CN1595061A - 回转轴的联接件对中误差的测量与调整方法及其仪器系统 - Google Patents

Abstract

一种关于机械的两回转轴的联接件对中误差的测量与调整方法及其仪器系统。它同时关注两半联接件的回转轴线及中心两个方面相对位置关系，采用“基于公垂线的4参数方法”描述联接件的对中误差，并以“基于公垂线的4参数”作为目标进行测量与调整的过程，按照测量与调整过程的要求设计制造相应的仪器系统。它用于机械的安装、调试及检修过程中两回转轴的联接件对中误差的检测与调整，也用于在线运转机械的联接件对中误差状态的实时监测与诊断。

Description

回转轴的联接件对中误差的测量与调整方法及其仪器系统

技术领域

本发明涉及机械的两回转轴的联接件对中误差的测量与调整方法及其仪器系统。它用于机械的安装、调试及检修过程中两回转轴的联接件对中误差的检测与调整，也用于在线运转机械的联接件对中误差状态的实时监测与诊断。

背景技术

Shaft Alignment Handbook：Second Edition，Revised and Expended，JohnPiotrowski(Published by Marcel Dekker，1995)公开了一种描述两回转轴的联接件对中误差的方法，并进一步公开了基于这种描述方法的联接件对中误差的测量与调整方法及其仪器系统。

其后，又有研究(By VibrAlign，Inc.Dynamic Movement[OL].http：//www.maintenanceworld.com/Articles/vibralign/dynamicmovement.pdf；By VibrAlign，Inc.Understanding Shaft Alignment：Basics[OL].http：//www.mt-online.com/articles/1202_shaftalign.cfm；By Emerson Process Management，Alignment Tolerances：Angle，Offset，and，[OL].http：//www.compsys.com/enews/knewspro.nsf/v/DBRN-4Z7G35；By Rockwell Automation.Drive Alignmentfundamentals[OL].http：//www.dodge-pt.com/pdf/brochures/gearing/RAPS-030.pdf.等)公开了基于以上描述方法的描述联接件对中误差的“基于特定两参考平面的4参数方法”，并进一步公开了基于这种“基于特定两参考平面的4参数方法”的联接件对中误差的测量与调整方法及其仪器系统。

已有多家公司(如：美国的Emerson公司，德国的Prüftechnik，瑞典的Damalini AB，等)根据以上的技术方法开发制造出了多种联接件对中误差的测量仪器，这类仪器正被广泛地用于世界各地。

以上“基于特定两参考平面的4参数方法”的不足之处是：忽略了两半联接件在回转轴轴线方向的相对位置误差，导致两半联接件在回转轴轴线方向的相对位置失控。因而，该“基于特定两参考平面的4参数方法”存在原理性的误差。同时，以上现有技术在调整方法方面也存在不足之处：忽略了在调整之前确定两半联接件的相对位置，导致计算出的调整量误差过大，调整的准确性不高，调整的效率低。另外，对于处于存在系统弹性变形因素状态下的联接件，其两半联接件的相对位置已不能反映弹性变形之前联接件所具有的对中误差(下文将详述)，现有技术对于这种联接状态的联接件的对中误差的测量与调整未作深入的分析说明。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，提供一种恰当地描述两回转轴的联接件对中误差的方法，从而提供恰当的测量目标及测量操作方法，同时提供准确地确定调整量及实施相应的调整操作的方法，并为正确地设计测量与调整的仪器系统及编制相应的数据处理程序提供原理依据。

本发明提供了一种应用于两回转轴的联接件对中误差的测量方法，该方法包括对基于两回转轴线的公垂线的4个参数进行测量，上述基于公垂线的4个参数分别为：公垂线的长度；两回转轴线之间的夹角；以及两回转轴线与公垂线的垂足分别到联接件的中心的距离。

本发明还提供了一种应用于两回转轴的联接件对中误差的调整方法，该方法包括以下步骤：a)对基于两回转轴线的公垂线的4个参数进行测量，上述基于公垂线的4个参数分别为：公垂线的长度、两回转轴线之间的夹角、以及两回转轴线与公垂线的垂足分别到联接件的中心的距离；b)采用摄动调整方法确定调整前联接件所在的两支承件的相对位置关系；c)确定被调整支承件在其当前的安装基础上的调整量；d)对被调整支承件在其当前的安装基础上按调整量实施调整操作；以及e)测量实施调整操作后联接件的基于公垂线的4个参数，确认达到既定的对中误差目标。

此外，本发明还涉及一种应用于两回转轴的联接件的对中误差4个参数的测量与调整过程的仪器系统。

本发明的技术方案相对于现有技术带来的优点为：考虑到两半联接件在回转轴轴线方向的相对位置误差，防止两半联接件在回转轴轴线方向的相对位置失控。计算出更加精确的调整量，提高调整的效率。对于处于存在系统弹性变形因素状态下的联接件，可以更加精确地反映排除了弹性变形后联接件所具有的对中误差等。

附图说明

为了进一步说明本发明的概念、构思和实施步骤，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1是两半联接件之间的五种基本状态的相互关系图。

图2是测量仪器的数据处理程序流程图。

图3是调整仪器的数据处理程序流程图。

图4是联接件理想的对中状态示意图。

图5是联接件理论非联接状态示意图。

图6是联接件实际联接状态示意图。

图7是处于理论非联接状态的联接件对中误差的百分表(或千分表)测量方法示意图。

图8是处于理论非联接状态的联接件对中误差的激光对中仪测量方法示意图。

图9是处于理论非联接状态的联接件对中误差的“应变棒”测量方法示意图。

图10是处于实际非联接状态的联接件对中误差的激光对中仪测量方法示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行说明，其中用相同的标号表示相同的构件。

