夏兰香 、 张永奎 、 王凯 、 史永双
中车永济电机有限公司 山西省永济市 044502
摘要：在大型旋转机械中，齿式联轴器的不对中故障是普遍存在的。据相关资料统计，不对中故障占转子系统故障的60%以上。不对中故障的存在会使系统发生异常振动，进而导致联轴器碰摩和油膜振荡等故障的出现，这将严重影响旋转机械的安全运行。
关键词：动设备联轴器;对中原理;调节方法
引言
设备的故障频率是单一的，但是故障却存在多样性。应结合现场实际情况，多方面参考，综合考虑，把理论知识与实际操作相结合，才能找出故障的根本原因。避免因设备突发事故造成的停机停产，确保人身安全和设备安全，使设备长期处在可控范围内，安全可靠的运转。
1联轴器的概念
联轴器是机械系统中的一类通用部件，可用于把来自不同机构的轴联接起来并传递扭矩令其共同旋转。联轴器的两端一般有安装边或者相应的联接结构。常用于联接主动轴与从动轴或者主动轴和回转件，传递扭矩、功率及转速。联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力，要求两轴严格对中，但此类联轴器结构简单，制造成本较低，装拆、维护方便，能保证两轴有较高的对中性，传递转矩较大，应用广泛。常用的有凸缘联轴器、套筒联轴器和夹壳联轴器等。
2联轴器对中常用的测量方法
在安装传动设备过程中，先把动设备的水平度调节完以后，再进行联轴器的对中。通过测量联轴器在轴向方向上和径向方向上偏差，通过这种偏差去分析联轴器不对中的原因，然后调整电机中心位置，达到主动轴与从动轴既同心又平行。联轴器对中常用的测量方法如下所示。（1）角尺及塞尺测量方法。操作简单，但精度不高，对中误差大，只适用于转速低，对中要求不高的动设备联轴器的对中安装测量，一般不大采用。（2）中心卡机塞尺测量方法。操作简单且精度高，但对中用的中心卡没有统一规格，中心卡结构形式又有多种，需根据联轴器的结构尺寸由钳工自行制作适用的中心卡，故此方法的劳动效率低。（3）百分表测量方法。是联轴器对中测量时常用的方法，它是把磁力表座装在作为基准的半联轴器上（通常是装在主机转轴上），用百分表测量联轴器的径向间隙和轴向间隙的偏差值。此方法使联轴器对中的测量精度大大提高，提高了动设备联轴器对中效率。
(4)激光对中仪对中,轴对中偏差是指两轴的轴心空间错位量，可将两个轴的轴心想象成两条直线，利用距离和夹角描述两者之间的空间位置关系。距离和夹角在水平和垂直面上可分解为以下4个参数:两轴中心线在垂直面内的两投影之间的距离为垂直平行偏差，两投影之间的夹角为垂直角度偏差，两轴中心线在水平面内的两投影之间的距离为水平平行偏差，两投影之间的夹角为水平角度偏差。
3动设备联轴器对中原理及调节方法
3.1工序对联轴器对中的影响
影响联轴器对中的只能是后期连接加压泵进出口和管道时二者间的相互作用力。由于管道的影响，加压泵偏离了原本的位置，从而改变了泵端联轴器的位置，并通过穿墙轴将这种变化传递给电机端联轴器，因而电机端联轴器对中也超出规定要求。（1）合理规划施工步骤，泵安装时先粗调对中，在完成管道连接后再进行精确对中，避免管道安装对联轴器对中结果产生不利影响；（2）若因其他问题而导致管道连接滞后，可以在连接管道与泵进出口的过程中，全程监测水泵联轴器的轴向和径向位移，确保其符合对中的规定要求；（3）为确保电机端联轴器对中合格，应先将电机轴与穿墙轴的联轴器连接脱开，并确保在最后一步调整电机。
3.2联轴器综合不对中
在工程实践应用时，情况往往很复杂，一般情况下包括转子联轴器的平行和角度不对中，如果二者条件都具备时称之为转子联轴器的综合不对中，同时二者的振动机理都会体现，齿套轴线至少与一个半联轴器轴线在连接区域内相交叉，它们之间的夹角的大小由齿套所受的径向力所决定，根据力和力偶的平衡原理可以去确定。
