立式电机锥套型胀紧结构推力轴承安装精度的调整方法与流程

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1.本发明涉及一种立式电机锥套型胀紧结构推力轴承安装精度的调整方法。


背景技术：

2.在立式电机中，以锥套胀紧结构设计推力轴承旋转部件的安装方式比较常见，但通常应用在转速不超过1500r/min的轴承结构中，而在4200r/min的高转速立式电机中应用还尚属首次，这对该结构位置的安装精度较低转速电机有更高要求。在此之前，国内外无同类型转速电机应用的实例可以借鉴，在采用传统的安装工艺已无法满足的情况下，就要求我们必须更新技术，摸索出更为精细的工艺方法且做到精益求精。


技术实现要素：

3.本发明涉及一种立式电机锥套型胀紧结构推力轴承安装精度的调整方法，该方法对安装过程的各个环节进行了规范，特别对结构进入调整阶段的初始状态做了新的要求，以及在调整过程中做出有利于调整可控性的创新。本发明的技术方案为：一种立式电机锥套型胀紧结构推力轴承安装精度的调整方法：
4.a.初始组装：使用千斤顶(11)将转子(4)支撑在安装工位，并将转子(4)较工作位置高程顶起2～3mm，安装轴承非转动部件包括导瓦(9)和推力瓦(8)，再依次安装轴承转动部件，轴承转动部件之间的安装尺寸均设计为间隙配合，包括推力头(6)与外锥套(1)、内锥套(2)与转子(4)、分瓣式卡环(5)与转子(4)环槽，使用分瓣式卡环紧固螺栓(10)将分瓣式卡环(5)完全紧固在推力头(6)上，利用扭矩扳手初步紧固胀紧螺栓(3)到一定扭矩值，利用卡环嵌入转子环槽内的保护作用，锥套可以在少量胀紧量的条件下撤除千斤顶(11)，将轴系全部落座在推力瓦(8)上，利用此方法可以反复通过实验测得胀紧螺栓(3)在紧固到多少扭矩值范围时，其提供的锥套胀紧量可以承受转子(4)的自重，即在此扭矩值下撤除千斤顶(11)时，分瓣式卡环(5)不再受转子(4)对其施加的下压轴向力，依靠胀紧量提供的静摩擦力即可实现转子(4)与推力头(6)之间不再发生轴向的相对滑移，在此条件下的扭矩值才可以满足轴系转入后续盘车检测阶段，其对应的扭矩值可定义为盘车最小扭矩值，并在测得该值后全部拆解轴承转动部件，对其进行全面检查，重新组装；
5.b.初步胀紧：转动部件重新以间隙状态完成组装，外锥套(1)与内锥套(2)组装后在垂直方向上有较大间隙值，需首先采用手动的旋紧方式并配合十字交叉法成对对螺栓实施旋紧，目的是利用手部力量感知每个螺栓施加扭矩的细微变化，保证内、外套间隙均匀弥合，当间隙被弥合后全部螺栓将无法继续被手动旋紧，此时改用力矩扳手按十字交叉法以较小扭矩增幅对螺栓分多轮次逐步胀紧，直至全部螺栓施加的紧固扭矩值达到盘车最低扭矩值，即满足首次盘车检测条件；
6.c.盘车检测：满足盘车条件下，撤去支撑千斤顶(11)，将转子(4)连同推力头(6)落座在推力瓦(8)上以此提供对推力头(6)的垂直约束，调整导瓦(9)的背部螺钉使多块导瓦(9)紧密包裹在推力头(6)的轴颈上，以此提供对推力头(6)的水平约束，在转子(4)上下两
端轴伸上标记记录点，制作针对记录点坐标方向的检测记录表，使用盘车工具(7)在提供润滑油的条件下人力转动转子(4)，使转子(4)时刻以推力头(6)的转轴为基准做周向转动，架百分表检测转子(4)下端轴伸部位轴颈做周向摆动的径向跳动值，以此值衡量转子(4)与推力头(6)两者相对位置关系的同轴精度,此精度即为设定的安装精度，其精度值要求控制在0.015mm/m以内的标准要求；
7.d.胀紧调整并监测：对步骤c检测数据进行分析，依据转子径向跳动值判断此时精度误差的大小，并将数据中的峰值定义为高点、谷值定义为低点，明确高、低点各自对应的螺栓，以此制定对胀紧螺栓(3)的紧固顺序，即指定起始螺栓和其余螺栓的依次紧固顺序，使用力矩扳手在盘车最低扭矩值的基础上增加10n