(一)本发明解决方案所涉及的概念

先就下文解决方案涉及到的概念予以说明。

1.联接件

本发明说明书所指的联接件为：联接两回转轴的动力传递部件。如：联轴器、离合器等。联接件至少有两个主要部分。

结合附图4，两个主要部分为半联接件1a及半联接件1b。所联接的两回转轴为3a及3b，回转轴3a、3b的轴线分别为2a、2b。

2.联接件的动力传递面

这是现有技术中已有的概念。

联接件的动力传递面：两半联接件处于理想相对位置(两半联接件的回转轴线共线及两半联接件的轴向距离为设计公称值)时，动力由一半联接件向另一半联接件传递的理论交接面。两半联接件各有自己的动力传递面位置(两半联接件处于上述的理想相对位置时，两动力传递面位置重合)。动力传递面在各半联接件上的位置由设计公称值确定。上述的各设计公称值由联接件的设计及制造商提供。

结合附图4，半联接件1a的动力传递面为4a，动力传递面4a的位置由设计公称值6a确定。半联接件1b的动力传递面为4b，动力传递面4b的位置由设计公称值6b确定。

3.联接件的中心

这是现有技术中已有的概念。

联接件的中心：两半联接件处于理想相对位置(两半联接件的回转轴线共线及两半联接件的轴向距离为设计公称值)时，动力传递面与回转轴线的交点。两半联接件各有自己的中心(当两半联接件处于上述的理想相对位置时，两半联接件的两中心重合)。联接件的中心在半联接件上的位置由设计公称值确定。上述的各设计公称值由联接件的设计及制造商提供。

结合附图4，半联接件1a的中心为5a，它是动力传递面4a与回转轴线2a的交点。中心5a在半联接件1a上的位置由设计公称值6a确定。半联接件1b的中心为5b，它是动力传递面4b与回转轴线2b的交点。中心5b在半联接件1b上的位置由设计公称值6b确定。

4.联接件理想的对中状态

这是本发明定义的概念。

联接件理想的对中状态：联接件两半部分的两回转轴线共线及两中心位置重合。

结合附图4，附图4中半联接件1a的回转轴线2a与半联接件1b的回转轴线2b共线，及半联接件1a的中心5a与半联接件1b的中心5b重合。

在现有技术中，关于理想的对中状态只是强调两回转轴线共线而忽略两中心位置重合。本发明认为理想的对中状态中忽略两中心位置重合是忽略了对于联接件使用性能的控制，这种忽略不利于联接件的效率及寿命，也不利于联接件的动力传递质量。

5.联接件的不对中状态

这是本发明基于上述理想的对中状态而定义的概念。

联接件的不对中状态：两半联接件的回转轴线不共线或两中心不重合或二者兼有。

结合附图5，附图5中半联接件1a的回转轴线2a与半联接件1b的回转轴线2b不共线，半联接件1a的中心5a与半联接件1b的中心5b不重合。

现有技术中的“联接件不对中”概念只是强调两回转轴线的相对位置关系(即同轴度概念)，但本发明中的“联接件的不对中状态”概念更注重同时考虑两回转轴线的相对位置关系与两中心的相对位置关系两个方面关系所构成的联接件总体的相对位置状态。

6.联接件的对中误差

这是本发明基于上述不对中状态而定义的概念。

联接件的对中误差：联接件的不对中状态相对于理想的对中状态在两半联接件之间相对位置的差异。

结合附图4、附图5，对中误差指附图5中的两半联接件1a、1b之间的相对位置与附图4中的两半联接件1a、1b之间的相对位置的差异。

7.联接件的理论非联接状态

这是本发明定义的重要概念。

联接件的理论非联接状态：只将两半联接件正确安装在各自的回转轴上，而不对两半联接件进行联接件结构所要求的联接，此时也不考虑两半联接件可能产生的几何干涉，即认为两半联接件可以占有公共的几何空间且两半联接件、两回转轴及两回转轴的支承件不产生弹性变形。

这是联接件的一种假想状态，用于描述两半联接件在安装到位后具有的、潜在的、最大不对中状态。

结合附图5，两半联接件1a、1b正确安装在各自的回转轴3a、3b上，不再对两半联接件1a、1b进行联接件结构所要求的联接，如：螺栓联接、弹性件联接等。当两半联接件1a、1b产生接触碰撞时，假想认为两半联接件1a、1b可重叠，可以占有公共的几何空间，同时假想认为：两半联接件1a、1b，两回转轴3a、3b，两回转轴的支承件均不产生弹性变形，均为刚性体。

本发明定义该概念的目的在于排除两半联接件及其回转轴可能有的弹性变形因素的影响，分离确定出仅与两回转轴线及两中心的相对位置相关的不对中状态单纯描述量，该描述量能恰当反映两回转轴线及两中心的相对位置，并能作为调整两回转轴线及两中心的相对位置的依据。

8.联接件的实际非联接状态

这是本发明定义的概念。

联接件的实际非联接状态：只将两半联接件正确安装在各自的回转轴上，而不对两半联接件进行联接件结构所要求的联接。此时考虑联接件的两半联接件可能产生的几何干涉，即认为两半联接件不能占有公共的几何空间且两半联接件、两回转轴及两回转轴的支承件可能产生弹性变形。

这是联接件实际的非联接状态。随着联接件的结构类型不同及联接件的对中误差状态不同，联接件的两半联接件之间可以出现没有几何干涉或有几何干涉两种情况。当没有几何干涉时，实际的非联接状态与理论非联接状态一致。当有几何干涉时，实际的非联接状态与理论非联接状态不一致。

9.联接件的实际联接状态

这是本发明定义的概念。

联接件的实际联接状态：将联接件的两半联接件正确安装在各自的回转轴上，且对两半联接件进行联接件结构所要求的联接。此时考虑联接件的两半联接件可能产生的几何干涉，即认为两半联接件不能占有公共的几何空间且两半联接件、两回转轴及两回转轴的支承件可能产生弹性变形。

