Page 273 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 陈 鑫，等：面向低转速及变转速复合工况下滚动轴承故障诊断研究 589

5.0 3.2

IDF 3.5 IDF 2.2

2.0 1.2
1 3 5 7 9 1 3 5 7 9
P P
(a) −5 dB (b) −10 dB
1.8 6.0

IDF 1.1 IDF 3.5

0.4 1.0
1 3 5 7 9 −1 −5 −9 −13 −17 −21
P SNR/dB
(c) −15 dB (d) P=5

图 7 IDF 指标与 P 和 SNR 的关系
与 的关系
Fig. 7 Relationship between IDF and P, SNR

32

X 1 ：滚动体进入点 X 2 ：滚动体退出点 K=10000
Y: 28.82 Y: 25.17
X 1 / rad
Y: 25.44
IAS / (rad·s −1 ) 故障对应的弧度 T c / s 21 Y: 13.57
N w
10
1 11 21
X 2 / rad P
(b) P与T c 的关系
IAD / rad
(b) Relationship between P and T c

图 8 N w 的设置模型
图 9 计算成本
Fig. 8 Setting model of N w
Fig. 9 Computational cost
2018b 版本的 MATLAB，基于式 (11) 和 (12) 产生仿真
周期数 P 和窗宽 N w 。首先，P 为提高 M j 有效性的关
信 号， 参 数 设 置 为 A=1， ζ=0.5， f n =5×， f bpfo =3.6×， P=2,
键参数，周期数越多，微分均值的累计数越大，对重
3, …, 20, K=5×10 , 10 , …,1.5×10 ，循环计算 100 次获
5
3
4
构 信 号 的 信 噪 比 增 强 效 果 越 好， 通 常 设 置 P≥2；
取平均值，结果如图 9 所示。可见，被分析信号 w i 的
N w 为滚动轴承故障引起的 IAS 故障冲击角度，可通
数据长度 K 越大，MPCRCC 算法的计算成本越大，几
过式 (16) 计算获得。
乎呈现线性趋势；此外，当数据长度 K 不变时，随着
周期 P 的增大（参考信号长度的增大），算法的计算
成本会增加，但是随着参考信号数据长度 l 的增大， 5 基 于 自 适 应 MPCRCC 算 法 的 滚 动 轴 承
整体分析数据 K−l 会减小，进而导致分析数据长度 故 障 特 征 提 取
减小，计算成本会逐步降低。

4.4 参数讨论 5.1 技术路线
MPCRCC 算法需要设置 2 个关键参数：感兴趣 为有效增强低转速及变转速复合工况下滚动轴

25.0 承 故 障 弱 特 征， 本 文 提 出 一 种 自 适 应 MPCRCC 算
l=5000, P=3 Y: 19.26
p
法，其技术路线如图 10 所示。图 10 中， ρ m 表示感兴
T c / s 12.5 Y: 13.55 趣的周期数，Y p 表示感兴趣周期数 ρ m 对应的频谱。
p
Y: 9.1 详细步骤如下：
Y: 0.19 Y: 4.7
0 （1）通过高速计数器获取瞬时角位移信息和对
0 0.5 1.0 1.5 应的时间信息，并采用式 (1) 估计 w i 。
K ×10 5
(a) K与T c 的关系 （2）在高径向载荷工况下获取高信噪比的滚动
(a) Relationship between K and T c
轴承外圈故障信号，作为参考信号 w R ，并通过极值获

与 的关系