百分表對(duì)中方法簡(jiǎn)述

1　旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)中的意義和測(cè)量方法

旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)中就是把要連接的兩臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備的主軸位置，調(diào)整到能保證設(shè)備軸系在正常運(yùn)行工況下，兩軸軸線處于同軸狀態(tài)的工藝過(guò)程。

對(duì)中偏差是旋轉(zhuǎn)機(jī)械Z常見(jiàn)的問(wèn)題之一。

根據(jù)相關(guān)工業(yè)統(tǒng)計(jì)表明，超過(guò)50%的設(shè)備損壞可以歸結(jié)到對(duì)中偏差和對(duì)中錯(cuò)誤。因過(guò)大對(duì)中偏差引起上述的主軸密封、軸承、聯(lián)軸器以及主軸損壞后的更換費(fèi)用、額外能耗費(fèi)用和停產(chǎn)損失對(duì)任何單位和企業(yè)、甚至公共環(huán)境都是不可忽視的。

對(duì)中偏差通常分同心度偏差、角向度偏差以及它們的組合偏差。為了便于工程測(cè)量和設(shè)備調(diào)整，對(duì)中組合偏差一般分解成垂直和水平兩個(gè)方向上的同心度偏差和角向度偏差兩個(gè)分量，即水平同心度偏差、垂直同心度偏差、水平角向度偏差及垂直角向度偏差。

對(duì)中方法以及對(duì)中質(zhì)量是和科技發(fā)展緊密相關(guān)的。先后有直尺塞尺對(duì)中法、百分表對(duì)中法、激光對(duì)中等方法?？傮w上講，任何一種對(duì)中方法均可達(dá)到足夠的精度，可以達(dá)到0.001～0.01mm，主要取決于儀器精密度和對(duì)中操作人員的技能水平。

現(xiàn)在，普遍采用的對(duì)中方法有百分表對(duì)中法和激光對(duì)中儀法。

激光對(duì)中儀完全是基于百分表對(duì)中的理論，結(jié)合采用先進(jìn)精確的光學(xué)、電子技術(shù)，把百分表對(duì)中法中容易出現(xiàn)的各種誤差因素降到Z低限度，大大消除了百分表對(duì)中法的測(cè)量器具產(chǎn)生的誤差。同時(shí)自動(dòng)完成大量的計(jì)算工作，使對(duì)中操作簡(jiǎn)單、既快又準(zhǔn)，但該類設(shè)備價(jià)格昂貴，以及電子儀控元件一些固有的誤差，一定程度上限制了它的推廣。

百分表通過(guò)表?xiàng)U與測(cè)量表面接觸，通過(guò)傳動(dòng)齒輪放大表?xiàng)U的相對(duì)移動(dòng)，來(lái)測(cè)量?jī)奢S間的細(xì)小空間位置變動(dòng),從而測(cè)量出其對(duì)中狀態(tài)。

百分表對(duì)中法目前常用的有徑向軸向法和雙徑向法兩種。

徑向軸向法就是分別用一塊表測(cè)量同心度偏差，而另一塊（為了消除軸竄對(duì)角向度的影響，常常采用在直徑方向上均布兩塊）百分表則測(cè)量角向度偏差，這是Z常用的一種方法。

雙徑向法就是用兩塊百分表分別測(cè)量在對(duì)方軸的測(cè)量點(diǎn)處同心度偏差，通過(guò)兩組數(shù)據(jù)可以計(jì)算出軸系的同心度和角向度偏差。

不管是徑向軸向法還是雙徑向法以及它們的演變對(duì)中法，如長(zhǎng)聯(lián)軸器的雙徑向法和雙軸向法，它們的幾何原理都是相同的，測(cè)量結(jié)果也應(yīng)是完全一致的。它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)選取可以取得很好的測(cè)量結(jié)果。

2　百分表對(duì)中法的主要誤差因素及其控制方法

百分表在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的對(duì)中操作中，發(fā)揮著重要的作用，但存在較多的誤差因素，需要加以分析并控制。

常見(jiàn)的誤差因素及解決辦法有以下10個(gè)方面：

（1）百分表針起始測(cè)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)和量程選取不當(dāng)

百分表針起始測(cè)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)和量程選取不當(dāng)可能導(dǎo)致探針在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中懸空或卡死，即百分表出現(xiàn)沖程上下死點(diǎn)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不真實(shí)、不準(zhǔn)確。

具體的解決辦法是盡量選取較大量程的百分表（特別是在初對(duì)中時(shí)），一般選取量程為3～10mm,并把起始測(cè)點(diǎn)（0點(diǎn)）設(shè)置在量程中點(diǎn)位置附近。