这是联接件实际的状态，也是联接件的不对中状态在线测量过程面对的状态。

10.联接件的联接冷态与联接热态

这是现有技术中已有的概念。

联接件的联接冷态——在机器没有运转的情况下联接件的实际联接状态。

联接件的联接热态——在机器正常运转的情况下联接件的实际联接状态。

11.两半联接件之间的五种基本状态及其相互关系

本发明提出将联接件中两半联接件之间的相对位置状态区分为五种基本状态：理想的对中状态、理论非联接状态、实际非联接状态、联接冷态及联接热态。五种基本状态之间的关系如附图1。

五种基本状态各有用途，其中：

理想的对中状态是描述不对中状态的基准；

理论非联接状态用于建立不对中状态的单纯描述量；

实际非联接状态用于对不对中状态的实际测量与调整；

联接冷态反映在机器没有运转的情况下联接件的不对中状态与系统弹性变形相互作用的实际结果；

联接热态反映在机器正常运转的情况下联接件的不对中状态与系统弹性变形相互作用的实际结果，该实际结果常随外界因素的变化而相应地变化，因此联接热态主要用于在线实时地监测联接件的对中误差状态的变化。

12.对于弹性变形的认识

实践中，零件都有弹性且在同一时刻不能占有相同的几何空间。

结合附图5、附图6。当将附图5联接件的两半联接件1a、1b按正常工作时应有的结构进行联接时，两半联接件、两回转轴及两回转轴的支承件17a、17b会产生弹性变形(附图6)。

弹性变形的结果可认为按如下过程形成：首先假定两半联接件1a、1b之间具有用理论非联接状态下两回转轴线及两中心的相对位置所描述的不对中误差(附图5)，此时，两半联接件可能不产生几何干涉，系统无弹性变形，这种情形下实际非联接状态与理论非联接状态完全相同(附图5)；两半联接件也可能会产生几何干涉，相应地，系统有弹性变形。弹性变形是几何干涉阻碍联接件由理想的对中状态到达理论非联接状态的结果，因此在实际非联接状态下的联接件两回转轴线及两中心的相对位置的不对中程度将小于在理论非联接状态下的不对中程度；若进一步对两半联接件进行联接件结构所要求的联接，则回转轴3a向半联接件1b方向变形，回转轴3b向半联接件1a方向变形，这使得联接件两回转轴线及两中心的相对位置的不对中程度由实际非联接状态下的较大状态向联接件的实际联接状态下的较小状态(附图6)变化，最终形成不对中程度较小的实际联接状态(附图6)。

弹性变形总是伴随着联接件的不对中状态，并且在联接件的运转过程中起着重要的、不可忽略的积极作用。当联接件两回转轴线处于不共线状态时，如果系统不存在弹性变形而为刚性体，按照机械学的理论联接件是完全不能运转的。然而，在实践中，当联接件两回转轴线处于不严重的不共线状态时，联接件是可以运转的，只不过运转的质量随着不共线程度的增大而下降。联接件可以运转的根本原因是系统具有弹性，可以弹性变形，使得联接件两回转轴相互向对方趋近，从而完成动力传递。因此弹性变形有降低联接件不对中误差对于运转的不良影响的积极作用。

弹性变形对于联接件运转的影响作用辩证地表现在两方面，一方面是如上所述的积极作用，另一方面是不良作用，表现为弹性变形导致的系统振动，振动会使系统的动力性能下降。从表面上看，系统振动直接与系统弹性相关，但更应看到：联接件不对中误差才是造成系统振动的根源。假若联接件完全对中，系统也就无相应的振动。

从两半联接件1a、1b之间的相对位置的不对中状态来看，理论非联接状态下不对中程度最大，实际非联接状态下不对中程度次之，联接冷态下不对中程度再次之，理想的对中状态下不对中程度最小(完全对中)。从系统的弹性变形来看，理论非联接状态下系统的弹性变形最小(无弹性变形)，实际非联接状态下系统的弹性变形较大，联接冷态下系统的弹性变形最大。因此，系统弹性变形增大的过程对应着两半联接件1a、1b之间的相对位置的不对中程度减小的过程，系统弹性变形可看成在补偿两半联接件1a、1b之间的相对位置的对中程度。系统弹性变形一方面在补偿两半联接件1a、1b之间的相对位置的对中程度，另一方面却在“掩盖”两半联接件1a、1b之间的相对位置的不对中程度。正是这种“掩盖”作用，使得联接冷态下两半联接件1a、1b之间的相对位置的不对中状态已不再是理论非联接状态下的不对中状态，二者有较大的差异。联接冷态下两半联接件1a、1b之间的相对位置关系介于理论非联接状态与理想的对中状态之间。

若仅以联接冷态下两半联接件1a、1b之间的相对位置关系作为评价联接件不对中状态的依据，会产生较大的评价误差。相比之下，理论非联接状态下两半联接件1a、1b之间的相对位置关系更适合作为评价联接件不对中状态的依据。

基于以上对弹性变形过程的新认识，可得到如下结论：

联接件处于不对中状态的系统不可避免地存在着弹性变形，系统的弹性变形是不可忽略的，对应于存在系统弹性变形的联接件状态不宜作为评价联接件不对中误差的依据，理论非联接状态下两半联接件之间的相对位置关系适合作为评价联接件不对中误差的依据。

