南省教育厅高校服务重点产业科技项目（FWCY-ZNT2024007）；
云南省基础研究计划项目（202501ATO70308，202401BE070001-027，202501CF070185）；凉山州科技计划项目
（24QYJSCX0001）