Page 76 - 《振动工程学报》2026年第5期
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              接定子和转子的关键支承部件，其故障在各类电机                            都提出了将物理模型和转子动态响应作为信息输入
                                 [3]
              故障中占比高达        42% ，严重的轴承故障会造成重大                  的深度学习模型，精确识别了轴承故障类型和故障
              安全隐患和巨大经济损失。因此，研究有效的电机                            位置。高淑芝等        [20]  利用  3  个振动传感器所采集到的
              滚动轴承状态监测和故障诊断方法具有重要意义。                            信号衰减量，分析计算故障轴承的准确位置。刘强
                  当滚动轴承存在早期的局部缺陷时，会产生一                          等 [21]  提出了一种数据驱动的融合多轴轴温的动态潜
              系列微弱的脉冲信号，然而这些脉冲信号常常被强                            结构建模方法的列车轴承故障定位方法，实现了列
              烈的背景噪声和干扰信号淹没。目前，多种典型的                            车轴承故障综合指标的动态监测。高瑞斌等                     [22]  以一
              轴承故障特征提取方法已被广泛应用于滚动轴承故                            种改进的滚动轴承系统故障动力学模型为基础，应
              障诊断中，包括随机共振（SR） 、奇异值分解（SVD） 、集                    用多通道时间序列自适应分解算法提取出隐藏在原
                                                        [5]
                                      [4]
              成经验模态分解（EEMD）         [6]  和调制信号双谱（MSB）      [7]  始多通道信号中的定位诊断特征。
              等。陆志杰等       [8]  提出了一种基于自适应变分模态分                     以上研究往往需要多传感器节点、多通道数据
              解（AVMD）的轴承早期故障诊断方法，对非线性非                          或多传感信号融合，依靠单传感器所采集的振动信
              平稳信号实现了更优的分解效果，避免模态混叠问                            号实现多轴承支承复杂轴系的故障定位的研究还不
              题。为了降低振动信号的复杂性，并考虑到非均匀                            够充分，此外传统加速度计所采集的振动信号传递
              振动源的特点，BORGHESANI 等          [9]  在全尺寸工业轴         路径复杂，信噪比较低。随着无线通信技术的发展，
              承试验台上对倒谱预白化方法进行了评估。CHEN                           无线传感器节点在状态监测领域得到了广泛的应
              等 [10]  提出了一种检测方法，通过对解析信号进行广                      用，压电和微机电系统（MEMS）具备高数据传输速
              义包络解调，扩大了包络分析的循环平稳性的范围，                           率和高采样率，并且能够与无线系统集成安装在转
              增强了轴承故障的信号强度。此外，轴承故障特征                            轴上以获得转子的高频振动响应                [23-24] 。基于  MEMS

              增强也可以通过物理结构来实现，LIN                 等  [11]  设计了   传感器的转子感知（on-rotor sensing，ORS）技术，缩短
              一种鼓形元结构，通过结构动力学优化实现了轴承                            了从轴承故障发生位置到振动采集端的传递路径，
              微弱故障信号的频带增强。该结构能够在低频段显                            获取的转子振动信号具有较高的信噪比，在轴承故
              著提升故障特征的信噪比，使得原始振动信号无需                            障诊断、磨损参数识别中展现了巨大的优势                    [25-26] 。
              频带选择，即可直接通过包络解调提取清晰的故障                                综上所述，本文揭示故障轴承激励与转子多模态
              特征频率成分。                                           振动的非线性耦合机制，提出一种基于多模态转子振
                  随着故障诊断技术的发展，对于多轴承支承的                          动特性和无线转子感知技术的电机轴承故障定位与
              复杂机械系统的监测需求，已从单一故障诊断扩展                            诊断方法。首先，应用有限元法建立转子-轴承系统的
              到包含精确定位的综合监测。JIN               等  [12]  提出了一种     动力学模型，通过模态分析获得系统的频响函数与振
              基于多粒度信息融合的智能框架，用于在多轴承系                            型特征。在此基础上，研究轴承不同故障类型以及故
              统中辅助轴承故障的诊断和定位，结果表明，该方法                           障位置轴承激励作用下转子系统的非线性振动特性
              对高斯噪声和拉普拉斯噪声具有较强的鲁棒性。江                            与模态响应规律。最后，利用电机故障轴承试验台开
              文涛等   [13]  提出了一种基于共振解调波束形成的滚动                    展试验研究，验证所提方法的有效性，为复杂机械系
              轴承故障定位方法，有效解决了传统定位方法在较                            统中多轴承故障的精准定位与诊断奠定理论基础。

              大传声器间距下存在的定位混叠以及精度不足的问
              题。SINGH    等  [14]  利用  Stockwell 变换和支持向量机，       1    模  型  建  立
              通过电流信号识别出电机轴承故障。柳小勤等                      [15]  针
              对轴承的环形结构，建立了不依赖于声发射传播速                                为探究故障轴承激励下转子系统的振动特性，
              度的定位计算模型，基于到达时间差的声发射定位                            根据电机及其支承轴承的结构特点和具体参数，建
              方法，找出损伤的确切位置。沈田等                 [16]  提出了一种      立了柔性转子-轴承系统动力学模型。该模型主要
              基于结合门控循环单元的声发射信号拾取方法，实                            包含两个关键部分：转子-轴承系统动力学模型和滚
              现了对轴承微弱损伤的诊断与定位。声发射信号一                            动轴承缺陷激励模型。通过有限元法建立的系统动
              般适用于轴承故障特征频率低，受转速波动影响较                            力学模型，可精确表征不同位置轴承激励下的系统
              大的低速重载轴承，且背景噪声对传感器系统的性                            振动响应特性，为基于单传感器测点转子振动信号
              能影响较大      [17] 。除了数据驱动的方法之外，建立转                  的故障轴承定位方法提供理论基础。

              子-轴承系统的动力学模型，研究轴承故障与转子系
                                                                1.1    转子-轴承系统动力学模型
              统宏观响应之间的映射关系，是实现轴承故障诊断
              和定位的重要途径。SADOUGHI 等             [18]  和  DENG  等  [19]  如图  1  所示，电机转子通常包括联轴器、轴承、
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