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m，将螺栓全部复紧，并在紧固的同时观察百分表读数的变化，时刻监测并判断调整过程中精度的变化趋势，随时调整紧固顺序和扭矩值，实现对安装精度调整的可控性；
8.e.完成安装并最终检测：每一次递增扭矩对胀紧螺栓(3)进行一轮紧固就是对安装精度的一次调整并监测，每次调整过后又需重新进行盘车检测生成新的精度数据，并再次对新数据进行分析并以此作为重新调整的依据，即对步骤c、步骤d两个步骤采用交替进行的方式开展下去，直至胀紧螺栓(3)的扭矩值达到设计要求值时，最终检测转子(4)与推力头(6)两者的安装精度值也达到标准要求。
9.1)、步骤a初始组装：盘车最低扭矩值的实验方法要求每次需将全部胀紧螺栓(3)紧固到统一的实验扭矩值后，架百分表检测推力头(6)与转子(4)端面之间的距离变化，以此判断两者是否发生轴向相对滑移；2)、每次实验均由初始组装开始，即两次实验之间需要重新顶起转子(4)并完全松弛锥套紧量，恢复转动部件之间的间隙状态后，重新紧固胀紧螺栓(3)到一个新的实验扭矩值，每次实验扭矩值的递增可间隔为10n
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m；3)、通过多次实验并逐步增加实验扭矩值的情况下，最终会测得首次满足盘车检测条件时所对应的一个实验扭矩值，在该实验扭矩值的基础上增加20n
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m作为安全系数后，确定为盘车最低扭矩值；
10.1)、步骤b初步胀紧：使用十字交叉法手动成对旋紧螺栓时，应选取中心对称方向的两处螺栓同时进行旋紧，保证两螺栓旋紧的扭矩值和旋转速度保持基本一致，对每对螺栓施加短暂旋紧后及时变更其余角度上的螺栓进行旋紧，力求整圈螺栓同步提升外锥套(1)，直至间隙完全弥合；2)、间隙弥合后，手动力量已无法进一步施紧，此时改用力矩扳手同样以十字交叉的方法逐一对螺栓(3)进行旋紧，由于单一螺栓紧固时扭矩值过大会影响外锥套(1)发生倾斜和扭曲变形，因此要求每次以不超过5n
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m的扭矩增幅完成对整圈螺栓的紧固后再增加5n
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m开始下一轮紧固，循序渐进地直至所施加的扭矩值达到盘车最低扭矩值。
11.1)、步骤c盘车检测：在胀紧螺栓(3)满足盘车最低扭矩值后，撤去转子(4)的支撑千斤顶(11)，将轴系落置在推力瓦(8)上，调整导瓦(9)的背部螺钉使多块导瓦(9)紧密包裹在推力头(6)的轴颈上；2)、参考水平坐标系x和y轴，选择转子(4)轴伸下端一个光滑轴颈，在坐标系x和y轴正方向上分别支调两块百分表(12)，并在转子(4)上、下两端轴身上便于观察的合适位置，以x轴正方向为起始点，俯视顺时针方向整周均布标记八个记录点位，依次编号为1～8，且要求上、下两圈标记点在竖直方向上编号一一对应，即同编号在同方向；3)、盘车前，按记录点编号所对应水平坐标系的相位，制作坐标系式的记录表格用于记录跳动数值，要求每一组记录表由两个坐标系组成，分别记录每次盘车检测时x轴方向百分表读数
