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针对发动机加速过程振动信号的非平稳性和存在强背景噪声的特点，提出阶比跟踪与变分模态分解（VMD）相结合的方法。对于柴油机曲轴轴承故障和汽油机连杆轴承模拟试验振动信号，利用阶比跟踪技术将时域上的非平稳信号转化为角域上的伪平稳信号，利用VMD对重采样信号进行分解，选择包含故障信息的模态分量，计算其阶比、转速、功率谱所构成的三维阶比谱阵，提取故障特征。仿真分析和故障模拟试验验证了该方法的有效性。