機(jī)械設(shè)備安裝中關(guān)于軸對(duì)中的技術(shù)分析

(廣西機(jī)電技師學(xué)院 廣西 柳州 545005)

在機(jī)械設(shè)備安裝中，常常涉及到聯(lián)軸器的安裝。聯(lián)軸器是聯(lián)接軸與軸或軸與回轉(zhuǎn)部件為一體，在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力過(guò)程中一起回轉(zhuǎn)而不脫開(kāi)的裝置。聯(lián)軸器可以補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移，起到緩沖、減振和安全防護(hù)的作用。當(dāng)同軸度誤差超差后，將造成軸承上受有附加力，從而嚴(yán)重地降低軸承的使用壽命，并加快軸承密封件的磨損，導(dǎo)致設(shè)備的泄漏現(xiàn)象出現(xiàn)。此外，同軸度超差還會(huì)造成機(jī)器振動(dòng)，機(jī)器噪音增加，能量消耗增加，零件疲勞破壞等一系列不良影響。不對(duì)中的形式歸納起來(lái)可分為3種，如圖1。

圖1 軸不對(duì)中的表現(xiàn)形式

軸對(duì)中就是指對(duì)有動(dòng)力傳遞關(guān)系的兩根軸進(jìn)行同軸度調(diào)整連接，常見(jiàn)的比如電機(jī)與油泵的對(duì)中連接，電機(jī)與減速機(jī)的對(duì)中連接等，其目的在于減少由聯(lián)軸器連接的兩個(gè)相鄰軸之間的錯(cuò)位量，使旋轉(zhuǎn)中心盡量重合。良好的對(duì)中能降低設(shè)備運(yùn)行的振動(dòng)；減少能量損失；降低軸承、密封件、聯(lián)軸器等的磨損；還有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量。軸對(duì)中常用的方法有單表法、雙表法、激光對(duì)中儀對(duì)中法三種。

一、單表法(單表雙打)

只測(cè)定聯(lián)軸器輪轂外圓的徑向讀數(shù)，不測(cè)量端面的軸向讀數(shù)，測(cè)量操作時(shí)僅用一個(gè)百分表，故稱單表法。圖2是單表法的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 單表法的安裝示意圖

圖3 數(shù)據(jù)記錄方法

操作步驟：先將表座安裝在A端，百分表打在B端的外圓頂上，表針調(diào)零后轉(zhuǎn)動(dòng)A端360度，每轉(zhuǎn)90度記錄一次數(shù)據(jù)。再將表座安裝在B端，百分表打在A端的外圓頂上，表針調(diào)零后轉(zhuǎn)動(dòng)B端360度，旋向與第一次同向，每轉(zhuǎn)90度記錄一次數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算出電機(jī)腳的調(diào)整量進(jìn)行調(diào)整達(dá)到對(duì)中的目的。如圖3所示。

對(duì)中原理：第一次記錄的四個(gè)數(shù)據(jù)取水平方向和垂直方向的差值的一半進(jìn)行調(diào)整電機(jī)端，消除平行度誤差；兩次測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)進(jìn)行比較，根據(jù)比較的差值在水平方向和垂直方向繪制兩個(gè)B點(diǎn)至A點(diǎn)的斜率圖，再根據(jù)B點(diǎn)到電機(jī)前腳與后腳的距離將斜率線延長(zhǎng)，按相似三角形的比例就可以得出電機(jī)的調(diào)整量。這種方法需要多次重復(fù)測(cè)量才能達(dá)到準(zhǔn)確的對(duì)中。

技術(shù)分析：用這種方法使同軸度誤差的評(píng)估變得較為簡(jiǎn)單，特別在兩個(gè)軸分離較遠(yuǎn)時(shí)，本方法更為準(zhǔn)確，易于以圖形來(lái)顯現(xiàn)出調(diào)整軸軸線的位置，畫(huà)圖較為簡(jiǎn)單，測(cè)量過(guò)程不易受兩個(gè)軸的軸向竄動(dòng)的影響。但操作較為繁瑣，兩次安裝的位置和打表的位置要對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的起始點(diǎn)也要對(duì)應(yīng)，容易引起操作不當(dāng)?shù)恼`差。

二、雙表法(軸-徑向)

軸-徑向雙表組合測(cè)量法是利用兩個(gè)百分表分別打在調(diào)整端的外圓和端面上，轉(zhuǎn)動(dòng)表座，按水平和垂直的極點(diǎn)分別同時(shí)記錄兩組數(shù)據(jù)。