和y轴方向百分表读数，以便于后续做数据的计算和对比分析；4)、安装盘车工具(7)，开启润滑油循环，人力推动盘车工具两个对称长臂开始盘转轴系，在轴系转动起来润滑油充分介入后，控制轴系匀速且缓慢旋转，此时读取并记录两百分表在转至各标记点时所对应的径跳读数，可得到一组两表独立的轴摆径跳数据，分别为x轴方向百分表的数据和y轴方向百分表的数据，并在记录完成后将轴系停转至初始位置，保持表针相对于径跳中心的位置关系。
12.1)、步骤d胀紧调整并监测：分析检测数据可靠性，两条数据中各标记点的记录数值会有不同，但分别体现出的最高点位所对应的编号应是同一个，同理其最低点位所对应的编号也应是同一个，且两个编号应成中心对称分布，最高点和最低点之间的差值即最大径跳值应相同或相差不超过测量误差，并将最高点和最低点所对应的螺栓进行临时标记；2)、计算理论中心点数值，以x轴方向打表数据计算x轴方向的径跳中心为x中＝(x正+x负)/2，即(x1点读数+x5点读数)/2，以y轴方向打表数据计算y轴方向的径跳中心y中＝(y正+y负)/2，即(y7点读数+y3点读数)/2，得出(x中，y中)坐标值就是理论上调整精度的中心值，再结合两表所在标记点位的静止读数，就可以计算出转子(4)任何时刻分别在x轴和y轴方向上相对于各自径跳中心的误差方向和误差量；3)、调力矩扳手扭矩，在当前扭矩值的基础上增调一定扭矩值，选择高点位对应的螺栓为一号螺栓开始紧固，其次是一号螺栓左、右相邻的两只螺栓为二号和三号螺栓，再以三号右侧和二号左侧两只螺栓为四号和五号螺栓，以此规律确定剩余全部螺栓顺序，直至低点位对应螺栓为最后紧固的螺栓；4)、螺栓紧固的同时观察转子(4)下端两表读数的变化，此时百分表针读数会随着螺栓胀紧的过程而改变，驱使两表读数各自向径跳中心值移动，当变化幅度较大时，即高点位有转变成低点位的趋势时，应及时降低之前调整的扭矩增幅并继续按原有顺序完成全部螺栓的紧固，进而实现在螺栓胀紧的过程中通过实时监测精度的变化趋势，随时改变相应的调整策略。
13.本发明的工作原理是：
14.胀紧套在胀紧螺栓的紧固下，外锥套以局部发生弹性变形的方式蠕动式的被螺栓拉近至内锥套，各部件之间的作用力和反作用力大小也随着变形时刻发生着改变，因此锥套在实现胀紧的过程中也时刻改变着推力头与转轴的相对位置精度。本发明的方法就是在初始安装阶段时，细化锥套结构紧固过程中不同扭矩状态下的工况形式，并采用针对性的螺栓紧固方式，提高其初始安装精度；在调整阶段时，通过对螺栓扭矩每次增调后的盘车检测，掌握每次调整后新的精度数据，以新数据确定新调整目标的大小和方向，并制定相应的的螺栓紧固顺序和扭矩增幅，在通过打表监测的技术手段，以x轴和y轴两块百分表的读数变化判断每个螺栓在紧固过程中对精度影响的变化趋势，从而随时做出调整，使整个调整过程具有方向性和可控性。
15.本发明的有益效果：
16.由于各结构件之间存在原始的间隙值，内套、外套之间在初始安装过程中必然会存在或大或小的倾斜误差，而当这个初始误差较大时，则会延续至最后使安装精度最终无法调和，因此，在该结构轴承安装之初，我们采用以往的安装工艺对胀紧螺栓采取了胀紧顺序和紧固扭矩变化的多次尝试，但随着螺栓紧固扭矩值的不断增大，到后期发现安装精度始终无法通过紧固顺序和扭矩上的变化做出准确调整，安装误差一直居高不下。所以，我们需要在锥套胀紧之初就力求内、外套之间有良好的相对位置关系，否则在复杂的受力环境
下，初始的巨大误差很难通过后续的调整完全消除。加之锥套中的外套始终处于结构的内部，无法通过观察和测量的手段确认位置精度的状态，因此在原始间隙的弥合过程中，我们采用徒手且对称螺栓同时施紧的紧固方式，通过感受螺栓扭矩反馈的细微变化，防止内外套在紧密贴合前因局部扭矩过大而提前发生卡滞现象。再由于我们使用的扭矩扳手的扭矩调整范围是40～250n