采取多次測(cè)量，要求數(shù)據(jù)具有總體上的可重復(fù)性，選取Z穩(wěn)定的一組數(shù)據(jù)。

在百分表對(duì)中讀數(shù)，還有一個(gè)重要的測(cè)量數(shù)據(jù)有效性判定法則。即垂直方向（0°和180°）的數(shù)據(jù)之和等于水平方向（90°和270°）的數(shù)據(jù)之和。

在實(shí)際施工中，如果兩者之間的差值大于0.02mm，即可判斷測(cè)量表架固定不牢或下列將要分析的其它原因,并采取措施加以消除。

本數(shù)據(jù)有效性法則均適用于同心度和角向度偏差讀數(shù)正確性的判定。

（2）百分表卡滯或強(qiáng)磁場(chǎng)影響

百分表表針、表?xiàng)U卡滯以及強(qiáng)磁場(chǎng)影響將導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。主要通過(guò)定期標(biāo)定和檢查百分表的表針運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性和遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)避免此類誤差。數(shù)據(jù)有效性法則適用于檢查該類誤差。

（3）數(shù)據(jù)、符號(hào)記錄錯(cuò)誤

由于人為視角、判斷能力不同或者錯(cuò)誤讀數(shù)，可能導(dǎo)致讀取的數(shù)值偏離實(shí)際顯示數(shù)值，這樣自然會(huì)產(chǎn)生偏差。

由于百分表指針在測(cè)量過(guò)程中的左右偏轉(zhuǎn)代表了表?xiàng)U的正負(fù)運(yùn)動(dòng)方向，向左偏轉(zhuǎn)表示表?xiàng)U為正位移,反之則代表負(fù)位移,所以在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)連續(xù)觀察百分表指針的轉(zhuǎn)向并正確讀取原始數(shù)據(jù)。一旦方向判斷錯(cuò)誤，將導(dǎo)致后續(xù)的調(diào)整值產(chǎn)生大的偏差，無(wú)法完成對(duì)中。

除了上述正確讀數(shù)方法外，還可以通過(guò)上述的數(shù)據(jù)有效性法則來(lái)判斷是否出現(xiàn)記錄符號(hào)錯(cuò)誤。假設(shè)用百分表在0°、90°、180°、270°處測(cè)量理論數(shù)值為0、17、22、5，而實(shí)際測(cè)得的記錄數(shù)據(jù)分別為0、11、22、5，可發(fā)現(xiàn)11+5=16≠0+22，可以判定其中有讀數(shù)錯(cuò)誤存在，（把17讀成了11）；再假設(shè)把270°的5讀取為-5，則17+（-5）≠0+22（正確表達(dá)應(yīng)為17+5=0+22）可以判定數(shù)據(jù)有誤，為無(wú)效數(shù)據(jù)。通過(guò)分析可以判定上述種情況可能是讀數(shù)的記錄錯(cuò)誤，而后?則是正負(fù)號(hào)判斷錯(cuò)誤，如果不及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)致調(diào)整量的計(jì)算錯(cuò)誤和反復(fù)調(diào)整不到位的情況。

若不正確判定數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算或作圖法得出的調(diào)整數(shù)據(jù)也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離期望結(jié)果，無(wú)法正確對(duì)中。這從另一方面表明了對(duì)中數(shù)據(jù)有效性判定的必要性。

（4）軸承徑向跳動(dòng)以及過(guò)大的軸承余隙

本誤差在測(cè)量數(shù)據(jù)中表現(xiàn)出不符合數(shù)據(jù)有效性原則，且不能通過(guò)改善表架結(jié)構(gòu)來(lái)消除。從消除它們對(duì)對(duì)中測(cè)量影響角度來(lái)講，可以首先通過(guò)測(cè)量軸承跳動(dòng)或在每個(gè)測(cè)點(diǎn)都把主軸朝同一方向徑向推動(dòng)，使其緊靠軸承座來(lái)消除影響。

（5）測(cè)量表面不規(guī)則或偏心

本誤差也將導(dǎo)致讀數(shù)不符合數(shù)據(jù)有效性判定原則,通常的消除方法是保證兩軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，保證測(cè)點(diǎn)位置基本固定，即可消除它們對(duì)對(duì)中數(shù)據(jù)的影響。在工程施工中，該項(xiàng)誤差得到了充分的認(rèn)識(shí)和重視。但應(yīng)注意有些特殊設(shè)備，在安裝期間或設(shè)備停機(jī)檢修期間不能盤(pán)軸，這種情況應(yīng)區(qū)別對(duì)待，應(yīng)測(cè)量表面的不規(guī)則度或偏心度對(duì)測(cè)量值的影響，并采取適當(dāng)方法加以修正或消除。

