拉力试验机同轴度产生的原因及调整方法

更新时间:2017-02-20 来源:拉力试验机关闭

    拉力试验机主要用于材料的力学性能试验。由于设计、加工、安装、使用等多方面因素的影响,试验机不可避免地存在同轴度误差。同轴度误差的存在使材料作拉伸试验时引入附加弯矩 , 从而影响到试验结果的准确性。拉力试验机的上、下液压夹头同轴度指标是影响材料疲劳寿命的一项重要技术参数,因此需要对上、下液压夹头不同轴产生原因进行分析,然后进行调整,达到符合规程要求的同轴度,保证实验结果可靠性。

    1 同轴度对试验力的影响

    拉力试验机的上、下液压夹头 ( 以下简称夹头 ) 的同轴度,对拉力试验机的力值准确度有明显影响。

    本文对规格为 50 kN 的 1 级拉力试验机的拉力进行试验验证。试验结果见表 1。

    数据表明,同轴度对试验力有影响,而且还很大。上述试验机的几何同轴度为 0.25%,已经导致1 kN 点的力值误差达到了 1.9%,超出了规程规定的1% 范围。因此,仅仅满足 JJG556-2011《轴向加荷疲劳试验机检定规程》中对上、下夹头的同轴度的8%~12% 的要求是远远不够的。

    2 同轴度对试验结果的影响

    拉力试验机 ( 图 1) 的上、下液压夹头同轴度,除了影响试验力的准确度以外,也对材料的拉、压疲劳试验结果有较大影响,尤其对低应变的试验影响更甚。因为上、下夹头的不同轴,会引入附加弯曲应力并叠加到平均应力上,造成应力局部集中,降低材料疲劳寿命。

    试验机上、下夹头的几何同轴度一般有这样 3种类型:

    (1) 上、下夹头只有夹持中心位移,使材料在拉伸或拉压试验时增加了弯曲应力,见图 2(a)。如果中间断开,此时试样就成为悬臂弯曲。

    (2) 如果上、下夹头只有同向夹持倾斜,则试样处于纯弯曲,见图 2(b)。

    (3) 如果上、下夹头既有中心位移,又重叠夹持倾斜。这种情况会呈现三种夹持方式:

    1) 即一端夹持倾斜,另一端纯中心位移,见图3(a)。

    2) 或一端夹持倾斜,而另一端中心位移及夹持倾斜,见图 3(b)。也可能两端夹持倾斜和中心有位移,见图3(c)。

    电子万能试验机上、下夹头不同轴的存在会使拉压疲劳试验试样不在中间疲劳断裂。

    为了得到材料疲劳试验准确的结果,除了要求有较好的力值准确度外,还要求试验机上、下夹头有较好的同轴度。

    由于目前没有受力同轴度检验的有关标准或规定,没有同轴度基、标准溯源的途径,所以日常检定工作中主要是考核几何同轴度为主。

    3 几何同轴度产生的原因与检查

    3.1 几何同轴度的产生原因

    影响试验机上、下夹头同轴度的因素很多,下文对试验机同轴度产生的原因、检测方法和调整技巧谈谈看法。

    (1)试验机活动横梁升降的平稳性

    试验机横梁升降平稳性主要取决试验机立柱的加工精度和装配后的平行度,还取决于横梁和立柱间的夹紧方式及横梁和立柱间的间隙大小,这些都是加工和装配的结果,也是不可调整的。

    (2)横梁升降时安装力传感器的下平面平行性试验机横梁下底面 ( 传感器基面 ) 在横梁升 ( 或降 ) 后的水平重复性也是先天决定的,它随着横梁升 ( 或降 ) 后横梁夹紧,横梁下底面水平发生变化,产生后果是使上夹头的夹持产生倾斜。

    (3)单个夹头夹持的倾斜与否、夹头夹持的重复性、夹头块的互换性也影响试验机的同轴度。

    (4)斜面垫 ( 防松垫 ) 上下平面的平行性等都能影响试验机上下夹头同轴度。

    3.2 同轴度的几种检验方法

    试验前检测试验机夹头同轴度方法主要有以下4 种:

    (1)利用两根圆试样分别夹在上、下夹头上,见图 4(a)。把 V 型铁靠在下面的试样上转一周,利用百分表测量上面试样 A、B 两端位移及计算得到试样倾斜量、倾斜方向。

    (2)利用一根标准长圆棒和带平台的中心检验棒分别夹在上、下夹头上,见图4(b),转动转盘一周,分别测得标准长圆棒 A、B 两端位移及计算出试样倾斜量、倾斜方向。

    (3)以底座为基础,分别测量上、下检具的平移和倾斜,见图 4(c)。

    第一、二种方法共同点都是利用下夹头夹持一根检具 ( 棒 ) 作为基础来测量上夹头夹持的检具,得到夹头的平移和倾斜,这样测量用的基础本身受到下夹头的夹持后是否倾斜的影响。对寻找平移和倾斜的原因不方便。第三种方法下转动轴也受到下夹头夹持后倾斜与否的影响,并且也影响到上夹头检具的测量结果,对排除和分析带来麻烦,观察也不直观。并且第二、三种需要旋转转盘,则转盘与转轴间存在间隙也将影响测量结果。按照图 4(a)、(b)、(c)对同一台试验机的同轴度进行检验得结果如表 2(数据表明几种检验方法对检验结果影响不大)。

    5 结语

    我们在这里不仅介绍了拉力试验机上、下液压夹头同轴度的测量方法,更剖析了同轴度产生的原因并给出进行疲劳试验前更换或装拆液压夹头时调整同轴度的经验和方法,方便广大拉力试验机操作人员实际操作。

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