以上结论正是本发明定义“理论非联接状态”概念的认识基础。

(二)本发明采用的解决方案

1.联接件对中误差的测量方法及测量过程

基于上述的概念与认识，实践中联接件不对中状态大多数情况下处于五种基本状态中的实际非联接状态、联接冷态及联接热态3种实际状态，而五种基本状态中的另两种基本状态：理想的对中状态、理论非联接状态出现的机率小，视之为理论状态，其中理论非联接状态适合作为评价联接件不对中状态的依据。因此，用理论非联接状态下联接件对中误差作为测量目标。进一步地，用理论非联接状态下联接件的两回转轴线的公垂线所确定的4个参数来描述联接件的对中误差。

结合附图5来说明描述联接件的对中误差4个参数。附图5中，回转轴线2a、2b的公垂线为13，公垂线13的长度为8，公垂线13在回转轴线2a、2b上的垂足分别为11、12，垂足11与半联接件1a的中心5a的距离为7a，垂足12与半联接件1b的中心5b的距离为7b，过垂足12且平行于回转轴线2a的参考线为21，回转轴线2b与参考线21之间的夹角为10。

则基于公垂线13所确定的对中误差4个参数为：7a、7b、8、10，4个参数可完全描述联接件的对中误差。称该描述方法为“基于公垂线的4参数方法”。

本方案中的“基于公垂线的4参数方法”与现有同类技术中的“基于特定两参考平面的4参数方法”有本质上的不同。“基于特定两参考平面的4参数方法”没有关注两半联接件的中心连线在两回转轴轴线上的投影长度，即是没有关注两半联接件的中心在两回转轴轴线方向的距离，这一观点与联接件的使用要求是不相符的，本方案中的“基于公垂线的4参数方法”则避免了这一不足。

下面以“基于公垂线的4参数”作为测量目标分别对联接件在3种实际状态下的对中误差测量方法及测量过程予以说明。

联接件在实际非联接状态下两半联接件不产生几何干涉时(附图5)，实际非联接状态与理论非联接状态一致。

“基于公垂线的4参数”不便于直接测得，需采用间接测量方法通过采样其它数据计算得到。与现有的技术类似，采样数据选择两半联接件或两回转轴轴线在径向及轴向的相对位置的变化量(该变化量随着两回转轴同步盘动而变化)。在盘动两回转轴的过程中，可记录得到多组采样数据。按采样数据与“基于公垂线的4参数”之间的关系公式、结合所得到的多组采样数据，建立方程组，可计算出“基于公垂线的4参数”。

与现有的技术不同得是，本发明中的测量目标为“基于公垂线的4参数”，而现有同类技术中的测量目标为“基于特定两参考平面的4参数”。

联接件在实际非联接状态下两半联接件产生了几何干涉时(附图6)，实际非联接状态与理论非联接状态不一致。由于系统存在弹性变形，实际非联接状态下两半联接件的轴线为空间曲线，不是直线，两半联接件轴线不存在公垂线，因而此时的实际非联接状态没有度量4个对中误差参数的基础。现有技术对于这种存在系统弹性变形的实际非联接状态的联接件的对中误差的测量未作深入的分析说明。

为了有效地解决存在系统弹性变形的实际非联接状态下联接件的对中误差测量问题，本发明提供的解决方案是：

用实际非联接状态下各半联接件轴线上适当的点处的切线来近似地作为理论非联接状态下该半联接件的轴线，用实际非联接状态下各半联接件中心到切线的切点的距离近似地作为理论非联接状态下该半联接件中心在切线上到切点的距离。由此得到一种表达实际非联接状态的对中程度的、近似的理论非联接状态，该近似的理论非联接状态具有4个对中误差参数，该4个对中误差参数可近似地作为评价联接件在实际非联接状态下不对中状态的依据。

本方案中，在各半联接件轴线上选取的切点愈是靠近该半联接件轴线上的两支承位置点的连线的中点，近似的理论非联接状态愈是接近理想的理论非联接状态。相应地，近似的理论非联接状态的4个对中误差参数评价联接件在实际非联接状态下不对中状态的可靠性愈高。因此在实际测量中，可按切点靠近两支承位置点的连线的中点的原则，根据实际允许的空间环境选取切点。值得提及的是：由于制造及磨损的原因，使得支承件总是存在着径向间隙，当系统有弹性变形时，该径向间隙将偏向一边，相应地半联接件的轴线将偏向一边。两支承位置点的连线的中点处的切线位置可部分或完全地弥补轴线的偏移量对对中误差造成的影响。

联接件在联接冷态下时(附图6)，系统的弹性变形比实际非联接状态下大，两半联接件轴线的空间曲线曲率更大。当直接参照存在系统弹性变形的实际非联接状态下选取适当的点处的切线来近似地作为理论非联接状态下该半联接件的轴线的方法对4个对中误差参数进行近似的测量时，测量误差将比实际非联接状态大，因此联接件在联接冷态下时，最好的方法是松开两半联接件之间的、结构所要求的联接，使联接冷态转变为实际非联接状态，再参照存在系统弹性变形的实际非联接状态下的近似方法进行近似的测量。

联接件在联接热态下时，系统的弹性变形除了与联接冷态一样大并以相同的方式影响测量误差外，更为重要的是当机器在线运转时，两半联接件的相对位置处于动态变化中。系统的振动、载荷应变、热影响、轴承磨损、管线牵扯、安装基础沉降或移位等因素都可使两半联接件的相对位置变化。

在联接热态下，关于对中误差的主要目标是实时地监测联接件的对中误差的动态变化。测量得到的对中误差参数动态变化规律是分析对中误差变化的影响因素的重要依据。因此在热态下两半联接件的对中误差本身的测量准确性不象上述其它联接状态下重要，重要的是能实时准确地监测对中误差的变化。

因此，联接件在热态下对中误差在线测量一般可采用直接监测两半联接件的相对位置变化量的方法。当然也可采用监测两回转轴轴线的相对位置变化量的方法，但此时的目的不是为了测量客观对中误差状态本身而是为了实时监测对中误差状态的变化。