（6）軸竄

軸竄往往是對(duì)中測(cè)量中的麻煩制造者,它會(huì)嚴(yán)重影響軸系角向度偏差的數(shù)據(jù)測(cè)量。通常是采取規(guī)避方法來(lái)消除偏差。在常用的兩種百分表對(duì)中方法中，徑向軸向法是用兩塊對(duì)稱安裝的百分表來(lái)測(cè)角向度偏差，可以抵消軸竄影響；用雙徑向法則不受軸竄影響。所以這也是通常雙徑向法比徑向軸向法更精確的主要原因。

（7）對(duì)中時(shí)軸系轉(zhuǎn)動(dòng)角度不準(zhǔn)確

理論上，在任意3個(gè)角度上測(cè)量，即可計(jì)算出軸系的對(duì)中偏差，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在實(shí)際的對(duì)中測(cè)量過(guò)程中，一般要求在主軸或輪轂上4個(gè)均布的測(cè)點(diǎn)0°、90°、180°和360°共4個(gè)位置上測(cè)量讀數(shù)，但往往不能在該4個(gè)角度上準(zhǔn)確定位，測(cè)點(diǎn)可能偏離理論位置，若偏離5°～10°，導(dǎo)致的百分表讀數(shù)相對(duì)誤差可達(dá)到10%～15%。

避免轉(zhuǎn)動(dòng)角度不均勻造成測(cè)量讀數(shù)偏差的主要方法有：在4個(gè)均布的測(cè)點(diǎn)用水平儀測(cè)量，或事先測(cè)量好并作出標(biāo)記，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中盡量慢，確保每次能夠準(zhǔn)確地停在所需的位置。

以上7種情況下的偏差都可以通過(guò)數(shù)據(jù)有效性法則來(lái)判斷。

（8）百分表測(cè)桿與被測(cè)表面不垂直

由于表架結(jié)構(gòu)的限制以及操作者的認(rèn)識(shí)問(wèn)題，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，因表架結(jié)構(gòu)原因,表?xiàng)U與被測(cè)表面可能經(jīng)常出現(xiàn)不垂直現(xiàn)象。如果表?xiàng)U傾斜度在15°以內(nèi)，讀數(shù)誤差一般在5%以內(nèi)，可以忽略，而當(dāng)傾斜度在15°～30°，則會(huì)出現(xiàn)5%～15%的誤差，將嚴(yán)重影響測(cè)量精度。

測(cè)桿與被測(cè)表面不垂直導(dǎo)致讀數(shù)均大于實(shí)際值，在實(shí)際施工中，測(cè)桿與被測(cè)表面不垂直是很常見(jiàn)的問(wèn)題。

（9）表架的撓度偏差

因?yàn)榘俜直韺?duì)中法的表架懸垂結(jié)構(gòu)，支撐百分表的表架及其加長(zhǎng)桿和百分表的重力，使表架產(chǎn)生彈性變形，將發(fā)生向下彎曲，稱為表架撓度。通常在臥式旋轉(zhuǎn)機(jī)械的對(duì)中測(cè)量時(shí)，表架在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于表?xiàng)U滑動(dòng)方向隨轉(zhuǎn)動(dòng)方向而變化，不完全與重力方向一致。不同位置上的撓度對(duì)百分表讀數(shù)的影響是變化的，所以，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中，如果不加以消除，將嚴(yán)重影響測(cè)量值的準(zhǔn)確性。相對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的對(duì)中公差，有時(shí)撓度會(huì)是實(shí)際對(duì)中偏差的幾倍到十幾倍。

因此，在采用百分表對(duì)中的過(guò)程中，安裝百分表表架和加長(zhǎng)桿應(yīng)注意減少甚至消除表架撓度的影響。由于百分表固定處在水平和垂直方向上都存在撓度，其結(jié)果對(duì)通常的同心度和角向度偏差測(cè)量數(shù)值均有影響。

按照待測(cè)設(shè)備上的相同或相近的參數(shù)狀態(tài)把表架安裝固定在一根具有足夠剛度且表架固定處和測(cè)點(diǎn)處應(yīng)盡量平滑的水平圓管（圓棒）上，該圓管（圓棒）作為芯軸基準(zhǔn)，主要應(yīng)保證參數(shù)（l和a以及百分表的尺寸、質(zhì)量等）完全相同，并且應(yīng)牢固固定或保證固定松緊程度一致。分別把表針在徑向上與圓管的環(huán)面接觸來(lái)測(cè)量徑向撓度，把表針在軸向上與圓管的特定設(shè)置的與圓管軸線垂直的端面接觸來(lái)測(cè)量軸向撓度。把百分表在頂部0°時(shí)調(diào)零，然后把整個(gè)裝置慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)180°到底部，讀出百分表讀數(shù)，該數(shù)值的一半即為表架垂直撓度。

