一种传动轴对中偏差的测量方法与流程

本发明属于传动轴对中偏差测量技术领域，具体涉及一种应用在高压开关设备中传动轴对中偏差的测量方法。

背景技术：

在高压开关设备装配过程常遇到驱动机构输出轴与传动轴的对中安装问题，对中偏差量过大会导致传动过程产生径向应力，甚至出现卡死等情况，严重影响设备质量。为保证传动顺畅，需要在装配后测量驱动机构输出轴与传动轴的对中偏差量，并把对中偏差量控制在一定的范围内。因此，急需一种测量简单、快捷的传动轴对中偏差的测量方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种传动轴对中偏差的测量方法，通过对测量装置本身的结构和测量方法进行改进，简化的测量步骤，提高测量的便捷性，使之更能适应工业生产，为提高生产效率打下坚实基础。

本发明基于以下原理实现：如果主传动轴与被测传动轴精确对准，则在同一坐标系中，两个转动轴中心线的方程是一样的。

以主传动轴为参考建立坐标系，则主传动轴中心线的直线方程已知。求出在已经建立的坐标系中被测传动轴中心线上的两个点，可以得出其直线方程，进而进行比对。

用垂直于主传动轴中心线的两个平面，与被测传动轴的表面相交，由于被测传动轴外形为标准的圆柱体，相交的图形为圆（两个传动轴平行）或椭圆（两个传动轴不平行），求出两个相交图形的中心点坐标，即被测传动轴中心线上的两个点的坐标，就可以得出被测传动轴中心线的直线方程。

用设置在测量架上的两个垂直于主传动轴中心线的位移量传感器，周向测量被测传动轴表面，得到两组环绕被测传动轴表面的测量点测量数据，根据椭圆或圆形中心点计算公式，得到两组测量点测量数据所成轨迹图形的中心点坐标，即被测传动轴中心线上的两个点的坐标，就可以得出被测传动轴中心线的直线方程。

本发明采用的技术方案是：一种传动轴对中偏差的测量方法，基于对中偏差测量装置实现，所述对中偏差测量装置用于主传动轴与被测传动轴的对准测量，包括：设置在机架上并用于安装主传动轴的驱动机构、固定在主传动轴上的测量架、定位在机架上并用于测量主传动轴转动角度的角位移传感器、定位在测量架上且用于测量被测传动轴的第一位移量传感器和第二位移量传感器以及配套控制电路，所述角位移传感器、第一位移量传感器和第二位移量传感器的输出端与控制电路输入端连接；

所述传动轴对中偏差的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、设定主传动轴自由端的端面中心点为原点，主传动轴中心轴为y轴、水平方向垂直于y轴且穿过原点为x轴、竖直方向垂直于y轴且穿过原点为z轴，建立基准坐标系；由此可知主传动轴的中心轴的直线方程为=；

步骤二、主传动轴和测量架同步转动一周，被测传动轴静止；主传动轴每转动角度β，控制电路记录并存储由第一位移量传感器和第二位移量传感器采集的被测传动轴的径向测量数据；

所述径向测量数据包括o1n1、n1mi1、o2n2和n2mi2；

其中，o1n1和o2n2分别代表位第一位移量传感器和第二位移量传感器安装位置距y轴的直线距离，n1mi1和n2mi2分别代表第一位移量传感器和第二位移量传感器安装位置距各自测量点m1和m2的直线距离，i代表采集数据的次数；

步骤三、根据计算公式

和，

分别求出m1和m2的坐标集；

上式中，a代表第一位移量传感器距主传动轴自由端端面的水平直线距离，b代表第二位移量传感器距第一位移量传感器的水平直线距离；

步骤四、根据m1和m2的坐标集，分别筛选出m1和m2中x轴坐标与z轴坐标的最大值和最小值；再根据计算公式：

=和=，

分别求出m1和m2所成轨迹的中心点p1和p2的坐标；

上式中：x1max代表m1中x轴坐标最大值，x1min代表m1中x轴坐标最小值，x2max代表m2中x轴坐标最大值，x2min代表m2中x轴坐标最小值；

步骤五、根据空间两点构成直线的计算公式，求出穿过p1和p2的直线方程，此直线方程即为被测传动轴中心轴的直线方程s2；再结合直线方程s1，求出s1和s2之间的同轴度d。