2.联接件对中误差的调整方法及调整过程

解决方案1中测量过程目的在于确定联接件的对中误差、明确联接件的对中误差状态。当确认联接件的对中误差状态不符合既定的对中误差目标要求时，必需对联接件现有的对中误差状态进行调整，使其达到既定的对中误差目标，满足运行要求。

调整联接件的对中误差状态的方法是：通过改变回转轴支承件的安装位置来改变两回转轴轴线的空间相对位置进而改变两半联接件的相对位置关系，或通过改变两半联接件在各自回转轴轴线方向上的位置来改变两半联接件的相对位置关系。

由于两半联接件的对中误差是关于4个参数的问题，而两半联接件的相对位置是关于6个参数的刚体定位问题。两个问题是不相同的，但二者又密切联系。如果明确了两半联接件的相对位置，则可明确两半联接件的对中误差；但如果仅明确两半联接件的对中误差，却不能据此而明确两半联接件的相对位置。因此，解决方案1中的测量过程只是确定联接件的对中误差，却没有确定两半联接件的相对位置。

结合附图5说明两半联接件的相对位置6个参数。附图5中，20为过垂足11且垂直于轴线2a的参考直线(一般取为水平直线)，公垂线13与参考直线20的夹角为9。半联接件1b绕自身的回转轴轴线2b转动的角度为22(相对于某一固定的参考位置)。则9、22两个参数与对中误差的4个参数一起构成两半联接件的相对位置6个参数。

在两半联接件的相对位置不明确的情况下，无法准确地计算出应该对被调整的支承件的当前安装位置所实施的调整量。正是这一原因，使得实践中现有同类技术的联接件对中误差的调整过程十分困难，调整效果不易控制。

针对这一问题，本发明提供的解决方案是：

首先按解决方案1确定联接件的对中误差的4个参数，与此同时可确定出参数9。再采用附加的测量过程，确定出联接件相对位置的另1个参数22，从而明确两半联接件现有的相对位置。再结合与既定的对中误差4个参数相对应的支承件的安装位置及支承件当前的安装位置，可准确地计算出应该对被调整的支承件的在当前的安装位置所实施的调整量。

附加的测量过程为：

先在被调整的支承件的安装位置实施微小的给定量调整(称之为摄动调整)，紧固被调整的支承件的安装后，按摄动调整前确定相对位置的5个参数的过程确定摄动调整后相对位置的5个参数，由摄动调整前后所确定的两组5个参数及摄动调整中实施的微小给定量一起建立方程，可计算确定出摄动调整前联接件相对位置的另1个参数22。

由于在实际非联接状态下的对中误差的测量过程是近似测量过程，导致基于测量过程计算出的调整量为近似值，加上实施调整时的操作误差，可能会使得调整操作后的对中误差还没有完全满足既定的对中误差目标要求，因此在实施调整操作后一般要再次测量对中误差，确认完全满足既定的对中误差目标要求后才结束调整过程，当确认不满足既定的对中误差目标要求时，要继续重复测量调整过程，直到确认达到既定的对中误差目标为止。

在实际非联接状态、联接冷态及联接热态3种实际状态中，由于联接冷态及联接热态下的测量误差较大，并且联接件处于实际联接状态时不便于调整两半联接件的相对位置，因此实践中一般不对联接冷态及联接热态进行调整操作，而只对实际非联接状态进行调整操作。

现有技术是计算支承件在特定两参考平面上的调整量，没有计算支承件的在当前的安装位置所实施的调整量，而在进行调整操作时，又将在特定两参考平面上的调整量当作当前的安装位置的调整量，导致调整的准确性不高，调整的效率低。

3.基于解决方案1及解决方案2设计测量仪器及调整仪器并编制相应的数据处理程序

相应于解决方案1中“基于公垂线的4参数方法”的测量过程，测量仪器的结构满足计算对中误差4个参数所需的采样数据的采集要求，测量仪器的数据处理程序符合从采样数据到计算出对中误差4个参数的要求(参考附图2)，测量仪器的结构及运行控制程序符合测量过程的操作要求。

“基于特定两参考平面的4参数方法”的现有同类技术及测量仪器已较好地解决了从采集采样数据到计算对中误差4个参数的仪器结构及数据处理程序问题，但现有的同类技术及测量仪器的目标是“基于特定两参考平面的4参数”，当测量目标为“基于公垂线的4参数”时，仪器结构及数据处理程序可借鉴现有的同类技术及测量仪器，但绝对不是直接引用，因为测量目标与现有的同类技术不同，需要采集的采样数据不同，从采样数据到计算出对中误差4个参数的过程也不同。因此，“基于公垂线的4参数方法”的测量仪器的结构及相应的数据处理程序编制可行但同时也与现有的同类技术不同。

相应于解决方案2中的调整方法及调整过程，调整仪器的结构满足对摄动调整及所计算的调整量调整的实施操作要求，调整仪器的结构满足对所实施的摄动调整量大小及所实施的计算的调整量大小的测量要求，调整仪器的数据处理程序满足解决方案2数据处理要求(参考附图3)。

一般来说，测量仪器在结构上独立、自成一体，调整仪器在结构上一部分与测量仪器共用、另一部分独立于测量仪器仅供调整过程使用。测量仪器与调整仪器的数据处理程序融合在一个总程序软件中。

测量仪器与调整仪器的结构硬件与总程序软件一起构成“联接件对中误差的测量与调整仪器系统”。

(三)实施例

1.联接件在理论非联接状态下对中误差的测量与调整

(第一实施例)

附图7是处于理论非联接状态的联接件对中误差的百分表(或千分表)测量方法示意图。

附图7中使用了两个百分表(或千分表)51、52，两个百分表51、52安装在半联接件1a上，百分表51测量1b表面上测量点处的径向尺寸53的变动，测量点为55；百分表52测量1b端面上测量点处的轴向尺寸54的变动，测量点为56，两个百分表51、52的安装尺寸为已知。

