传动系统同轴度测量方法的改进

    0 引言

    旋转轴系在安装和运转中因多种原因可能发生轴系的不对中,从而引起机器的振动、联轴器的偏转、轴承的摩擦损伤、油膜失稳和轴的挠曲变形等故障问题.统计表明,50%以上的机械故障是由轴系不对中引起[1-3].因此需要重视这方面的故障分析,在安装、日常维护和维修时都要进行必要的同轴度测量.

    传统的同轴度测量有拉钢丝法、综合量规法、三坐标仪法等[4-7].其中拉钢丝法存在着精度低、人为主观因素影响大的缺陷;综合量规法存在测量范围小、量规易损坏的缺陷;三坐标仪法测量精度高,但由于设备本身体积大、对测量环境要求高,需要将被检备拆卸后置于其操作台上进行检测,增加了操作难度,同时三坐标仪本身也非常昂贵.在激光出现后,人们便开始了其在准直测量中的运用研究[8-13].由于激光光束具有方向性好的优点,以其为基准,采用光电传感器接收光斑,设计出的同轴度测量仪,消除了人为主观误差,同时具有体积小,操作简单等特点.然而受测量原理的限制,现有的激光同轴度测量仪通常需要在测量过程中将传动轴旋转一整圈,测量多个值后经计算得出偏差量.这增加了测量的难度,甚至在一些情况下将无法测量,如大型机组半联轴器的直径都很大,受轴承箱大小的限制,安装激光对中仪后可旋转的角度很小;另外,对于孔-孔同轴度也无法进行测量.

    本文通过改进传动系统同轴度测量方法,开发出了可以同时测量平偏量、角偏量的激光同轴度测量系统[14].在现有的测量原理的基础上,进一步提出了针对轴-轴同轴度和孔-孔同轴度的测量方法.

    1 设备原理

    测量系统由激光发射器和激光接收器构成.其中激光发射器由激光器和准直透镜构成,出射光束为平行细光束,作为测量基准.激光接收器由接收物镜、分光棱镜(半透半反)和CCD构成,如图1.根据几何光学原理,接收物镜对基准光束进行偏折,并利用分光棱镜将光束分为两束.两个CCD分别位于透镜后焦面处、与后焦面相距为t处采集光斑,再进行相应的图像处理得出光斑中心坐标.激光接收器上还装有倾角仪,用于测量传动轴旋转角度.

    实际测量的角偏量(角度偏差量)和平偏量(位置偏差量)都是二维空间矢量,这二维矢量可分解为两个一维偏差矢量.以其中的一维为例,接收器光轴相对于基准光束的角度偏差(A)计算公式为

    式中L1为CCD1所测量光斑中心坐标,fc为系统焦距.

    接收器中心相对于基准光束的位置偏差(L)计算公式为

    式中L2为CCD2所测量光斑中心坐标.