機械設備安裝中關于軸對中的技術分析

(廣西機電技師學院 廣西 柳州 545005)

在機械設備安裝中，常常涉及到聯軸器的安裝。聯軸器是聯接軸與軸或軸與回轉部件為一體，在傳遞運動和動力過程中一起回轉而不脫開的裝置。聯軸器可以補償兩軸的相對位移，起到緩沖、減振和安全防護的作用。當同軸度誤差超差后，將造成軸承上受有附加力，從而嚴重地降低軸承的使用壽命，并加快軸承密封件的磨損，導致設備的泄漏現象出現。此外，同軸度超差還會造成機器振動，機器噪音增加，能量消耗增加，零件疲勞破壞等一系列不良影響。不對中的形式歸納起來可分為3種，如圖1。

圖1 軸不對中的表現形式

軸對中就是指對有動力傳遞關系的兩根軸進行同軸度調整連接，常見的比如電機與油泵的對中連接，電機與減速機的對中連接等，其目的在于減少由聯軸器連接的兩個相鄰軸之間的錯位量，使旋轉中心盡量重合。良好的對中能降低設備運行的振動；減少能量損失；降低軸承、密封件、聯軸器等的磨損；還有助于提高產品質量。軸對中常用的方法有單表法、雙表法、激光對中儀對中法三種。

一、單表法(單表雙打)

只測定聯軸器輪轂外圓的徑向讀數，不測量端面的軸向讀數，測量操作時僅用一個百分表，故稱單表法。圖2是單表法的安裝結構示意圖。

圖2 單表法的安裝示意圖

圖3 數據記錄方法

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，表針調零后轉動A端360度，每轉90度記錄一次數據。再將表座安裝在B端，百分表打在A端的外圓頂上，表針調零后轉動B端360度，旋向與第一次同向，每轉90度記錄一次數據。根據數據計算出電機腳的調整量進行調整達到對中的目的。如圖3所示。

對中原理：第一次記錄的四個數據取水平方向和垂直方向的差值的一半進行調整電機端，消除平行度誤差；兩次測得的數據對應進行比較，根據比較的差值在水平方向和垂直方向繪制兩個B點至A點的斜率圖，再根據B點到電機前腳與后腳的距離將斜率線延長，按相似三角形的比例就可以得出電機的調整量。這種方法需要多次重復測量才能達到準確的對中。

技術分析：用這種方法使同軸度誤差的評估變得較為簡單，特別在兩個軸分離較遠時，本方法更為準確，易于以圖形來顯現出調整軸軸線的位置，畫圖較為簡單，測量過程不易受兩個軸的軸向竄動的影響。但操作較為繁瑣，兩次安裝的位置和打表的位置要對應，轉動的起始點也要對應，容易引起操作不當的誤差。

二、雙表法(軸-徑向)

軸-徑向雙表組合測量法是利用兩個百分表分別打在調整端的外圓和端面上，轉動表座，按水平和垂直的極點分別同時記錄兩組數據。

圖4 軸-徑向雙表法安裝示意圖

圖5 軸-徑向對中調整原理

操作步驟：測量時，用百分表架將兩個百分表安裝在基準軸(S)上，用于測量調整軸(M)的同軸度誤差(如圖3所示)，其中，徑向百分表的測量桿指向半聯軸器(或軸)的外圓表面并垂直于軸線，用于測量調整軸的徑向位移誤差值；軸向百分表的測量桿垂直于半聯軸器(或軸)的端面(平行于軸線)，用于測量調整軸的角度位移誤差值。測量時，分別在四個測量位置(0°、90°、180°、360°)進行測量并記錄數據。

對中原理：外圓百分表檢測兩軸的平行誤差，端面百分表檢測軸心線的轉角誤差，根據表針擺動記錄數據繪制斜率圖，計算出調整量后再調整電機在水平和垂直方向的位置，達到對中的目的。如圖5所示。

技術分析：這種方法是比較簡單和容易操作的，且數據直觀；只要表架的長度和剛性夠，不受兩軸距離的影響；最大的優點是可以實時調整，邊檢測邊調整。幾個需要注意的是移動端必須有法蘭盤，法蘭盤的直徑越大數據月準確；百分表的安裝最好垂直于被測表面；對中調整順序為先調整垂直方向，再調整水平方向。