进一步地，所述转动角度β为0.01-0.1°。

进一步地，所述第一位移量传感器和第二位移量传感器为自复位式直线位移传感器。

本发明的传动轴对中偏差测量原理是:利用围绕主传动轴的中心轴旋转的第一位移量传感器和第二位移量传感器，分别采集两组划过被测传动轴表面的测量点的坐标集，在利用坐标集求出第一位移量传感器和第二位移量传感器所化轨迹的中心点坐标，再利用这两个中心点坐标求出被测传动轴的中心轴方程，最后计算主传动轴与被测传动轴的中心轴的同轴度，即可知道主传动轴与被测传动轴对中安装偏差。

采用本发明产生的有益效果：本发明通过对测量装置本身的结构和测量方法进行改进，简化的测量步骤，提高测量的便捷性，使之更能适应工业生产，为提高生产效率打下坚实基础。

附图说明

图1是对中偏差测量装置的结构示意图；

图2是第一位移量传感器在a-a平面内的运动轨迹示意图；

图3是第二位移量传感器在b-b平面内的运动轨迹示意图；

附图中：1-1是主传动轴，1-2是被测传动轴，2-1是测量架，2-3是第一位移量传感器，2-3是第二位移量传感器，2-4是角位移传感器。

具体实施方式

参看附图1，一种传动轴对中偏差的测量方法，基于对中偏差测量装置来实现，所述对中偏差测量装置用于主传动轴1-1与被测传动轴1-2的对准测量，包括设置在机架上并用于安装主传动轴1-1的驱动机构、固定在主传动轴1-1上的测量架2-1、定位在机架上并用于测量主传动轴1-1转动角度的角位移传感器2-4、定位在测量架2-1上且用于测量被测传动轴1-2的第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3以及配套控制电路，被测传动轴1-2与主传动轴1-1相对设置且定位在机架上；所述角位移传感器、第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3的输出端与控制电路输入端连接；所述测量架2-1一端固定在主传动轴1-1外圆上、另一端分别设有平行设置的第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3；第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3采用自复位式直线位移传感器；复位式直线位移传感器的量程，根据被测传动轴1-2的直径来选配。附图1中对中偏差测量装置结构中省略的驱动机构，用于驱动主传动轴1-1旋转，这是本领域技术人员公知的常识，不必在附图中一一表明；被测传动轴1-2安装定位机架上，本装置运行时，被测传动轴1-2静止，不随主传动轴1-1旋转。

本申请的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、设定主传动轴1-1自由端的端面中心点为原点，主传动轴1-1中心轴为y轴、水平方向垂直于y轴且穿过原点为x轴、竖直方向垂直于y轴且穿过原点为z轴，建立基准坐标系，基准坐标系参看附图1；再设定主传动轴1-1的中心轴的直线方程为s1；

步骤二、主传动轴1-1和测量架2-1同步转动一周，被测传动轴1-2静止；主传动轴1-1每转动角度β，控制电路记录并存储由第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3采集的被测传动轴1-2的径向测量数据；

参看附图2和3，径向测量数据包括o1n1、n1mi1、o2n2和n2mi2；

其中，o1n1和o2n2分别代表位第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3安装位置距y轴的直线距离，n1mi1和n2mi2分别代表第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3安装位置距各自测量点m1和m2的直线距离，i代表采集数据的次数；

转动角度β选择范围在0.01-0.1°内，转动角度β关系到本申请的测量精度，选用转动角度越小，采样数据越多，测量精度越高。

步骤三、根据计算公式：

和，

分别求出m1和m2的坐标集；

上式中，a代表第一位移量传感器2-2距主传动轴1-1自由端端面的水平直线距离，b代表第二位移量传感器2-3距第一位移量传感器2-2的水平直线距离；

步骤四、根据m1和m2的坐标集，分别筛选出m1和m2中x轴坐标与z轴坐标的最大值和最小值；再根据计算公式：

=和=，

分别求出m1和m2所成轨迹的中心点p1和p2的坐标；

上式中：x1max代表m1中x轴坐标最大值，x1min代表m1中x轴坐标最小值，x2max代表m2中x轴坐标最大值，x2min代表m2中x轴坐标最小值；

步骤五、根据空间两点构成直线的计算公式，求出穿过p1和p2的直线方程，此直线方程即为被测传动轴1-2中心轴的直线方程s2；再结合直线方程s1，求出s1和s2之间的同轴度d。

