材料試驗機同軸度的檢測方法

李聰蔚

（山東省計量測試學會，山東 濟南250014）

1 前 言

材料試驗機的同軸度是指上下夾頭的幾何中心跟拉力軸線不重合的程度。由于材料試驗機的同軸度的存在，使得試樣在受軸向拉力負荷時，受到一側向力和一個附加力矩的影響，因此試驗機的同軸度必須控制在一定的范圍內，才能保證拉力試驗結果的準確、可靠。根據國家標準的規定，材料試驗機的同軸度分為幾何同軸度和受力同軸度。具體技術要求為:幾何同軸度對于最大試驗力≯5 kN 的試驗機，其同軸度用重錘法檢驗不超過Φ2 mm/500 mm。受力同軸度對于最大試驗力＞5 kN的試驗機，針對不同的試驗機級別分別給出了技術要求，0.5 級別試驗機同軸度最大允許值12%，1 級試驗機同軸度最大允許值15%。

2 產生試驗機同軸度誤差的原因

由于設計、加工制造、安裝、使用等多種因素的影響，試驗機不可避免地存在同軸度誤差，產生同軸度的主要原因有以下幾個方面:1）移動橫梁和立柱的加工精度。如果加工精度不高，試驗機裝配后，移動橫梁不能保證與基座的水平度，因此在橫梁移動施加力的過程中產生同軸度誤差。2）安裝力傳感器位置的影響。如果在加工過程中，安裝力傳感器的安裝孔的位置加工精度不夠，勢必會使傳感器偏心，傳感器受側向力的影響，導致產生同軸度誤差。3）夾具加工精度的影響。夾具底座的加工精度、鍥形塊的加工精度，以及組裝后兩側鍥形塊的非對稱性，都會產生同軸度誤差。4）對于帶有球形支座可調節試驗機同軸度的試驗機，球形支座的加工精度以及鋼球與球座的摩擦也會帶來一定的同軸度誤差。

3 同軸度的檢測方法及檢測實例

幾何同軸度的檢測。對于最大試驗力≯5 kN的試驗機，其同軸度用重錘法檢驗。檢驗時拉伸空間應≮500 mm，在上夾頭中心吊一重錘，重錘的中心應在以下夾頭中心為圓心的直徑2 mm的范圍內。

對＞5 kN 的試驗機，使用最大允許誤差不超過±2%的同軸度自動測量儀（或其他相應準確度的測量裝置）。測量時，先將已安裝好同軸度自動測量儀的檢驗試樣夾持在夾頭上，并施加試驗機最大試驗力1%的初始力，調整同軸度測量儀的零點。在試驗機最大力2%～4%按順序在不同試驗力下檢測5 點，測量檢驗試樣相對兩側的彈性變形，在相互垂直的方向上各測2 次。檢測中使用的最大力不應超過檢驗試樣的彈性極限。同軸度按公式（1）計算:

式中:e為材料試驗機同軸度；△Lmax為在同一測量點，同一次測量中，檢驗試樣變形較大一側的變形值；為在同一測量點，同一次測量中，檢驗試樣兩側變形的算術平均值。

選擇1 臺WDW-500 型電子萬能試驗機，最大試驗力500 kN，準確度等級1級。使用最大允許誤差不超過±2%的同軸度自動測量儀進行測量。選擇的同軸度測量專用試棒為45#鋼，直徑12 mm。首先將同軸度專用試棒夾持在試驗機夾頭上，并按要求安裝好同軸度自動測力儀。預熱15 min 后開始測量。首先施加最大試驗力1%的預負荷，然后調整同軸度測量儀的零點。然后按照最大試驗力的2%、2.5%、3%、3.5%、4%在相互垂直的方向上各測兩次，測量結果及數據處理如表1所示。

4 結 語

試驗給出了材料試驗機同軸度的技術要求，分析了產生試驗機同軸度誤差的原因以及相應的檢測方法。在測量過程中為了減小測量誤差，應使用最大允許誤差不超過±2%的同軸度自動測量儀進行測量，在安裝同軸度自動測量儀時應使兩側的引伸計對稱，而且兩組測量的位置應盡可能保證90°角。通過試驗數據分析可以看出，隨著試驗力的增大，試驗機同軸度在逐步減小，這是因為隨著試驗力的增大，克服了試驗機夾頭與試棒之間的間隙以及安裝傾斜等帶來的影響。特別對具有自動調心功能的夾具，隨著試驗力的增加，夾具的自動調節改善了上下夾頭的同軸度。通過試驗數據可以看出，材料試驗機的同軸度是衡量1臺材料試驗機拉力計量性能非常重要的指標之一，為保證材料拉伸強度等測量數據的準確可靠，必須對材料試驗機的同軸度進行精確的測量。

表1 測量結果及數據處理