Page 148 - 《振动工程学报》2026年第3期

748 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

在点 2463 之后，退化曲线急剧上升，服役性能急剧
退化，轴承进入失效阶段。
为了验证本文所提方法在捕捉轴承性能退化初
始时刻的准确性，选取初始退化点对应的第 2339 组
振动样本进行分析，该样本的波形和频谱如图 8 所
示。从图 8（a）中可以观察到，时域波形中的周期性
脉冲并不明显；从图 8（b）频谱中可以观察到，在不
图 6 GADF 灰度图像纹理特征 同的频带范围内均存在能量集中现象，通过波形和
Fig. 6 Texture features of GADF gray⁃scale images 频谱难以判断轴承当前状态。
得到的对比度波动曲线较为平稳，随着滚动轴承的
持续运行，对比度特征快速增大，且性能退化状态
与健康状态的对比度特征差异较大。图 6（b）所示
图 像 熵 值 曲 线 的 波 动 较 为 剧 烈 ，曲 线 整 体 呈 现 上
升趋势。图 6（c）所示平均值波动曲线相较于图像
熵波动曲线较为平稳，且相较于对比度特征，性能
退 化 状 态 与 健 康 状 态 的 图 像 总 体 灰 度 值 差 异
更小。
基 于 以 上 分 析 ，为 了 综 合 各 个 纹 理 特 征 的 优
势，通过加权融合的方式构建新的轴承性能退化指
标。首先利用归一化方法将 3 个纹理特征指标序
列映射至同一尺度，通过式（11）计算得到对比度、图
图 8 第 2339 组样本波形和频谱
像熵和平均值的权重分别为 0.43、0.245 和 0.325，根 Fig. 8 Waveform and spectrum of 2339th sample
据式（12）对 三 个 纹 理 特 征 指 标 进 行 加 权 融 合 ，从
而 得 到 轴 承 性 能 退 化 曲 线 ，并 对 性 能 退 化 曲 线 进 利 用 最 大 二 阶 循 环 平 稳 盲 解 卷 积（maximum
行 五 点 三 次 平 滑 处 理 。 此 外 ，为 了 精 确 捕 捉 轴 承 second order cyclostationary blind deconvolution，
初 始 退 化 时 刻 ，选 择 前 450 组 振 动 信 号 作 为 健 康 CYCBD）算法对该组样本进一步分析，所得解卷积
样 本 ，并 根 据 式（14）设 置 健 康 阈 值 ，最 终 结 果 如 信号的波形和包络谱如图 9 所示。由图 9（a）可以观
图 7 所示。 察到，第 2339 组样本经解卷积处理后波形中的周期
性脉冲显著增加，且在图 9（b）包络谱中提取到了理
论外圈损伤特征频率 f o 及其倍频，可认为此时轴承
外圈出现损伤，说明图 7 中轴承性能退化曲线的点
2339 为轴承性能退化初始时刻，由此验证了本文方
法的可靠性及准确性。

图 7 滚动轴承性能退化曲线
Fig. 7 Performance degradation curve of rolling bearing
从图 7 中可以发现，随着滚动轴承的持续运行
与外加载荷的作用，在第 2339 点之前，退化曲线呈
现缓慢上升趋势，但整体较为平稳，轴承运行状态良
好 。 在 点 2339，退 化 指 标 首 次 超 过 健 康 阈 值 且 点
2339 后面 10 点均超过阈值线，判断轴承此刻出现早
期损伤，轴承性能开始退化。在点 2339 与点 2415 之
间，退化曲线以较快的速度增长，轴承进入加速退化
阶段。在点 2415 与点 2463 之间，退化曲线的增长速 图 9 第 2339 组样本 CYCBD 分析结果
度进一步加快，此时轴承性能进入严重退化阶段。 Fig. 9 CYCBD analysis results of 2339th sample