曾利民;杨莹
【摘 要】针对轴向拉伸试验机几何同轴度与受力同轴度检测的适用范围不明确,受力同轴度的检测、计算与评判方法不统一等问题,本文基于同轴度定义与检测原理提出了解决这些问题的一些方法和建议. 【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2011(031)005
【总页数】4页(P27-29,40)
【关键词】试验机;几何同轴度;受力同轴度;适用范围
【作 者】曾利民;杨莹逆问
【作者单位】浙江省计量科学研究院,浙江杭州310013;浙江省计量科学研究院,浙江杭州310013
【正文语种】中 文
【中图分类】TB931
1 同轴度检测方法
毛陈冰
同轴度表征试验机上下夹头之间加荷轴线与试样钳口中心线的偏离程度或偏心效应［1］，拉伸试验机不同轴有三种情况:试验机上、下夹头中心线平行不重合 （如轴线距不对中而产生偏心加载）;上、下夹头中心线方向不重合而一致对中性差 （如轴线角不对中而产生侧向加载）;试样本身机械加工不对称。由于对材料、零件和构件进行机械与工艺性能试验时所用试验机同轴度误差 （建议用“同轴度偏差”）会引入附加弯矩而影响拉伸试验结果的准确性，因而高准确度拉伸试验机应进行同轴度检定，其方法分为几何同轴度法与受力同轴度法。
1.1 几何同轴度检测法
几何同轴度是将同轴度试棒装夹在试验机上、下夹头之间，在不受力的状态下用几何方法测得的同轴度 （偏离程度）。几何同轴度偏差用各力作用点到基准轴线的最大距离表示［ 2－3］，主要用于生产企业或使用单位试验机自检，常用方法有:①选用足够长度和直线度的同轴度试棒装夹在试验机上、下夹头之间，用两只百分表安装在同轴度试棒上检测试验机上、下夹头的同轴度或者用象限水平仪检测同轴度试棒的倾斜角，通过计算给出检验试验机上、下夹头的同轴度;②将同轴度试棒装夹在上、下夹头上从中部断开检测试验机同轴度;③将重锤从上夹头中心位置吊下，检测重锤与下夹头中心位置的偏离。
1.2 受力同轴度检测法
受力同轴度将同轴度试棒装夹在试验机上、下夹头之间，在受力状态下用引伸计测量同轴度试棒最大弯曲应变和拉伸应变，或者用同轴度检测仪测量同轴度试棒最大弯曲应力、轴向应力所得到的同轴度（偏心效应）。受力同轴度偏差为最大弯曲应变 （最大弯曲应力）与拉伸应变 （轴向应力）的百分比［2－4］。
目前，检测受力同轴度时一般在受力同轴度试棒上安装2个引伸计，在每一检定点只能检测出同一横截面两个位置的应变，由于同一位置在左右x方向、前后y方向两次测量中受力同轴度试棒安装不尽相同（如试验机上下夹头轴线与同轴度试棒中心线夹角有变化），会导致侧向约束力带来的附加弯曲，影响同轴度的检测结果，因而受力同轴度偏差按公式 （1）
计算，可用三次检测结果平均值e=表示。
多能干细胞式中:ΔL1，ΔL2（εx1，εx2）分别为左右 x方向轴向变形量 （应变）;
国际篮球规则2 受力同轴度变形值、应力值的确定
检测受力同轴度时，要在受力状态下用引伸计或同轴度测试仪测量同轴度试棒在弹性范围内的变形值（或应力值），提高变形值 （或应力值）的测量准确度是保证同轴度检测准确的关键。
2.1 变形值的确定
在拉伸过程中直径为d的同轴度试棒各横向截面之间不发生相对扭转 （如图1所示）。变形前截面1为圆截面，与基准面相距Z0;截面2为圆截面1受拉变形后斜平面与原圆柱相交所得的椭圆截面，与基准面相距Z（非定值）。如果不考虑拉伸过程中圆柱体直径缩小，则受力变形后圆柱体截面上各点变形量ΔZ=Z －Z0。
图1 拉伸试验截面变形示意
2.2 应力值的确定