测量过程为：两个百分表安装后进行调零，再按同一回转方向同步盘动两回转轴3a及3b(盘车角度由与回转轴固结的角度仪表指示)，在多个回转位置记录两个百分表51、52的读数及相应的盘车角度，得到多组采样数据。由采样数据可计算出4个对中误差参数中的8、10两个参数，同时也可计算出公垂线垂足11在回转轴3a轴线2a上的位置尺寸，结合该位置尺寸及半联接件1a的中心5a在回转轴3a轴线2a上的位置尺寸6a可计算出对中误差参数7a。另外由采样数据可计算出1个两半联接件的相对位置参数9。因此由采样数据可计算出3个对中误差参数8、10、7a及1个相对位置参数9。再将两个百分表安装在半联接件1b上，进行同样的测量，由采样数据可计算出1个对中误差参数7b。

将间接测得的4个对中误差参数8、10、7a及7b与既定的对中误差目标相比较，若判断出现有的4个对中误差参数不满足既定的目标对中误差要求，就需要调整现有的对中误差状态。

由于测量过程只确定了4个对中误差参数(8、10、7a、7b)及1个相对位置参数(9)共5个相对位置参数，因此联接件所联接的两机器的相对位置还未完全确定，还需要测量出另外1个相对位置参数22。只有在两机器的相对位置完全确定的前提下，才能准确计算出由4个对中误差参数与既定的对中误差目标之间的差值所决定的调整量。

为此，采用附加的摄动调整方法，在两机器的中一台机器的安装地脚处增加(或减少)已知量的垫片(或对一台机器进行已知量的平移或偏摆)，确认无虚地脚后，拧紧地脚。此时该台机器上的回转轴轴线(设为2b)的空间位置较摄动调整之前已有了变化，两半联接件的相对位置较摄动调整之前也有了变化。

重复前述的测量过程，可得到摄动调整后的5个相对位置参数。摄动调整前后的两组相对位置参数只有在摄动调整之前两机器特定的相对位置关系下才与摄动调整量匹配，由此可建立方程，计算出另外1个相对位置参数22。进而再计算出满足既定的目标对中误差要求的调整量。

以上由采样数据及已知参数计算对中误差参数、判断对中误差状态及计算调整量的数据分析处理过程可由相应的计算程序完成(参考附图2、3)。

(第二实施例)

附图8是处于理论非联接状态的联接件对中误差的激光对中仪测量方法示意图。

附图8中使用了激光发射器61、激光接收器62及直角双面反射镜63。激光发射器61与激光接收器62由同一仪器架64安装在回转轴3a上，在安装仪器架64时在回转轴3a轴线2a上测得其位置尺寸65。直角双面反射镜63由仪器架66安装在回转轴3b上，在安装仪器架66时在回转轴3b轴线2b上测得其位置尺寸67。激光对中仪所有的结构尺寸为已知量。

激光对中仪的工作原理是：激光发射器61发射一束激光68，激光68打在直角双面反射镜63上，激光68经直角双面反射镜63反射后反射线为69，反射线69打在激光接收器62上，激光接收器62记录并指示反射线69的落点位置70坐标值71。

激光对中仪测量联接件对中误差的原理是：测量前对仪器调零，再按同一回转方向同步盘动两回转轴3a及3b(盘车角度由与回转轴固结的角度仪表指示)，在多个回转位置记录坐标值71及相应的盘车角度，得到多组采样数据。由采样数据可计算出4个对中误差参数中的8、10两个参数，同时也可计算出公垂线垂足11在回转轴3a轴线2a上的位置尺寸72，结合位置尺寸72、65及半联接件1a的中心5a在回转轴3a轴线2a上的位置尺寸6a，可计算出对中误差参数7a。类似地，可计算出公垂线垂足12在回转轴3b轴线2b上的位置尺寸73，结合位置尺寸73、67及半联接件1b的中心5b在回转轴3b轴线2b上的位置尺寸6b，可计算出对中误差参数7b。另外由采样数据可计算出参数9。因此由采样数据可计算出4个对中误差参数8、10、7a、7b及1个相对位置参数9。

将间接测得的4个对中误差参数8、10、7a及7b与既定的对中误差目标相比较，若判断出现有的4个对中误差参数不满足既定的目标对中误差要求，就需要调整现有的对中误差状态。

由于测量过程只确定了4个对中误差参数(8、10、7a、7b)及1个相对位置参数(9)共5个相对位置参数，因此联接件所联接的两机器的相对位置还未完全确定，还需要测量出另外1个相对位置参数22。只有在两机器的相对位置完全确定的前提下，才能准确计算出由4个对中误差参数与既定的对中误差目标之间的差值所决定的调整量。

为此，采用与百分表(或千分表)测量方法中同样的附加的摄动调整方法，确定出另外1个相对位置参数22。进而再计算出满足既定的目标对中误差要求的调整量。

以上由采样数据及已知参数计算对中误差参数、判断对中误差状态及计算调整量的数据分析处理过程可由相应的计算程序完成(参考附图2、3)。

(第三实施例)

