[发明专利]一种活齿减速器故障定位方法

权利要求书

1.一种活齿减速器故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采集活齿减速器在正常运行状态下的振动时域信号；从振动时域信号中截取连续的采样数为n的不重叠的V组正常信号；并将每组时域信号的波形转换成频域分布；其中n和V均为大于1的正整数；

（2）分别计算V组正常信号数据的8个特征参数C₁～C₈，构成观测数据集C={C_vi}_V×8；对C做改进的主分量分析处理，得到时频主分量Y和载荷矩阵W；

（3）根据时频主分量Y的χ²统计量U，构建时频主分量统计特征图，并绘制出时频主分量统计特征图上的正常区域；

（4）采集活齿减速器在第一故障状态下的振动时域信号，从振动时域信号中截取连续的采样数为n的不重叠的V组故障信号；并将每组时域信号的波形转换成频域分布；

（5）分别计算V组故障信号数据的8个特征参数构成观测数据集对C^(b)做标准化处理后与载荷矩阵W相乘，得到第一故障时频主分量Y^(b)；

（6）在时频主分量统计特征图上绘制由第一故障时频主分量Y^(b)构成的第一故障分区；

（7）按照步骤（4）-（6）所示的方法遍历活齿减速器的所有故障状态，在时频主分量统计特征图上得到若干个故障分区；

（8）采集活齿减速器在运行状态下的振动时域信号；从振动时域信号中截取连续的采样数为n的不重叠的V组待诊断信号；并将每组时域信号的波形转换成频域分布；

（9）分别计算V组待诊断信号数据的8个特征参数C₁'～C₈'，构成观测数据集C'={C_vi'}_V×8；对C'做做标准化处理后与载荷矩阵W相乘，得到待诊断时频主分量Y'；

（10）在时频主分量统计特征图上绘制由待诊断时频主分量Y'构成的待诊断区域；

（11）若待诊断区域位于正常区域内，则判断出活齿减速器无故障；若待诊断区域位于任意一个故障分区内，则判断出活齿减速器存在与故障分区对应的故障类型；否则，活齿减速器存在未知故障。

2.根据权利要求1所述的活齿减速器故障定位方法，其特征在于，所述特征参数包括4个时域分布中的无量纲统计特征参数：

波形指标：C1=xrmsx‾]]>峰值：C2=xmxrms]]>

偏斜度：C3=1s3Σi=1n(xi-x‾)3n-1]]>峭度：C4=1s4Σi=1n(xi-x‾)4n-1-3]]>

以及4个频域分布中的无量纲统计特征参数：

稳定率：C5=N0Nm]]>波高率：C6=PmPrms]]>

功率谱标准差：C7=Σi=1n/2(fi-fm)·PiΣi=1n/2Pi]]>频率高低比：C8=Σi=n/4n/2PiΣi=1n/4Pi]]>

其中，x_i为采样点i的振动时域信号，x_m=max{x_i|i=1,…,n}，s=1n-1Σi=1n(xi-x‾)2;]]>

P_i为频率f_i的功率谱，P_m=max{P_i|i=1,…,n}，N0=Σi=1n/2{fi2·Pi}Σi=1n/2Pi,]]>Prms=1n/2Σi=1n/2Pi2.]]>

3.根据权利要求1所述的活齿减速器故障定位方法，其特征在于，所述改进的主分量分析处理包括如下步骤：

（3.1）令观测数据集为D，D＝{d_ij}_V×8；

（3.2）对观测数据集D做标准化处理，得到标准化矩阵Z_V×8：

Z＝{z_ij|z_ij=(d_ij—μ_j)/s_j}，其中μ_j和s_j分别表示第j列的样本均值与样本标准差；

（3.3）计算Z的样本协方差矩阵Q：

Q={qij}8×8={1V-1Σk=1V(zki-μzi)(zkj-μzj)}8×8,]]>

其中μzi=Σr=1VzriV,]]>μzj=Σr=1VzrjV;]]>

（3.4）解|Q–λE|=0方程组，E为单位阵，求出Q的特征值λ_j与特征向量t_j；

记Λ＝{λ_j，j=1,2,…,8}为特征值按从大到小顺序排序后的特征值序列，按照主元贡献率法确定主分量维数H：

H=min{k|Σi=1kλiΣi=18λi≥CPV,k=1,···8},]]>CPV为确定主元个数的控制限；记Λ_H=diag{λ₁,…,λ_H}为前H个最大特征值为对角线构成的对角阵，T＝{t₁,t₂,…,t_H}_8×H为前H个最大特征值对应的特征向量矩阵；

（3.5）根据贝叶斯理论，采用极大似然估计法确定载荷矩阵W：

W_8×H=T(Λ_H-σ²E)^1/2，σ2=18-HΣk=H+18λk]]>

（3.6）令Y＝ZW，则Y_V×H为时频主分量。