機(jī)械傳動(dòng)中聯(lián)軸器同軸度的檢測誤差及消除

武明， 成鐵蕓

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安223200）

0 引 言

機(jī)械設(shè)備在動(dòng)力傳遞過程中，有許多場合是通過聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)的，聯(lián)軸器的同軸度是指主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的配合偏差，設(shè)備裝配后都存在著配合偏差，聯(lián)軸器自身具有一定的補(bǔ)償兩軸配合偏差及緩沖減震的作用，若配合偏差過大會造成聯(lián)軸器傳遞動(dòng)力的損失，導(dǎo)致動(dòng)力傳遞不暢、效率降低，更嚴(yán)重的是軸的位置不正將造成軸承承受較強(qiáng)的附加力，從而嚴(yán)重降低軸承和聯(lián)軸器的使用壽命[1]。此外，同軸度偏差超差將造成機(jī)器振動(dòng)加劇、噪聲增大、能量消耗增加、零件疲勞破壞等一系列不良影響，最后引起設(shè)備故障或造成事故。

為了減輕機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)，就必須減小聯(lián)軸器的配合偏差，把偏差調(diào)整到允許的范圍之內(nèi)，才能保證設(shè)備的使用效率和設(shè)備的使用壽命。在設(shè)備的運(yùn)行過程中，因機(jī)械自身的振動(dòng)或基礎(chǔ)的沉降、設(shè)備位移等原因都會造成聯(lián)軸器配合偏差變化，所以定期對聯(lián)軸器的同軸度偏差進(jìn)行測量與校正也是機(jī)械設(shè)備維護(hù)中的重要項(xiàng)目。

聯(lián)軸器的配合偏差包括徑向偏差、軸向偏差、軸向間距。徑向偏差是指聯(lián)軸器的兩軸軸心之間的偏差，也叫軸心徑向位移，可用同心度來表示；軸向偏差是指聯(lián)軸器兩端軸線不平行而產(chǎn)生的角度偏差，也叫軸線傾斜，軸向偏差可用主從設(shè)備軸線的不平行度來表示，定義為偏移軸線與基準(zhǔn)軸線沿軸線方向每1 m的距離上偏移軸線與基準(zhǔn)軸線的偏差值；軸向間距是指兩配合面之間的距離，也稱斷面間隙，軸向間距的測量較為簡單，且軸向間距的精度要求較低（通常誤差為±3 mm），偏差超值校正也簡單，因此同軸度以檢測徑向偏差和軸向偏差為主。

1 聯(lián)軸器的偏差允許范圍

常用的聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器、鼓形齒式聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器等多種類型。不同類型、大小的聯(lián)軸器有著不同的同軸度偏差允許范圍。GB 50231機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收通用規(guī)范對各類聯(lián)軸器的偏差允許范圍均有具體要求，以常見的彈性柱銷聯(lián)軸器為例，同軸度的偏差允許范圍如表1所示[2]。

表1 彈性套柱銷聯(lián)軸器裝配允許偏差

2 同軸度檢測

2.1 徑向偏差檢測

如圖1（a）所示，A、B為兩個(gè)聯(lián)軸器，以A聯(lián)軸器為基準(zhǔn)，當(dāng)A、B兩聯(lián)軸器的軸心重合時(shí)，B聯(lián)軸器的外圓輪廓也與A聯(lián)軸器完全重合，聯(lián)軸器沒有徑向偏差。

如圖1（b）所示，當(dāng)A、B兩聯(lián)軸器軸心產(chǎn)生偏差a時(shí)，由于B聯(lián)軸器與A聯(lián)軸器的外圓相同，則B聯(lián)軸器與A聯(lián)軸器的外圓輪廓也將產(chǎn)生偏差a，由于無法直接測量兩軸心的偏差a，因此可以通過測量聯(lián)軸器外圓輪廓之間的偏差a來實(shí)現(xiàn)。

圖1 徑向偏差檢測

2.2 軸向偏差檢測

如圖2所示，以A聯(lián)軸器為基準(zhǔn)，當(dāng)B聯(lián)軸器軸線與A聯(lián)軸器軸線為同一直線或兩軸線平行時(shí)，兩軸線之間沒有形成相交角度。此時(shí)，從聯(lián)軸器的側(cè)面看，聯(lián)軸器端面上下平行，上下端面的間距相等，即b1=b3；從聯(lián)軸器上方俯視，聯(lián)軸器左右兩端面間距也相等，即b2=b4，此時(shí)沒有軸向偏差。