附图9是处于理论非联接状态的联接件对中误差的“应变棒”测量方法示意图。

附图9中使用了“应变棒”77，它的两端78、79安装紧固在刚性体75、76上，刚性体75、76安装紧固在回转轴3a、3b上。当联接件存在对中误差时，两端78、79到回转轴轴线2a或2b的垂直距离不同，“应变棒”77有径向应变。若同步盘动回转轴3a、3b，“应变棒”77的径向应变会变化，并且在同步盘车中“应变棒”77还会有轴向应变。用应变片元件80、81及应变仪82测量“应变棒”77的径向应变及轴向应变。记录在同步盘车过程中不同的盘车位置的径向应变及轴向应变，将它作为采样数据，由采样数据可计算出不同的盘车位置处两端78、79的空间位置的坐标差值，进一步地，可计算出4个对中误差参数中的8、10两个参数，同时也可计算出公垂线垂足11在回转轴3a轴线2a上的位置尺寸72，结合位置尺寸72、65及半联接件1a的中心5a在回转轴3a轴线2a上的位置尺寸6a，可计算出对中误差参数7a。类似地，可计算出公垂线垂足12在回转轴3b轴线2b上的位置尺寸73，结合位置尺寸73、67及半联接件1b的中心5b在回转轴3b轴线2b上的位置尺寸6b，可计算出对中误差参数7b。因此由采样数据可计算出4个对中误差参数8、10、7a、7b。

按照与百分表(或千分表)或激光对中仪的调整量计算过程类似的过程，计算调整量并实施调整操作。

以上3个实施例表明：

3个实施例中，虽然使用了不同结构的测量仪器、测量仪器的工作原理不同、采样的数据不同、由采样数据计算出对中误差参数的过程不同，但测量目标——4个对中误差参数相同。该测量目标由本发明的解决方案1确定。

3个实施例中，测量仪器的结构、仪器的测量操作过程及数据分析处理程序均与测量目标相适应，这与本发明的解决方案3一致。

3个实施例中，在确定调整量的过程中都采用了附加的摄动调整方法，该附加的摄动调整方法由本发明的解决方案2确定。

3个实施例中，联接件都处于理论非联接状态，此时的测量误差与测量仪器的安装位置在何位置无关，无需选择测量仪器的安装位置，这与本发明的解决方案1一致。

此外，还可以对上述实施例作出各种变化，例如：

附图7百分表(或千分表)测量方法的实施例可进行如下变化：保持百分表(或千分表)51的安装基础1a及测量点55不变，将百分表(或千分表)52的安装基础由1a改变为1b、测量点由2b上的55改变为2a上的测量点。

附图7百分表(或千分表)测量方法的实施例可进行如下变化：将百分表(或千分表)51、52的安装基础从联接件改变为回转轴3a或3b。

附图7百分表(或千分表)测量方法的实施例可进行如下变化：将测量仪器的安装位置由在两半联接件之间空间的外部改变为在两半联接件之间空间的内部。

附图7百分表(或千分表)测量方法的实施例可进行如下变化：将百分表(或千分表)51、52的测量点从在联接件上改变为在回转轴3a或3b上。

附图7百分表(或千分表)测量方法的实施例可进行如下变化：将百分表(或千分表)51、52改变为其它的位移传感器。

附图8激光对中仪测量方法的实施例可进行如下变化：将激光对中仪的安装位置由在回转轴3a、3b上改变为在联接件1a、1b上。

附图8激光对中仪测量方法的实施例可进行如下变化：将激光对中仪的安装位置由在两半联接件之间空间的外部改变为在两半联接件之间空间的内部。

附图8激光对中仪测量方法的实施例可进行如下变化：将63的结构从直角双面反射镜改变为其它的光学元器件或系统，如光栅位移光学系统等。

附图8激光对中仪测量方法的实施例可进行如下变化：将激光接收器62从光电坐标元件改变为其它的光电转换元器件或系统。

…等等。

因此，基于本发明测量与调整方法的仪器系统存在着众多的实施例，其中包括与现有技术中的两回转轴线相对位置的测量与调整仪器相类似的所有仪器。

在理论非联接状态下对中误差的测量与调整的所有的实施例均可用于联接件在下述各联接状态下对中误差的近似测量与调整。

2.联接件在实际非联接状态下对中误差的测量与调整

附图10是处于实际非联接状态的联接件对中误差的激光对中仪测量方法示意图。

附图10中使用了与附图8中相同的激光对中仪。

由于联接件处于实际非联接状态时多数情况下存在系统弹性变形(少数情况下不存在系统弹性变形，此时实际非联接状态与理论非联接状态相同，对中误差的测量与调整方法与前述实施例相同)，两半联接件的相对位置已经是系统在弹性变形后两半联接件所具有的相对位置，不宜作为评价联接件不对中状态的依据。

由激光对中仪测量方法可知：在盘动两回转轴的过程中，激光发射器61及激光接收器62绕轴线2a在安装位置处的切线2a2转动，直角双面反射镜63绕轴线2b在安装位置处的切线2b2转动。测量过程将测得切线2a2与切线2b2的相对位置参数。

当激光发射器61及激光接收器62在回转轴3a上的安装位置不同时切线2a2不同，当直角双面反射镜63在回转轴3b上的安装位置不同时切线2b2不同，测量过程将测得不同切线2a2与不同切线2b2的相对位置参数。测量结果随着激光对中仪的安装位置不同而不同。

在众多不同安装位置的不同测量结果中，最希望的是与理论非联接状态最接近的测量结果。与理论非联接状态下回转轴轴线2a、2b平行的切线2a2、2b2是最佳选择。相应地，激光发射器61及激光接收器62在回转轴3a上的安装位置位于支承件17a的中部点18附近，直角双面反射镜63在回转轴3b上的安装位置在回转轴3b上的安装位置位于支承件17b的中部点19附近(如附图10所示)。

实际中，大多数情况下支承件位于机器的内部，测量的空间环境不允许激光对中仪安装在支承件的中部附近，这种情况下只能将激光对中仪安装在机器外部的联接件所在的一侧靠近支承件的位置进行近似测量，根据近似测量而计算出的调整量也为近似的调整量。

