对检定规程中试验机同轴度检测方法的探讨

常见试验机的检定规程包括JJG139-2014《拉力、压力和万能试验机检定规程》、JJG475-2008《电子式万能试验机检定规程》、JJG1063-2010《电液伺服万能试验机检定规程》。

笔者根据自身的工作经验对上述规程中有关同轴度的检测提出以下几点质疑:

最大试验力大于分界点的试验机使用同轴度测量仪进行检定, 最大试验力不大于分界点的试验机使用重锤法检查。JJG139-2014中规定的分界点是30k N;JJG475-2008中规定的分界点是5k N。JJG475-2008和JJG1063-2010中没有规定检验试样的尺寸, 只有JJG139-2014中给出了检验试样的尺寸。JJG139-2014给出的检验试样的尺寸是否适用于其他两种类型的试验机?如果适用, 为什么JJG139-2014和JJG475-2008中规定的分界点不一致?如果不适用, 另外两种试验机同轴度检验试样是什么尺寸?

同轴度检验试样是一个弹性体, 通过它两侧的变形情况反映试验机上、下夹头的同轴度。正常情况下, 只要对检验试样施加一定的力值就会产生一定变形, 但并不是所有力值产生的变形都会被同轴度测量仪探测到, 只有力值超过某个临界点产生的变形才能被探测到, 进而被人们所感知。根据笔者的工作经验, 这个临界点在0.3k N左右。根据上述规程规定“施加试验机最大试验力1%的初始力, 调整同轴度测量仪的零点, 再施加试验力至最大试验力的4%, 测量试样两侧的弹性变形。”可以得出:使用同轴度测量仪测量同轴度的试验机最小量程为30k N。笔者建议将JJG139-2014和JJG475-2008中的分界点统一为30k N。

规程中仅给出低于分界点的试验机同轴度的检查方法———重锤法, 但并没有说明重锤的质量、圆锥角和锤尖的曲率半径。重锤质量可以根据试验机的量程进行选取, 唯一标准就是不能大于试验机的量程;圆锥角的选取不宜过大, 过大会增加检定人员的检查难度, 也不宜过小, 过小会增加锤尖的加工难度;无论多么尖的物体都会有一定的曲率半径, 规程规定“通过锤尖是否落在直径为2mm的圆内来判断试验机同轴度是否符合”, 那么对锤尖的曲率半径就要有一定的要求。笔者认为, 规程中应该增加对重锤质量和几何尺寸的规定。

另外, 规程中仅对试验机所处环境的温度和湿度有所要求, 如果采用重锤法进行试验机同轴度检查, 笔者认为对试验机所处环境的空气流动速度应该有所要求。空气的流动可能导致重锤偏离原来的轴线, 尤其现在实验室都要求恒温恒湿环境, 每个实验室内都会配置几台大功率空调, 这样会极大地影响测量准确度。

无论哪种类型的试验机, 依据检定规程同轴度都是首次检定的必检项目。有一些特殊类型的试验机的同轴度无法检定, 但是它们还属于上述规程所包含的范围, 如卧式拉力试验机和压力试验机。笔者建议, 在试验机检定项目中标注:特殊类型的试验机可以不进行同轴度项目的检定。

现在国内采用检定试验机同轴度的设备种类比较多, 最常见的有引伸计检测法、百分表检测法和电阻应变片检测法3种。检定规程中并没有明确规定使用哪种检测方法进行同轴度的检定, 现在国内采取哪种方法的都有, 大部分法定计量检定机构采用的是引伸计检测法, 因为这种方法原理简单、操作方便。但依然有少部分单位采用另外两种方法。我们知道, 原理不同最后得到的结果很有可能不同, 谁也无法保证3种方法对同一台试验机进行同轴度检测的结果是相同的。就像美国ASTM标准E1012规定采用贴电阻应变片的方法对试验机同轴度进行检测一样, 笔者建议在试验机检定规程中明确规定同轴度测量仪的类型, 这样可以保证国内试验机同轴度检测的一致性。

3个检定规程中同轴度计算公式均为

式中:e———加力系统中上、下夹头的中心线与试验机加力轴线的同轴度, %;———在同一测量点, 同一次测量中, 检验试样两侧变形的算术平均值, mm;ΔLmax———在同一测量点, 同一次测量中, 检验试样变形较大一侧的变形值, mm。

根据式 (1) 定义, 将代入, 得

式中:ΔLmin———在同一测量点, 同一次测量中, 检验试样变形较小一侧的变形值, mm。

笔者认为:对于试验机同轴度的计算公式, 式 (2) 比式 (1) 更容易让人理解, 也方便检定完毕后的数据处理。

规程中5.2.1“对于最大试验力不大于5k N的试验机应符合表3的规定”, 应该为“对于最大试验力大于5k N的试验机应符合表3的规定”。