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m，在低扭矩阶段无法通过扭矩扳手统一整圈螺栓的施紧扭矩，因此当内外套均匀贴合后依靠手部力量已无法继续施紧时，我们依据螺栓统一的旋距功能，以一致的旋转角度来保持内外套初始的相对位置关系得到良好的延续。待螺栓的紧固扭矩进入扭矩扳手扭矩调整范围后，再统一以等扭矩的方式继续保持这一关系，直至锥套结构能以较好的初始安装精度进入盘车检测和调整阶段。经过对轴系进行首轮检测的精度对比可以看出，通过以上方式完成的初始安装，轴摆最大径跳动由最初普遍0.25mm/m以上降至0.15mm/m以下，为后续实现调整0.015mm/m的目标精度提供了强有力的基础保证。
17.有了良好的初始状态还不够，由于该型高转速电机的转子较以往低转速电机动辄十几吨、几十吨自重相比过于轻巧，仅有2.86吨的该转子可以轻易被锥套结构中各部件之间不规则的作用力分布和由此引发的不规则弹性形变所影响，在螺栓紧固过程中常常发生逆调整和过调整的现象，起初在每轮次调整后做精度值检测时，发现调整后的大小和方向均呈现出随机性，始终无法达到满意的安装精度要求。虽然这个随机性对精度的影响在低转速电机上是可以容忍的，但在高转速电机的高精度要求下则无法被接受，因为不但安装精度无法保证，工艺可靠性更无从谈起，这使得我们不得不对其施加的每一步调整做出实时监测的工艺优化，只有实时了解每一个动作对精度影响的趋势才能在调整过程中第一时间做出正确与否的判断并及时改变调整策略。该技术优化的基础是来自对轴系安装精度的检测方法，最初的检测方法是由一块百分表仅完成对精度的检测功能，其数据只可以体现出理论安装误差的大小和高低点对应相位的方向，当转子停止盘车后处于静止状态时，轴头检测部位的实际位置与理论中心的相对位置无法确定，即理论上的零误差点无法与任意时刻的实际位置相关联，没有零误差点作为调整的目标也就无法实现所需要的实时监测功能。本发明是在原单表检测的基础上，新增了90
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角垂直方向的另一块表同时参与检测并生成两条不同的坐标数据集，通过两个数据集在各自轴向上的计算，得出各自轴向上的理论误差中心点x中和y中，(x中，y中)这个中心点就是我们要的调整目标，有了目标做引导，后面的实时监测功能就可以顺利实现了。
18.有了可以实时对调整过程进行监测的手段，我们就可以不断的深入和细划地掌握螺栓胀紧顺序和胀紧扭矩对精度的响应规律，使调整变得更加得心应手。本发明中涉及的螺栓紧固顺序是相对其他顺序较为有效的一种方式，可以以更稳定的节奏改善精度效果，最大限度减小调整过程中精度突变的情况发生，但同时也需要监测功能的配合及时对扭矩增幅做出增减。
19.通过该发明成果，成功将该立式电机推力轴承的安装精度提高到了一个新的等级。
附图说明:
20.图1是轴承转动部件组装示意图。
21.图2是盘车工的结构具示意图。
22.图3是x轴方向百分表读数和y轴方向百分表读数对比图。
23.图4是盘转轴系检测精度示意图。
24.图5是精度调整时按高点、低点螺栓紧固顺序的示意图。
具体实施方式:
25.一种立式电机锥套型胀紧结构推力轴承安装精度的调整方法，
26.a.如图1所示，将各部件初始组装：使用千斤顶11将转子4支撑在安装工位，并将转子4较工作位置高程顶起2～3mm，安装轴承非转动部件包括导瓦9和推力瓦8，再依次安装轴承转动部件，轴承转动部件之间的安装尺寸均设计为间隙配合，包括推力头6与外锥套1、内锥套2与转子4、分瓣式卡环5与转子4环槽，使用分瓣式卡环紧固螺栓10将分瓣式卡环5完全紧固在推力头6上，利用扭矩扳手初步紧固胀紧螺栓3到一定扭矩值，利用卡环嵌入转子环槽内的保护作用，锥套可以在少量胀紧量的条件下撤除千斤顶11，将轴系全部落座在推力瓦8上，利用此方法可以反复通过实验测得胀紧螺栓3在紧固到多少扭矩值范围时，其提供的锥套胀紧量可以承受转子4的自重，即在此扭矩值下撤除千斤顶11时，分瓣式卡环5不再受转子4对其施加的下压轴向力，依靠胀紧量提供的静摩擦力即可实现转子4与推力头6之间不再发生轴向的相对滑移，在此条件下的扭矩值才可以满足轴系转入后续盘车检测阶段，其对应的扭矩值可定义为盘车最小扭矩值，并在测得该值后全部拆解轴承转动部件，对其进行全面检查，重新组装。