近似测量与调整的过程与理论非联接状态的实施例中的过程相同。

3.联接件在冷态下对中误差的测量与调整

在冷态下，由于两半联接件受连接约束，其相对位置已经是系统在弹性变形后两半联接件所具有的相对位置，不宜作为评价联接件不对中状态的依据。系统的弹性变形较实际非联接状态时严重。此时，可按与实际非联接状态的实施例相同的方法选择测量仪器的安装位置进行近似测量。测量误差比实际非联接状态时大。

在冷态下，最好松开两半联接件的连接，使两半联接件处于实际非联接状态，按实际非联接状态进行近似测量。测量误差会减小。

4.联接件在热态下对中误差的在线测量

在热态下，由于两半联接件受连接约束，其相对位置已经是系统在弹性变形后两半联接件所具有的相对位置，不宜作为评价联接件不对中状态的依据。并且在机器的在线运转时系统的振动、载荷应变、热影响、轴承磨损、管线牵扯、安装基础沉降或移位等因素都可使两半联接件的相对位置变化，两半联接件的相对位置处于动态变化中。在热态下，关于对中误差的主要目标是实时地监测联接件的对中误差的动态变化，测量得到的对中误差参数动态变化规律是分析对中误差变化的影响因素的重要依据。因此在热态下两半联接件的对中误差本身的测量准确性不象上述其它联接状态下重要，重要的是实时监测对中误差状态的变化。

联接件在热态下对中误差在线测量一般可采用直接监测两半联接件的相对位置变化的方法，当然也可采用监测两回转轴轴线的相对位置变化的方法。

虽然以上结合了较佳实施例对本发明的概念、构思和实施步骤作了进一步说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明的概念、构思和实施步骤，而不能作为对本发明的限制，因此，可以在本发明的实质精神范围内对实施例进行变型，它们都将落在本发明的权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于两回转轴的联接件(1a、1b)对中误差的测量方法，其特征在于，该方法包括对基于两回转轴线(2a、2b)的公垂线(13)的4个参数进行测量，所述基于公垂线(13)的4个参数分别为：公垂线(13)的长度(8)；两回转轴线(2a、2b)之间的夹角(10)；以及两回转轴线(2a、2b)与公垂线(13)的垂足(11、12)分别到联接件(1a、1b)的中心(5a、5b)的距离(7a、7b)。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，该方法还包括：在所述联接件(1a、1b)的两回转轴线(2a1、2b1)上分别选取两点(18、19)，用两回转轴线(2a1、2b1)分别在点(18、19)处的切线(2a2、2b2)代替两回转轴线(2a、2b)进行测量。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，该方法还包括：当所述两半联接件(1a、1b)处于在线运转状态时，采用实时测量对中误差4个参数(8、10、7a、7b)的变化量的方法来实时监测两半联接件(1a、1b)的对中误差状况。

4.一种应用于两回转轴的联接件(1a、1b)对中误差的调整方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)对基于两回转轴线(2a、2b)的公垂线(13)的4个参数进行测量，所述基于公垂线(13)的4个参数分别为：公垂线(13)的长度(8)；两回转轴线(2a、2b)之间的夹角(10)；以及两回转轴线(2a、2b)与公垂线(13)的垂足(11、12)分别到联接件(1a、1b)的中心(5a、5b)的距离(7a、7b)；

b)采用摄动调整方法确定调整前所述联接件(1a、1b)所在的两支承件的相对位置关系；

c)确定被调整支承件在其当前的安装基础上的调整量；

d)对被调整支承件在其当前的安装基础上按调整量实施调整操作；以及

e)测量实施调整操作后所述联接件(1a、1b)的所述基于公垂线(13)的4个参数，确认达到既定的对中误差目标。

5.如权利要求4所述的调整方法，其特征在于，所述调整操作是对被调整支承件在其当前的安装基础上实施的调整操作。

6.如权利要求4所述的调整方法，其特征在于，该方法还包括：在所述联接件(1a、1b)的两回转轴线(2a1、2b1)上分别选取两点(18、19)，所述两点(18、19)在所述调整操作中一直保持不变，用两回转轴线(2a1、2b1)分别在所述两点(18、19)处的切线(2a2、2b2)代替两回转轴线(2a、2b)进行测量。

7.如权利要求4所述的调整方法，其特征在于，所述步骤b)包括以下分步骤：

b1)对被调整支承件的安装位置实施微小的给定量调整；

b2)将被调整支承件的安装位置固定；

b3)确定摄动调整后所述联接件(1a、1b)的基于公垂线(13)的4个参数；以及

b4)依据摄动调整前后所确定的两组基于公垂线(13)的4个参数及调整中实施的微小给定量一起建立方程组，从而计算出联接件(1a、1b)所在的两支承件摄动调整前的相对位置关系。

8.如权利要求4所述的调整方法，其特征在于，所述步骤c)包括以下分步骤：

c1)计算支承件在其当前的安装基础上与既定目标对中误差的4个参数相对应的地脚点的位置；以及

c2)将步骤c1)所得到的地脚点的位置与实施调整操作前支承件在其当前安装基础上的地脚点的位置相结合，计算出被调整的支承件在其当前安装基础上应实施的调整量。

9.如权利要求4所述的调整方法，其特征在于，所述步骤e)包括以下分步骤：

e1)如果实施调整操作后所述联接件的基于公垂线(13)的4个参数满足由既定的对中误差目标所确定的使用要求，则确认达到既定的对中误差目标；以及

e2)如果实施调整操作后所述联接件的基于公垂线(13)的4个参数不满足由既定的对中误差目标所确定的使用要求，则多次进行步骤a)～d)所述的调整操作，直到确认达到既定的对中误差目标为止。

10.一种应用于两回转轴的联接件(1a、1b)的对中误差4个参数(8、10、7a、7b)的测量与调整过程的仪器系统，其特征在于，所述仪器系统的结构硬件及程序软件满足权利要求1所述的测量方法的使用要求或权利要求4所述的调整方法的使用要求。

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