圖2 軸向偏差檢測

3 測量誤差的產(chǎn)生及消除

測量中的誤差產(chǎn)生原因多種多樣，既有測量儀表本身的誤差，也有測量人員的操作和視覺等誤差，更有因被測設(shè)備和測量方法而產(chǎn)生的誤差。儀表的誤差可以采用高精度儀表使之符合測量要求；操作或視覺產(chǎn)生的誤差可以通過訓(xùn)練提高測量人員的操作技能來減小或消除。這里主要討論的是如何減小或消除因被測設(shè)備原因產(chǎn)生的誤差的方法。

3.1 徑向誤差的產(chǎn)生

設(shè)A、B聯(lián)軸器在X、Y方向的實(shí)際徑向偏差值為ax、ay，在1、2、3、4位置的實(shí)際偏差值為a1、a2、a3、a4，偏差測量值為a1′、a2′、a3′、a4′，偏差測量或計(jì)算值為ax′、ay′，因聯(lián)軸器的外圓不規(guī)則或其他凸起、凹陷等原因而產(chǎn)生相應(yīng)的測量附加誤差為c1、c2、c3、c4，則：a1=ay；a2=ax；a3=-ay；a4=-ax；a1′=a1+c1；a2′=a2+c2；a3′=a3+c3；a4′=a4+c4。

當(dāng)以測量值計(jì)算徑向偏差時(shí)，有：ay′=a1′=a1+c1=ay+c1；ax′=a2′=a2+c2=ax+c2。

可見，偏差計(jì)算值和實(shí)際值之間存在誤差c1、c2。

3.2 徑向誤差消除

消除該誤差的辦法就是固定測量偏差儀器的位置不變，使誤差保持恒定，通過轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)不同位置的徑向偏差測量，固定測量儀器于A、B聯(lián)軸器上的某一點(diǎn)，設(shè)該點(diǎn)聯(lián)軸器自身產(chǎn)生的誤差為固定值c，旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器使該點(diǎn)依次經(jīng)過1、2、3、4位置，則有：a1′=a1+c；a2′=a2+c；a3′=a3+c；a4′=a4+c。使用下面的公式計(jì)算偏差值：

可見，偏差的計(jì)算值和實(shí)際值相等，誤差已消除。

3.3 軸向誤差的產(chǎn)生

與徑向誤差類似，因A、B聯(lián)軸器端面的不平或凸起、凹陷等原因會在間距b的測量過程中產(chǎn)生附加誤差，設(shè)聯(lián)軸器實(shí)際偏差值分別為θ、θx、θy，聯(lián)軸器1、2、3、4位置的實(shí)際軸向偏差值分別為b1、b2、b3、b4，聯(lián)軸器1、2、3、4位置的軸向偏差測量值分別為b1′、b2′、b3′、b4′，聯(lián)軸器軸向偏差計(jì)算值為θ′、θx′、θy′。如在聯(lián)軸器1、2、3、4位置分別測量b1′、b2′、b3′、b4′將產(chǎn)生誤差c1、c2、c3、c4，則有：

可見此時(shí)軸向偏差計(jì)算值θx′、θy′與θx、θy之間存在誤差；為了消除誤差c1、c2、c3、c4，同樣采用固定測量儀器于A、B聯(lián)軸器的某一固定位置點(diǎn)的方法，然后旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器使該點(diǎn)依次經(jīng)過1、2、3、4位置，則每個(gè)位置因聯(lián)軸器自身缺陷造成的誤差固定為c，有：此時(shí)，因聯(lián)軸器自身缺陷造成的位置誤差已經(jīng)消除。然而，在旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器時(shí)，聯(lián)軸器的軸有可能會產(chǎn)生一定的縱向竄動(dòng)，特別是當(dāng)設(shè)備采用滑動(dòng)軸承時(shí)竄動(dòng)的概率更高，且每次竄動(dòng)的量各不相同，這樣聯(lián)軸器在旋轉(zhuǎn)到1、2、3、4等位置時(shí)，將會產(chǎn)生新的竄動(dòng)誤差c1′、c2′、c3′、c4′，從而有：b1′=b1+c+c1′；b2′=b2+c+c2′；b3′=b3+c+c3′；b4′=b4+c+c4′。

由于竄動(dòng)誤差只發(fā)生在軸向，不會影響徑向偏差的計(jì)算，但會影響軸向偏差，如何消除竄動(dòng)的軸向誤差呢？

3.4 軸向誤差的消除

可以看出，偏差計(jì)算值與實(shí)際值相等，因設(shè)備外形和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)竄動(dòng)引起的誤差已經(jīng)消除。

4 底腳調(diào)整

4.1 基礎(chǔ)參數(shù)