三、激光對中儀對中法

激光對中儀運用CCD激光感應技術，準確圖形化顯示兩軸線的偏擺情況，用藍牙無線連接主機和激光測頭，讓操作更加快捷方便精準。因為激光不同于其它光束，它擁有很強的穿透力，以及不受溫度等外界因素困擾等特點，被廣泛用于進行對中操作。Fixturlaser采用了大量新技術，比如分辨率和線性度更高的CCD激光感應技術，準確生動的圖形化操作指引，以及可選的無線連接。這些技術結合成為了一套更加簡便、快捷的激光對中系統(如圖6所示)。

圖6 激光對中系統

圖7

操作步驟：先檢查激光對中儀的各零件是否完好，電量是否足夠，通信是否正常；然后將激光測頭安裝在軸上，S測頭安裝在固定端，M測頭安裝在移動端，粗調好兩個測頭的相對位置后預緊；再打開主機連接通信，按圖7的指示測量出4個距離尺寸依次輸入主機存儲，這4個數據將是電腦計算斜率比例的基礎參照；接下來調整兩個測頭在垂直和水平方向的相對位置，誤差不得超過0.3°，如圖7的頂端所示；然后分別在3、12、9點鐘方向測量三次，主機會自動計算并顯示檢測結果，如圖8所示。

圖8

對中原理：如圖9所示，激光束分別從裝在S、M軸上的兩只測量器發出，并被對方所接收。當光束落在接收器的光電點陣CCD采集面上時,便形成一個很小的照射區域;儀器主機經過計算,確定出該照射區域的能量中心點。隨著軸的轉動，各自光束的能量中心點也分別在對方接收器的CCD采集面上移動。儀器根據位移量即可計算出被測設備的軸偏差和角偏差。激光對中儀是通過分別測量兩個正交平面內實際偏差的分量、并分別糾正其分量偏差來調整對中設備的。現將激光對中儀的工作過程簡化,如圖7所示，并研究其中一個平面內的偏差分量。圖中，A和B分別為兩個被測軸的軸心線，S為測得的兩只測量器間的距離，δ為兩軸聯接端面處的軸偏差(通常位于兩測量器間的中點)，α為兩軸間的角偏差。兩軸經過180°的翻轉，軸上的測量器便從兩軸的上半部分別移至下半部，此時，激光束分別在對方接收器的CCD采集面上發生位移，設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系為：tanα=(ΔA+ΔB)/2S(式1)。假設B軸作平移，使兩軸在中點處重合，則ΔA和ΔB將分別變為ΔA-2δ和ΔB+2δcosα。根據對稱原理，可知軸偏差與徑向位移分量的關系為：ΔA-2δ=ΔB+2δcosα(式2)。

圖9

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

技術分析：

1.先做軟腳測試，就是要保證電機的安裝腳在同等擰緊力矩下處于同一平面，再對中測量，可以有效減少返工次數。

2.對中轉動檢測結果一定要重復測得相同結果后再松開螺栓調整，針對同一臺設備同一次對中，每次轉動都按相同的測量點順序測量。

3.轉動度數時兩邊探頭的傾角度差異須小于0.3度。

4.得到的測量結果以畫面左側的聯軸器中心數據為準，地腳調整量僅供參考，先調整垂直方向，再調整水平方向。

5.墊片張數越多，累積厚度越大，兩張0.1mm的墊片疊加后累積厚度達到0.15mm。

6.在收緊地腳螺栓的過程中，左右方向會產生少量位移，可以先測出螺栓緊固前后的變化量，在最終緊固前預置。經實際操作還有兩個容易被忽略的因素就是一定要保持測頭鏡片的清潔，以及當偏差太大時儀器顯示不出真值。

四、三種方法的應用成效

單表法的應用對場地環境的要求較低，操作簡便但較繁瑣，計算相對復雜，需要一定的理論知識基礎，比較適用于較大型設備，受誤差的影響對中精度不高，實際使用較少。軸-徑向雙表法的應用最為廣泛，操作人員易于理解掌握，對中過程直觀，在對端面有法蘭盤的軸對中應用中精度較高，雖然應用效果較好，但對于大型和沒有端面法蘭的設備不太適用。使用激光對中儀除了成本較高外沒有明顯的缺點，操作人員需經培訓，熟練掌握操作要領后能快捷、高效、高精度的完成各類軸的對中，應用效果良好，是目前行業發展的趨勢。需要注意的是無論使用哪種方法對中，在檢測前和調整后都必須按規定的力矩要求擰緊螺釘，才能保證結果的一致性，另外在設備的冷態和熱態兩種狀態下的運行精度是有差別的，所以在冷態對中達標后還需要在熱態下復檢，這時用激光對中儀檢測對中就更具優勢。