在变形过程中变形截面不发生翘起，变形后仍保持平面，即同轴度试棒受力截面除受拉力P作用外还受弯矩影响。如果不考虑铰接、调心等因素的影响，对拉伸试验模型做进一步简化，如图2所示。图中:δ为几何同轴度偏差;L0，L，ΔL分别为引伸计原始标距、受拉作用后标距、变形量;α为试验机上下夹头轴线与同轴度试棒中心线夹角。
图2 拉伸试验加载模型
实际检测时，试验机上下夹头轴线与同轴度试棒中心线夹角α很小，如果忽略其附加弯矩对同轴度检测结果的影响，则受力同轴度偏差与几何同轴度偏差关系如公式 （4）所示。
3 几何同轴度与受力同轴度适用范围
理论上规定了几何同轴度误差 （建议用“几何同轴度偏差”），则受力同轴度误差 （建议用“受力同轴度偏差”）也就确定了。如将检定规程［5－7］、国标［8－10］中准许的几何同轴度偏差 δ=0.5 mm 代入公式 （4）进行计算，则10 mm芯棒受力同轴度偏差计算值e=40.0%，12 mm芯棒受力同轴度偏差计算值e=33.3%;检定规程、国标对受力同轴度偏差
心肺听诊规定是:新制试验机自动调心夹头受力同轴度偏差e=12%，非自动调心夹头受力同轴度偏差e=20%。从而按式 （4）得到的计算值与检定规程、国标规定的受力同轴度偏差值明显不符合，几何同轴度、受力同轴度两种评定方法存在较大差异，其结论可能完全相反。因此检定规程和国标都有必要规定几何同轴度、受力同轴度检测方法各自的适用范围。
实际检测中，随着拉力P的增大，夹具与受力同轴度试棒之间会不断配合咬紧，其效果相当于在受力同轴度试棒产生塑性铰且塑性铰不断向中间移动（如图2所示L不断变小）而附加弯矩减小，因而几何同轴度与受力同轴度关系复杂。建议:对于试验力最大容量在5 kN以上的试验机进行受力同轴度检测（如规定试验力最大容量在100 kN以下用φ10铝质同轴度试棒，100 kN至250 kN用φ10铜质同轴度试棒，300 kN至600 kN用φ10钢质同轴度试棒，1 MN及以上用φ12钢质同轴度试棒）;对于试验力最大容量在5 kN及5 kN以下的试验机进行几何同轴度检测。
4 检定规程、国标在受力同轴度检测计算上的差异
垮桥4.1 检定规程、国标间的差异
按检定规程［5－7］检定受力同轴度时，要先将同轴度试棒安装在夹头上，在其对称方向各装一个电子引伸计并施加至试验力最大容量的1%时调零，再施加至试验力最大容量的4%（或同轴度试棒的弹性极限）时，在相互垂直的方向上各3次测量同轴度试棒相对两侧的弹性变形。按试验机国标［8－10］检测受力同轴度时，要先将同轴度试棒安装在相应夹具上，在其对称方向各装一个电子引伸计并施加至试验机的试验力最大容量1%时调零，在试验机额定力值2%～4%（不应超过同轴度试棒的弹性极限）范围内以近似相等的间隔，按顺序在不同试验力下分5点同时测量不同试验力下同轴度试棒相对两侧的弹性变形，在相互垂直的方向上各2次测量同轴度试棒相对两侧的弹性变形，因而按检定规程、国标给出的方法检测，所得的受力同轴度不是同一概念。如某1级非自动调心1MN万能试验机 （同轴度要求不超过20%），采用直径d=12 mm的同轴度试棒在试验力最大容量2.0%，2.5%，3.0%，3.5%，4.0%时进行检测，受力同轴度检测结果如表1所示。显然按检定规程得到的检测结果 （e=14.3%）要比按国标的检测结果（e=28.4%）小得多，因而试验机检定规程、国标同轴度检测方法要统一，建议均采用试验机最大容量试验力的4%（或受力同轴度试棒的弹性极限）所对应的检测结果为受力同轴度。
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