浅析虚拟找正在联轴器找正中的应用

王新华 曹艳艳

（1.中车大连机车车辆有限公司质量保证部，辽宁 大连 116021；2.中车大连机车车辆有限公司城轨技术开发部，辽宁 大连 116021）

0　引言

联轴器连接两轴，使两轴共同旋转以传递运动和转矩，广泛应用于起重、矿山、船舶及其它重机行业。对于大型设备来说，装配、检修作业环境差，设备起吊、调整困难，设备需多次调整，方能使联轴器找正，重复作业给装配人员增加劳动强度且产生安全隐患。因此对于大型设备的联轴器找正，避免重复作业，尤为重要。

本文从函数角度分析了联轴器找正原理和计算方法，进行虚拟找正，依据虚拟找正结果把设备在有限次数内调整到位。下文分别阐述设备装配过程中函数计算方法、虚拟找正过程分析、找正方法及步骤等内容。

1　从函数角度分析联轴器找正时的计算方法

联轴器找正时的偏移情况可分为以下 a、b、c、d四种情况（见图1），联轴器处于后3种情况时都不正确，b、c、d情况均需要进行找正，直到获得 a情况为止。在联轴器的调整过程中，理想化的状态是两个半联轴器的端面处于绝对平行状态，同时两个半联轴器的端面的中心线绝对在同一轴线上，实际调整过程中几乎不可能达到，因此，在联轴器的安装调整过程中允许存在误差。联轴器的形式有多种多样，不同形式和不同规格的联轴器同轴度和端面间隙要求也不相同，调整前需核实联轴器形式、规格，确定同轴度和端面间隙的调整标准。

从函数角度分析（见图2），延长主动轴半联轴器中心线，从动轴上安装百分表（B）测量主动轴半联轴器，主动轴上安装百分表（A）测量从动轴半联轴器。

过百分表 （A）点做从动轴半联轴器中心线的垂线，交点 A；过百分表（B）点做从动轴半联轴器中心线的垂线，交点B；以从动轴半联轴器中心线为x轴，以过A点的垂线为Y轴，A点为原点。主动轴半联轴器中心线，可看成一次函数 y=k·x+b。

假设：百分表（A）读数为 A；百分表（B）读数为 B

百分表（A）、（B）在 0°、270°位置时，表值调 0，使两个半联轴器同时转动 180°。

百分表读数的一半：A/2、B/2，即为主动轴半联轴器中心线相对从动轴联轴器中心线在A、B两点的径向位移。

百分表读数之差：A/2一B/2，通过三角函数计算，可得出联轴器偏斜角度θ，即主动轴中心线相对从动轴中心线的倾斜角：θ=arctan((A-B)/2AB)

将 A/2、B/2， 代入一次方程 y=k·x+b则 A/2=b；B/2=k×AB+b

则 k=(B/2-A/2)/AB=(B-A)/2AB；b=A

主动轴半联轴器中心线，可看成一次函数 y=(BA)/2AB·x+A

则 C点数值：C=(B-A)/2AB×AC+A

D 点数值：D=(B-A)/2AB×AD+A

图1　联轴器找正时的偏移情况

图2　分析示意图（函数角度）

如图2所示，为了要使主动机上的半联轴器和从动机上的半联轴器同轴，则必须在主动机的支脚C底下，减掉厚度为C mm的垫片，而在支脚D底下减掉厚度为D mm的垫片。

因一次函数其特性，其函数是一条直线，可直接通过示意图推断出主动轴联轴器中心线相对位置，如图3中所示，在测得A、B值的情况下，连接A、B两点构成直线，并延伸与C点垂线、D点垂线相交，直线与垂线相交所得数值，即为支脚C、支脚D的所需加、减垫片的厚度。

2　虚拟找正过程分析

找正后的C、D两点构成直线，并延伸与B点垂线、A点垂线相交，所得的A、B值即为百分表（A）、百分表（B）的测量值。

2）核实虚拟调整后的 A、B值、A一 B值是否都在允许的公差范围内（见图3中的标准界限）

3）如不在，需重新匹配垫片厚度，重复上述虚拟操作，直至A、B值、A一B值都在允许的偏差范围内为止，再进行实物找正。

4）虚拟找正方法可通过虚拟匹配的垫片厚度预测复核结果，最大限度减少重复作业。

3　联轴器找正方法及步骤

联轴器找正前提：从动设备调整到位，主从动设备完成粗调。联轴器找正是对联轴器进行微调，保证联轴器的径向偏差和倾斜偏差在允许的公差范围内。现以图2中的两联轴器即不平行也不同心的弹性圆柱销联轴器为例阐述联轴器找正方法及步骤。

如弹性圆柱销联轴器：径向位移r≤0.06mm,偏斜角度 θ≤0.029°假设两个百分表（A）（B）之间的距离AB=100mm。 带 入 公 式 ：|A|≤2r，|B|≤2r；|A 一 B|≤2AB×tanθ