具体操作如下：1、盘车最低扭矩值的实验方法要求每次需将全部胀紧螺栓3紧固到统一的实验扭矩值后，架百分表检测推力头6与转子4端面之间的距离变化，以此判断两者是否发生轴向相对滑移；2、每次实验均由初始组装开始，即两次实验之间需要重新顶起转子4并完全松弛锥套紧量，恢复转动部件之间的间隙状态后，重新紧固胀紧螺栓3到一个新的实验扭矩值，每次实验扭矩值的递增可间隔为10n
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m；3、通过多次实验并逐步增加实验扭矩值的情况下，最终会测得首次满足盘车检测条件时所对应的一个实验扭矩值，在该实验扭矩值的基础上增加20n
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m作为安全系数后，确定为盘车最低扭矩值。
27.b.对锥套实施初步胀紧：转动部件重新以间隙状态完成组装，外锥套1与内锥套2组装后在垂直方向上有较大间隙值，需首先采用手动的旋紧方式并配合十字交叉法成对对螺栓实施旋紧，目的是利用手部力量感知每个螺栓施加扭矩的细微变化，保证内、外套间隙均匀弥合，当间隙被弥合后全部螺栓将无法继续被手动旋紧，此时改用力矩扳手按十字交叉法以较小扭矩增幅对螺栓分多轮次逐步胀紧，直至全部螺栓施加的紧固扭矩值达到盘车最低扭矩值，即满足首次盘车检测条件。具体操作如下：1、使用十字交叉法手动成对旋紧螺栓时，应选取中心对称方向的两处螺栓同时进行旋紧，保证两螺栓旋紧的扭矩值和旋转速度保持基本一致，对每对螺栓施加短暂旋紧后及时变更其余角度上的螺栓进行旋紧，力求整圈螺栓同步提升外锥套1，直至间隙完全弥合；2、间隙弥合后，手动力量已无法进一步施紧，此时改用力矩扳手同样以十字交叉的方法逐一对螺栓3进行旋紧，由于单一螺栓紧固时扭矩值过大会影响外锥套1发生倾斜和扭曲变形，因此要求每次以不超过5n
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m的扭矩增幅完成对整圈螺栓的紧固后再增加5n
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m开始下一轮紧固，循序渐进地直至所施加的扭矩值达到盘车最低扭矩值。
28.c.如图2所示，准备盘车工具，对轴系进行盘车检测：满足盘车条件下，撤去支撑千斤顶11，将转子4连同推力头6落座在推力瓦8上以此提供对推力头6的垂直约束，调整导瓦9
的背部螺钉使多块导瓦9紧密包裹在推力头6的轴颈上，以此提供对推力头6的水平约束，在转子4上下两端轴伸上标记记录点，制作针对记录点坐标方向的检测记录表，使用盘车工具7在提供润滑油的条件下人力转动转子4，使转子4时刻以推力头6的转轴为基准做周向转动，架百分表检测转子4下端轴伸部位轴颈做周向摆动的径向跳动值，以此值衡量转子4与推力头6两者相对位置关系的同轴精度,此精度即为设定的安装精度，其精度值要求控制在0.015mm/m以内的标准要求。