如圖3所示，計(jì)算底腳調(diào)整量首先需測量記錄聯(lián)軸器的基礎(chǔ)參數(shù)，待調(diào)設(shè)備的底腳按d1、d2、d3、d4編號?；A(chǔ)參數(shù)包括：聯(lián)軸器端面到底腳螺栓d1、d3的距離L1；兩組底腳螺栓d1、d3與d2、d4之間的距離L2；軸線至底腳螺栓底面的高度H；左右底腳螺栓d1、d2與d3、d4之間的寬度W。根據(jù)基礎(chǔ)參數(shù)和測量得出的同軸度偏差數(shù)據(jù)ax、ay、θx、θy，即可計(jì)算底腳螺栓的調(diào)整量。

圖3 基礎(chǔ)參數(shù)

4.2 調(diào)整量計(jì)算

以調(diào)試人員位于聯(lián)軸器待調(diào)側(cè)面向基準(zhǔn)側(cè)，垂直向上為Y軸方向，水平向右為X軸方向，底腳的調(diào)整按X、Y方向進(jìn)行。在水平方向計(jì)算量為正時(shí)，向右調(diào)整，反之向左調(diào)整；在垂直方向計(jì)算量為正時(shí)墊高底腳，反之降低底腳。調(diào)整量根據(jù)三角形相似原理計(jì)算，計(jì)算公式如下：

5 實(shí)際應(yīng)用

實(shí)際安裝或檢修工作中，同軸度偏差測量調(diào)整是一項(xiàng)細(xì)致復(fù)雜的工作，往往需要多次反復(fù)測量調(diào)整才能符合規(guī)范要求。檢修人員只有經(jīng)過不斷的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，掌握一定的技巧，才能減少或避免錯(cuò)誤的發(fā)生，從而提高測量的準(zhǔn)確度和調(diào)整的效率。

5.1 調(diào)整前準(zhǔn)備

調(diào)整前的準(zhǔn)備工作大大影響測量調(diào)整的效率[3]，調(diào)整用的主要工具和材料包括：帶磁性表座的百分表3套，其中2套用于測量聯(lián)軸器端面的軸向偏差，1套用來測量聯(lián)軸器徑向偏差；游標(biāo)卡尺1把，用于測量聯(lián)軸器的間距；卷尺1只，用于測量聯(lián)軸器外徑和聯(lián)軸器到電動(dòng)機(jī)底腳的垂直距離；記號筆和角尺等；標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.20、0.10、0.05 mm不銹鋼薄板和0.5、1.0、2.0 mm的鋼板作為底座墊片用，形狀裁剪成U形，尺寸大小依照電動(dòng)機(jī)底腳尺寸；其他維修工具，包括扳手、撬棍、合適的千斤頂?shù)取?/p>

5.2 測量數(shù)據(jù)的校驗(yàn)

為了減少測量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤造成計(jì)算調(diào)整工作的反復(fù)，每次測量的數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，在確保數(shù)據(jù)有效后再進(jìn)行計(jì)算調(diào)整，這樣可保證每次測量調(diào)整的有效性。

5.3 利用Excel表格計(jì)算

根據(jù)記錄所需制作數(shù)據(jù)記錄表格，并充分利用Excel表格的自動(dòng)計(jì)算功能，預(yù)先在手提電腦里做好含有計(jì)算公式的Excel表格，這樣填入數(shù)據(jù)就可以快速驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)得出同軸度的偏差值和待調(diào)設(shè)備前后底腳相應(yīng)的調(diào)整量。

5.4 找正調(diào)整

聯(lián)軸器找正原理雖簡單，但實(shí)踐性很強(qiáng)。經(jīng)常應(yīng)用的找正方法有單表法、雙表法及三表法等。不論哪一種方法，都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，水平面內(nèi)比垂直面內(nèi)的找正容易出錯(cuò)，反復(fù)性強(qiáng)，耗時(shí)多。

聯(lián)軸器在找正調(diào)整時(shí)，一般先調(diào)整軸向偏差，也就是使兩聯(lián)軸器半聯(lián)軸器軸線平行，然后調(diào)整徑向偏差，使聯(lián)軸器兩半聯(lián)軸器同軸。在通過測量計(jì)算出相應(yīng)底腳的X、Y軸方向的調(diào)整量后，先用頂絲固定設(shè)備的X方向，在相應(yīng)底腳墊上相應(yīng)厚度的墊片，然后用頂絲調(diào)整相應(yīng)底腳在X方向的調(diào)整量，最后緊固地腳螺栓，再次測量同軸度偏差，計(jì)算各底腳新的調(diào)整量，重復(fù)上面步驟直至同軸度偏差符合規(guī)范要求。緊固底腳螺栓時(shí)需要注意按對角方向同步緊固，可避免因螺栓不同步而造成的影響。