进一步改进措施是：再根据s1和s2，求出s1和s2的夹角α、s2与xoy平面的夹角α1、s2与yoz平面的夹角α2、s1和s2之间的最短直线距离d、s1和s2之间的最短直线距离d在x轴方向的分量d1、s1和s2之间的最短直线距离d在z轴方向的分量d2、s1和s2之间的同轴度d；上述七个数值α、α1、α2、d、d1、d2和d，可用于主传动轴1-1与被测传动轴1-2对中安装调整的参考数据。

本方法在具体实施时，测量架2-1固定在主传动轴1-1上，第一位移量传感器2-2和第二位移量传感器2-3固定在测量架2-1上且轴心位于主传动轴1-1径向，角位移传感器2-4位置固定机架1上且能测量主传动轴1-1的转动角度。

设定主传动轴1-1自由端端面中心为原点，以主传动轴1-1中心轴为y轴，水平方向垂直于y轴的为x轴，竖直方向垂直于x轴和y轴的为z轴建立坐标系；主传动轴1-1的中心轴方程为=。

驱动机构在驱动主传动轴1-1旋转360°的过程中，第一位移量传感器2-2的测量杆触点和安装位置划过的轨迹如图2所示，其中圆形轨迹代表第一位移量传感器2-2安装位置的旋转轨迹，椭圆代表第一位移量传感器2-2的测量杆触点划过的轨迹；在主传动轴1-1和被测传动轴1-2中心轴平行的特殊情况下，第一位移量传感器2-2的测量杆触点划过的轨迹为圆形。

再具体应用时，根据角位移传感器2-4读数，每间隔转动角度0.1°，第一位移量传感器2-2对被测传动轴1-2进行采样并记录，其中n1mi1的长度由第一位移量传感器2-2获得，o1n1为固定值；第一位移量传感器2-2的采样数据共计3600组，其计算公式为360°/i得到。

控制电路对所采集数据进行计算分析并输出结果，计算分析方法包括以下内容：

测量点m1的坐标集由以下公式计算得到：

，

再找出m1坐标集中x轴和z轴坐标的最大值与最小值x1max、x1max、z1max、z1min，因此，m1坐标集所成轨迹的中心点p1坐标为。

参看附图3，采用同样方法可以得到，m2坐标集所成轨迹的中心点p2，p2坐标为。

根据p1和p2两个中心点坐标，利用空间两点确定直线的公式，求出被测传动轴1-2中心轴直线方程s2为。

利用主传动轴1-1与被测传动轴1-2的中心轴方程s1和s2，分别求出s1和s2的夹角

α、s2与xoy平面的夹角α1、s2与yoz平面的夹角α2、s1和s2之间的最短直线距离d、s1和s2之间的最短直线距离d在x轴方向的分量d1、s1和s2之间的最短直线距离d在z轴方向的分量d2、s1和s2之间的同轴度d。

上述中s1和s2的夹角α的计算公式为：

；

s2与xoy平面的夹角的计算公式为：；

s2与yoz平面的夹角的计算公式为：

；

s1和s2之间的最短直线距离d的计算公式为：

；

s1和s2之间的最短直线距离d在x轴方向的分量的计算公式为：

s1和s2之间的最短直线距离d在z轴方向的分量的计算公式为：

；

根据同轴度定义，主传动轴1-1与被测传动轴1-2同轴度值的计算公式为：

。

本申请的传动轴对中偏差测量方法，采用复位式直线位移传感器提高数据的采集精度，采用空间几何公式来计算被测传动轴1-2的中心轴方程，相比于现有测量技术，测量精度、数据处理能力大幅度提升，提高测量的便捷性，使之更能适应工业生产，为提高生产效率打下坚实基础。