如果夹角大小保持稳定不变，即两半联轴器轴线与齿套轴线的空间位置保持稳定。转子角频率和轴向振动频率相同是因为转子转动时存在的附加轴向力加上发生的角度位移的作用，从动转子在转轴轴向上往复转动一次时相当于在一个周期里转子回转了一周。
3.3联轴器不对中的影响
随着联轴器不对中程度的增加，系统将受到更大的外激励。此时，线性系统和非线性系统的振幅均有所增加。值得关注的是，当转子发生更为严重的振动时，转轴的几何非线性特性会愈发明显。受其影响，线性系统和非线性系统的共振频率存在较大的偏差。上述现象意味着，当转子系统因不对中故障而发生大幅振动时，转轴的几何非线性将会直接影响系统的固有特性。此时，若仍仅根据线性系统的刚度和质量予以判断，将会在一定程度上造成预估误差，需引起一定的重视。结合不对中故障引起的1/2临界转速处共振现象，进一步讨论了共振转速和振幅随联轴器不对中程度的变化规律。当不考虑转轴的几何非线性时，系统的共振转速主要由转盘质量和转轴刚度决定。因此，联轴器的不对中程度未对线性系统的共振转速产生任何影响。然而，当考虑转轴的几何非线性时，联轴器不对中程度的增加会放大该非线性刚度的影响，此时系统刚度主要由等效线性刚度和等效非线性刚度共同决定。因此，系统的共振转速会随之逐渐提高。
3.4不对中－不平衡故障影响下的几何非线性转子振动行为研究
针对齿式联轴器不对中故障和转盘不平衡故障引起的旋转机械大幅涡动问题，着重讨论了转轴变形过程中位移和应变之间的几何非线性关系，并依据Hamilton原理建立了等效动力学模型。在此基础上，通过数值计算的方式，研究了转子系统的动力学特性随转速、转轴半径以及转轴长度等关键参数的变化规律。主要的研究结论可概述如下:1)综合利用等效线性刚度和等效非线性刚度描述柔性转轴变形过程中应变和位移间的物理关系，并通过有限元仿真予以验证。(2)转轴的几何非线性会在一定程度上提高转子系统的临界转速，使其幅频响应中出现典型的滞后跳跃现象。(3)齿式联轴器不对中程度的增加会加剧转轴几何非线性特性的影响，进而使得线性转子和非线性转子的响应差异愈发明显。(4)转轴长度和转轴半径不仅会改变柔性转轴的等效线性刚度，还会影响其等效非线性刚度。因此，在设计旋转机械的转轴时，应兼顾质量轻、刚度低和运动稳定性等多方面因素。
3.5气隙转矩谐波分析
气隙转矩谐波分析，有助于全面了解气隙内部磁场分布，对量化轴向永磁联轴器的转矩性能，提高优化设计效率都有积极作用。利用二维解析模型可以快速预测轴向永磁联轴器的转矩，但预测值与仿真值存在较大误差。这种误差来源于二维模型忽略了轴向永磁联轴器的端部效应，端部效应在气隙谐波分析中不容忽视。采用基于粒子群算法的约束优化法，可以有效降低不利于转矩传递的谐波分量，且在转矩不变的约束下，有效永磁体体积下降了6.45%，提升了永磁体利用率。转矩谐波分析验证了约束优化方法能有效压制不利于转矩传递的谐波分量，提升转矩性能，且平均半径处转矩谐波分析能快速有效地预测转矩变化情况。
结束语
通过分析从动设备联轴器和电机联轴器在轴向方向上和径向方向上不对中情况，通过百分表的测量值计算出了从动设备联轴器和电机联轴器在轴向方向上和径向方向上的偏差值，从而确定了消除联轴器不对中的调整方法，最后通过作图分析定量的计算出了电机前脚和后脚在水平方向上和垂直方向上的调整量，为动设备联轴器对中提供了理论指导，提高了轴对中效率。
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