则 |A|≤0.12mm，|B|≤0.12mm；|A 一 B| ≤0.10mm

3.1　调定基准的确定

在设备安装过程中，在从动设备调整到位后，从动设备输入轴的位置便被确定，在后续的安装过程中，

图3　联轴器找正调整图表

前文所述，主动轴半联轴器中心线相对从动轴联轴器中心线在 A、B两点径向位移偏差 r：A/2、B/2

允许联轴器偏斜角度偏差 θ：arctan((A-B)/2AB)。

为操作方便,可对公式进行变换：

|A|≤2r；|B|≤2r

|A 一 B|≤2AB×tanθ

在联轴器的调整过程中，理想状态下，两个支脚减掉上述规定厚度垫片，在现场的实际调整过程中几乎不可能达到。由于垫片厚度、规格的限制，多数情况下，无法匹配规定厚度的垫片，所以在联轴器的安装调整过程中，需尽量匹配出接近规定厚度的垫片。

1）如图 3中 “联轴器找正图表 （调整方案）”所示，在C点、D点虚拟减去匹配厚度的垫片，连接虚拟其位置是固定、不变的。所以联轴器的找正、测量与调整都必须以从动设备输入轴为调定基准。

3.2　联轴器的测量与计算、虚拟找正、实物找正及复核检测

3.2.1测量与计算

测量：使用直尺、厚薄规将两联轴器找正后，按规定力矩把紧各支脚螺栓，使用1或2个弹性套柱销将两半联轴器相联结，使其能同步转动，将两个百分表分表按图2所示装好，从动轴上安装百分表（B）测量主动轴半联轴器，主动轴上安装百分表（A）测量从动轴半联轴器。测量前，把百分表杆调至一定量程处（使表针可伸、可缩）。 百分表在 0°、270°位置时，百分表（A）、（B）分别调 0，按设备旋转方向将调整轴转动 180°，记录百分表（A）、（B）读数A、B值。注意调整轴转一圈时百分表应恢复原位（0位），如其不归零，查找原因、并解决后，重新安装百分表，再次进行测量。

计算：如图 3所示，假设百分表（A）、（B）读数 A=0.25mm 、B=0.3mm，将百分表读数 A、B值输入“图 3联轴器找正调整图表”，连接 A、B两点构成直线，并延伸与C点垂线、D点垂线相交，直线与垂线相交所得数值 C=0.24mm、D=0.31mm。即支脚 C应减掉 0.24mm的垫片,支脚D应减掉0.31mm的垫片。如图3中的“联轴器找正图表（调整前）”所示。

3.2.2虚拟找正

1）匹配垫片厚度

由于垫片厚度、规格的限制，无法匹配规定厚度的垫片，现匹配出接近规定厚度的垫片。C支脚需0.24mm的垫片,匹配0.25mm的垫片；支脚D需0.31mm的垫片，匹配0.35mm的垫片。

2）虚拟找正及判定

C点虚拟减掉0.25mm的垫片，D点虚拟减掉0.35mm的垫片，则C=-0.02mm ，D=-0.05mm。连接C、D两点构成直线，并延伸与B点垂线、A点垂线相交，直线与垂线相交所得数值A=0.06mm、B=0.04mm,A-B=0.02 。 符合标准：|A|≤0.12mm，|B|≤0.12mm；|A一B|≤0.10mm，虚拟调整方案可行。虚拟找正后的图表见图3中的“联轴器找正图表（调整方案）”。

3）如虚拟调整后,A、B值、A-B值不在允许的公差范围内，需重新虚拟匹配垫片厚度，重复上述虚拟找正方法，直至A、B值,A-B值在允许的公差范围内为止。

3.2.3实物找正及复核检测

根据虚拟找正结果，在支脚C减去0.25mm的垫片，支脚D减掉0.35mm的垫片，按规定力矩把紧支脚螺栓后，重复3.2.1的测量步骤，复核检测，得出A=-0.06，B=-0.04,A-B=-0.02。 符 合 标 准 ： |A|≤0.12mm，|B|≤0.12mm；|A 一 B|≤0.10mm。 其 值 在 允许的公差范围内。如A、B值、A-B值不在允许的公差范围内，需依据复核所得的A、B值，再次进行计算、虚拟找正、实物找正、复核检测。直至 A、B测量值、A-B值在允许的公差范围内为止。找正后的图表见图3中的“联轴器找正图表（调整后）”。

3.2.4在水平方向上对两个半联轴器进行调整。

以相同的找正方法及步骤同样可在水平方向上对主动设备进行调整，与垂直方向调整方法不同之处在于，不调整支脚C和支脚D处的垫片厚度，而在水平方向上把支脚C和支脚D进行调整。

4　结语

从函数角度，采用虚拟找正分析联轴器找正原理和计算方法，通过联轴器的测量、计算、虚拟找正、实物找正、复核检测，可把装配、检修作业环境差的大型设备的联轴器在有限次数内找正，避免重复作业，减轻工人劳动强度，最大限度减少安全隐患，有效提高经济效益。

【参考文献】

［1］程大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社,2000.

［2］程协瑞.通用机械设备安装工程[M].北京：中国计划出版社.1997.

［3］王建国.联轴器的找正方法[期刊论文]-科技情报开发与经济.2001,11(4).

［4］曹文海.联轴器找正的方法与步骤[期刊论文].问题探讨,2007.06（18）.