圖4 軸-徑向雙表法安裝示意圖

圖5 軸-徑向?qū)χ姓{(diào)整原理

操作步驟：測(cè)量時(shí)，用百分表架將兩個(gè)百分表安裝在基準(zhǔn)軸(S)上，用于測(cè)量調(diào)整軸(M)的同軸度誤差(如圖3所示)，其中，徑向百分表的測(cè)量桿指向半聯(lián)軸器(或軸)的外圓表面并垂直于軸線，用于測(cè)量調(diào)整軸的徑向位移誤差值；軸向百分表的測(cè)量桿垂直于半聯(lián)軸器(或軸)的端面(平行于軸線)，用于測(cè)量調(diào)整軸的角度位移誤差值。測(cè)量時(shí)，分別在四個(gè)測(cè)量位置(0°、90°、180°、360°)進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。

對(duì)中原理：外圓百分表檢測(cè)兩軸的平行誤差，端面百分表檢測(cè)軸心線的轉(zhuǎn)角誤差，根據(jù)表針擺動(dòng)記錄數(shù)據(jù)繪制斜率圖，計(jì)算出調(diào)整量后再調(diào)整電機(jī)在水平和垂直方向的位置，達(dá)到對(duì)中的目的。如圖5所示。

技術(shù)分析：這種方法是比較簡(jiǎn)單和容易操作的，且數(shù)據(jù)直觀；只要表架的長(zhǎng)度和剛性夠，不受兩軸距離的影響；最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)調(diào)整，邊檢測(cè)邊調(diào)整。幾個(gè)需要注意的是移動(dòng)端必須有法蘭盤，法蘭盤的直徑越大數(shù)據(jù)月準(zhǔn)確；百分表的安裝最好垂直于被測(cè)表面；對(duì)中調(diào)整順序?yàn)橄日{(diào)整垂直方向，再調(diào)整水平方向。

三、激光對(duì)中儀對(duì)中法

激光對(duì)中儀運(yùn)用CCD激光感應(yīng)技術(shù)，準(zhǔn)確圖形化顯示兩軸線的偏擺情況，用藍(lán)牙無(wú)線連接主機(jī)和激光測(cè)頭，讓操作更加快捷方便精準(zhǔn)。因?yàn)榧す獠煌谄渌馐鼡碛泻軓?qiáng)的穿透力，以及不受溫度等外界因素困擾等特點(diǎn)，被廣泛用于進(jìn)行對(duì)中操作。Fixturlaser采用了大量新技術(shù)，比如分辨率和線性度更高的CCD激光感應(yīng)技術(shù)，準(zhǔn)確生動(dòng)的圖形化操作指引，以及可選的無(wú)線連接。這些技術(shù)結(jié)合成為了一套更加簡(jiǎn)便、快捷的激光對(duì)中系統(tǒng)(如圖6所示)。

圖6 激光對(duì)中系統(tǒng)

圖7

操作步驟：先檢查激光對(duì)中儀的各零件是否完好，電量是否足夠，通信是否正常；然后將激光測(cè)頭安裝在軸上，S測(cè)頭安裝在固定端，M測(cè)頭安裝在移動(dòng)端，粗調(diào)好兩個(gè)測(cè)頭的相對(duì)位置后預(yù)緊；再打開(kāi)主機(jī)連接通信，按圖7的指示測(cè)量出4個(gè)距離尺寸依次輸入主機(jī)存儲(chǔ)，這4個(gè)數(shù)據(jù)將是電腦計(jì)算斜率比例的基礎(chǔ)參照；接下來(lái)調(diào)整兩個(gè)測(cè)頭在垂直和水平方向的相對(duì)位置，誤差不得超過(guò)0.3°，如圖7的頂端所示；然后分別在3、12、9點(diǎn)鐘方向測(cè)量三次，主機(jī)會(huì)自動(dòng)計(jì)算并顯示檢測(cè)結(jié)果，如圖8所示。

圖8

對(duì)中原理：如圖9所示，激光束分別從裝在S、M軸上的兩只測(cè)量器發(fā)出，并被對(duì)方所接收。當(dāng)光束落在接收器的光電點(diǎn)陣CCD采集面上時(shí),便形成一個(gè)很小的照射區(qū)域;儀器主機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算,確定出該照射區(qū)域的能量中心點(diǎn)。隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，各自光束的能量中心點(diǎn)也分別在對(duì)方接收器的CCD采集面上移動(dòng)。儀器根據(jù)位移量即可計(jì)算出被測(cè)設(shè)備的軸偏差和角偏差。激光對(duì)中儀是通過(guò)分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)正交平面內(nèi)實(shí)際偏差的分量、并分別糾正其分量偏差來(lái)調(diào)整對(duì)中設(shè)備的。現(xiàn)將激光對(duì)中儀的工作過(guò)程簡(jiǎn)化,如圖7所示，并研究其中一個(gè)平面內(nèi)的偏差分量。圖中，A和B分別為兩個(gè)被測(cè)軸的軸心線，S為測(cè)得的兩只測(cè)量器間的距離，δ為兩軸聯(lián)接端面處的軸偏差(通常位于兩測(cè)量器間的中點(diǎn))，α為兩軸間的角偏差。兩軸經(jīng)過(guò)180°的翻轉(zhuǎn)，軸上的測(cè)量器便從兩軸的上半部分別移至下半部，此時(shí)，激光束分別在對(duì)方接收器的CCD采集面上發(fā)生位移，設(shè)位移的徑向分量分別為ΔA和ΔB，可知角偏差與徑向位移分量的關(guān)系為：tanα=(ΔA+ΔB)/2S(式1)。假設(shè)B軸作平移，使兩軸在中點(diǎn)處重合，則ΔA和ΔB將分別變?yōu)棣-2δ和ΔB+2δcosα。根據(jù)對(duì)稱原理，可知軸偏差與徑向位移分量的關(guān)系為：ΔA-2δ=ΔB+2δcosα(式2)。