具体操作如下：1、在胀紧螺栓3满足盘车最低扭矩值后，撤去转子4的支撑千斤顶11，将轴系落置在推力瓦8上，调整导瓦9的背部螺钉使多块导瓦9紧密包裹在推力头6的轴颈上；2、参考水平坐标系x和y轴，选择转子4轴伸下端一个光滑轴颈，在坐标系x和y轴正方向上分别支调两块百分表12，并在转子4上、下两端轴身上便于观察的合适位置，以x轴正方向为起始点，俯视顺时针方向整周均布标记八个记录点位，依次编号为1～8，且要求上、下两圈标记点在竖直方向上编号一一对应，即同编号在同方向；3、如图3所示，盘车前按记录点编号所对应水平坐标系的相位，制作坐标系式的记录表格用于记录跳动数值，要求每一组记录表由两个坐标系组成，分别记录每次盘车检测时x轴方向百分表读数和y轴方向百分表读数，以便于后续做数据的计算和对比分析；4、如图4所示，安装盘车工具7，开启润滑油循环，人力推动盘车工具两个对称长臂开始盘转轴系，在轴系转动起来润滑油充分介入后，控制轴系匀速且缓慢旋转，此时读取并记录两百分表在转至各标记点时所对应的径跳读数，可得到一组两表独立的轴摆径跳数据，分别为x轴方向百分表的数据和y轴方向百分表的数据，并在记录完成后将轴系停转至初始位置，且要求停转后不要碰触或调整两个百分表，保持表针相对于径跳中心的位置关系。
29.d.如图5所示，进一步增加螺栓紧固扭矩，逐步胀紧锥套的同时进行精度调整和监测：对检测数据进行分析，依据转子径向跳动值判断此时精度误差的大小，并将数据中的峰值定义为高点、谷值定义为低点，明确高、低点各自对应的螺栓，以此制定对胀紧螺栓3的紧固顺序，即指定起始螺栓和其余螺栓的依次紧固顺序，使用力矩扳手在盘车最低扭矩值的基础上增加10n
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m，将螺栓全部复紧，并在紧固的同时观察百分表读数的变化，时刻监测并判断调整过程中精度的变化趋势，随时调整紧固顺序和扭矩值，实现对安装精度调整的可控性。具体操作如下：1、分析检测数据可靠性，两条数据中各标记点的记录数值会有不同，但分别体现出的最高点位所对应的编号应是同一个，同理其最低点位所对应的编号也应是同一个，且两个编号应成中心对称分布，最高点和最低点之间的差值即最大径跳值应相同或相差不超过测量误差，并将最高点和最低点所对应的螺栓进行临时标记；2、计算理论中心点数值，以x轴方向打表数据计算x轴方向的径跳中心为x中＝(x正+x负)/2，即(x1点读数+x5点读数)/2，以y轴方向打表数据计算y轴方向的径跳中心y中＝(y正+y负)/2，即(y7点读数+y3点读数)/2，得出(x中，y中)坐标值就是理论上调整精度的中心值，再结合两表所在标记点位的静止读数，就可以计算出转子4任何时刻分别在x轴和y轴方向上相对于各自径跳中心的误差方向和误差量；3、调力矩扳手扭矩，在当前扭矩值的基础上增调一定扭矩值，选择高点位对应的螺栓为一号螺栓开始紧固，其次是一号螺栓左、右相邻的两只螺栓为二号和三号螺栓，再以三号右侧和二号左侧两只螺栓为四号和五号螺栓，以此规律确定剩余全部螺栓顺序，直至低点位对应螺栓为最后紧固的螺栓；4、螺栓紧固的同时观察转子4下端两表读数的变化，此时百分表针读数会随着螺栓胀紧的过程而改变，驱使两表读数各自向径跳中心值移动，当变化幅度较大时，即高点位有转变成低点位的趋势时，应及时降低之前调
整的扭矩增幅并继续按原有顺序完成全部螺栓的紧固，进而实现在螺栓胀紧的过程中通过实时监测精度的变化趋势，随时改变相应的调整策略。
30.e.如图5所示，完成安装调整并做最终精度检测：每一次递增扭矩对胀紧螺栓3进行一轮紧固就是对安装精度的一次调整并监测，每次调整过后又需重新进行盘车检测生成新的精度数据，并再次对新数据进行分析并以此作为重新调整的依据，即对步骤c、步骤d两个步骤采用交替进行的方式开展下去，直至胀紧螺栓3的扭矩值达到设计要求值时，最终检测转子4与推力头6两者的安装精度值也达到标准要求。