在實(shí)際操作中，如果不考慮這種誤差，測(cè)量數(shù)據(jù)與真實(shí)值的偏差很大，以此數(shù)據(jù)來(lái)確定的支腿在垂直方向的調(diào)整量也是無(wú)用的，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離于真實(shí)值。由于同心度的撓度一般在0.10～1.00mm之間，特別在精對(duì)中階段，該誤差將占有百分表的主要量程，可能導(dǎo)致測(cè)量超程。

另一方面，可以采取下列措施來(lái)減小表架撓度誤差的數(shù)值大小：盡量縮短固定點(diǎn)到測(cè)點(diǎn)的距離，從而縮短表架的跨距；優(yōu)化選用正確的表架截面大小和材料，增強(qiáng)抗彎能力；盡量選用小巧的百分表；正確牢固地固定表架。

(10)百分表測(cè)量法的理論誤差

由于百分表測(cè)量法通常采用如國(guó)標(biāo)GB50231-1998的附錄15的公式來(lái)計(jì)算實(shí)際偏差，通過(guò)分析可以知道,該公式是基于角向度偏差和同心度偏差均很小且單獨(dú)存在情況下的近似計(jì)算，但在實(shí)際工程實(shí)踐中,特別在初對(duì)中時(shí),偏差可能比較大,且往往是以綜合偏差方式存在,及同時(shí)存在角向度偏差和同心度偏差,在這種情況下,角向度偏差的存在會(huì)不同程度地影響同心度偏差的測(cè)量。當(dāng)考慮角向度對(duì)同心度的影響后，對(duì)中偏差的百分表測(cè)量理論分??的非常復(fù)雜，有很多相關(guān)文章均對(duì)對(duì)中的理論分析進(jìn)行過(guò)詳細(xì)描述，一般至少需要4～5個(gè)參量才能準(zhǔn)確表達(dá)，并且包括超越方程的求解，這在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中是很難處理的。在實(shí)際工程中的百分表對(duì)中法，不可能做到多未知參量的測(cè)量和處理，即使在激光對(duì)中儀中有先進(jìn)的微處理器，在實(shí)際的算法也多是以簡(jiǎn)化的對(duì)中算法為理論基礎(chǔ)的。

對(duì)此處理的總體解決辦法有兩個(gè)方面。

(1)在初對(duì)中階段，即角向偏差和同心度偏差均比較大時(shí)（比如角向偏差在1/100～1/1000之間，同心度偏差在0.2～2mm之間），按照簡(jiǎn)化的測(cè)量方法以及相應(yīng)的調(diào)整值和理論值真實(shí)值是有偏差的，并且偏差率還可能比較大，但是該誤差的變化趨勢(shì)是收斂的，也就是說(shuō)，隨著調(diào)整次數(shù)的增多，誤差會(huì)越來(lái)越小，到角向偏差接近1/1000時(shí)，基本可以忽略角向偏差對(duì)同心度測(cè)量的影響，達(dá)到很高的精度。一般通過(guò)2～4次調(diào)整即可達(dá)到比較精確的狀態(tài)。所以在實(shí)際施工中，不要希望一次就能精確測(cè)量準(zhǔn)確和調(diào)整到位。

(2)由于角向度直接影響同心度測(cè)量精度，所以建議先調(diào)整角向度再調(diào)整同心度。

3　百分表測(cè)量法的表架撓度偏差本身無(wú)法完全消除，但可以通過(guò)上述加大表架剛度來(lái)減少,以及通過(guò)計(jì)算或?qū)崪y(cè)等方法基本消除撓度對(duì)對(duì)中測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。

雖然百分表的精度為0.01mm，但通常的測(cè)量誤差可能在0.1～1.0mm之間，是同心度公差0.02～0.10mm的5～10倍，如果不注意消除上述主要的誤差因素的影響，實(shí)際的測(cè)量結(jié)果將嚴(yán)重偏離真實(shí)值，出現(xiàn)巨大偏差。根據(jù)某知名的旋轉(zhuǎn)機(jī)械技術(shù)組織調(diào)查結(jié)果表明，軸系對(duì)中狀態(tài)真正達(dá)到了其公差要求的比例不到7%，這足以說(shuō)明正確的軸系對(duì)中的重要性。

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