圖9

從以上分析可知，激光對(duì)中儀的測(cè)量值僅與對(duì)方接收器CCD采集面上光束能量中心位移的徑向分量有關(guān)。由(式1)可知，角偏差的任何微小變化均可從ΔA+ΔB的變化中檢測(cè)出來(lái)，而使用千分表是無(wú)法做到這一點(diǎn)的；(式2)則表明，當(dāng)角偏差很小時(shí)，cosα=1，δ=(ΔA-ΔB)/4，測(cè)量的精確性相當(dāng)高。值得一提的是，大多數(shù)激光對(duì)中儀除了能精確地測(cè)出軸偏差和角偏差外，將設(shè)備地腳墊平點(diǎn)與測(cè)量器的距離輸入儀器(見(jiàn)圖7)，還能計(jì)算出設(shè)備各個(gè)地腳的墊平值及平移值，大大方便了設(shè)備的調(diào)整。

技術(shù)分析：

1.先做軟腳測(cè)試，就是要保證電機(jī)的安裝腳在同等擰緊力矩下處于同一平面，再對(duì)中測(cè)量，可以有效減少返工次數(shù)。

2.對(duì)中轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)結(jié)果一定要重復(fù)測(cè)得相同結(jié)果后再松開(kāi)螺栓調(diào)整，針對(duì)同一臺(tái)設(shè)備同一次對(duì)中，每次轉(zhuǎn)動(dòng)都按相同的測(cè)量點(diǎn)順序測(cè)量。

3.轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)時(shí)兩邊探頭的傾角度差異須小于0.3度。

4.得到的測(cè)量結(jié)果以畫(huà)面左側(cè)的聯(lián)軸器中心數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，地腳調(diào)整量?jī)H供參考，先調(diào)整垂直方向，再調(diào)整水平方向。

5.墊片張數(shù)越多，累積厚度越大，兩張0.1mm的墊片疊加后累積厚度達(dá)到0.15mm。

6.在收緊地腳螺栓的過(guò)程中，左右方向會(huì)產(chǎn)生少量位移，可以先測(cè)出螺栓緊固前后的變化量，在最終緊固前預(yù)置。經(jīng)實(shí)際操作還有兩個(gè)容易被忽略的因素就是一定要保持測(cè)頭鏡片的清潔，以及當(dāng)偏差太大時(shí)儀器顯示不出真值。

四、三種方法的應(yīng)用成效

單表法的應(yīng)用對(duì)場(chǎng)地環(huán)境的要求較低，操作簡(jiǎn)便但較繁瑣，計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，需要一定的理論知識(shí)基礎(chǔ)，比較適用于較大型設(shè)備，受誤差的影響對(duì)中精度不高，實(shí)際使用較少。軸-徑向雙表法的應(yīng)用最為廣泛，操作人員易于理解掌握，對(duì)中過(guò)程直觀，在對(duì)端面有法蘭盤的軸對(duì)中應(yīng)用中精度較高，雖然應(yīng)用效果較好，但對(duì)于大型和沒(méi)有端面法蘭的設(shè)備不太適用。使用激光對(duì)中儀除了成本較高外沒(méi)有明顯的缺點(diǎn)，操作人員需經(jīng)培訓(xùn)，熟練掌握操作要領(lǐng)后能快捷、高效、高精度的完成各類軸的對(duì)中，應(yīng)用效果良好，是目前行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。需要注意的是無(wú)論使用哪種方法對(duì)中，在檢測(cè)前和調(diào)整后都必須按規(guī)定的力矩要求擰緊螺釘，才能保證結(jié)果的一致性，另外在設(shè)備的冷態(tài)和熱態(tài)兩種狀態(tài)下的運(yùn)行精度是有差別的，所以在冷態(tài)對(duì)中達(dá)標(biāo)后還需要在熱態(tài)下復(fù)檢，這時(shí)用激光對(duì)中儀檢測(cè)對(duì)中就更具優(yōu)勢(shì)。