科普电子万能试验机同轴度的检测方法 第二部分

材料试验机同轴度的检测方法

应变测量法    

测量原理：将检验试样放入试验机的夹持装置里面，材料试验机对其施加一定力值后通过同轴度自动检测仪内部的引伸计或者其他一些变形测量装置测量检验试样所产生的弹性变形从而知道同轴度大小。

测量方法：对于最大试验力大于30kN的材料试验机，根据相关要求选择合适的检验试样，采用同轴度测试仪（或其他相应准确度的测量装置）进行检测。检测时，先将检验样品夹持在夹头上并施加材料试验机的最大试验力约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%，施加试验力过程中应注意使用的最大力不应使检验样品产生塑性变形，测量样品相对两侧的弹性变形，在相互垂直的方向上分别测量3次。同轴度按公式（1）计算，每次检定的结果均应满足表1的要求。

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，% ；`△L在同一测量点，同一次测量中，检验样品两侧变形的算术平均值，mm；△Lmax-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。

如何选择合适的检验试样：根据检定规程要求，针对不同量程的材料试验机应选用不同直径、不同材质的检验样品对其进行同轴度的测量，通过下面的试验数据具体说明下如何检验样品，以合金铝（弹性模量E=72GPa，屈服强度为125MPa）以及45#钢（弹性模量E=210GPa，屈服强度为355MPa）这两种材质为例进行分析试验。

（1）对于量程30kN的试验机，在做同轴度测量时，使用材质为45#钢、ф10mm的检验试样，按照上述的测量方法，在其受到最大力为30×4%=1.2（kN），此时检验试样所受应力为：

对于有效长度100mm的试棒，实际变形量：△l=100×72.9×10-6=7.29（μm）

若使用材质为合金铝、ф10mm的检验试样，同理可得σ=15.3MPa），△l=21.25（μm）

（2）对于量程100kN的试验机，在做同轴度测量时，使用材质为45#钢、ф10mm的检验试样，按照上述的测量方法，在其受到最大力为100×4%=4（kN），此时检验试样所为受应力：

对于有效长度100mm的试棒，实际变形量：△l=100×242.9×10-6=24.29（μm）

若使用材质为合金铝、ф10mm的检验试样，同理可得σ=51（MPa），△l=70.83（μm）

（3）对于量程600kN的试验机，在做同轴度测量时，使用材质为45#钢、ф10mm的检验试样，按照标准的测量方法，在其受到最大力为600×4%=24（kN），此时检验试样所受应力为：

对于有效长度100mm的试棒，实际变形量：△l=100×1455.7×110-6=145.57（μm）

若使用材质为45#钢、ф12mm的检验试样，同理可得σ=212.3（MPa），△l=101.1（μm）

（4）对于量程1000kN的试验机，在做同轴度测量时，使用材质为45#钢、ф12mm的检验试样，按照标准的测量方法，在其受到最大力为1000×4%=40（kN），此时检验试样所受应力为：

对于有效长度100mm的试棒，实际变形量：△l=100×1685×10-6=168.5（μm）

因为选择检验样品需要遵循的原则是在样品受到最大力时不超过其极限强度而能获得最大应变，所以通过以上四组试验数据可以知道：材料试验机的量程为30kN～100kN时应当选用材质为合金铝、ф10mm的检验试样；材料试验机的量程为100kN～600kN时应选用材质为45#钢、ф10mm的检验试样；材料试验机的量程为600kN～1000kN时应选用材质为45#钢、ф12mm的检验试样；材料试验机的量程不小于1000kN时应选用材质为45#钢、直径大于12mm的检验试样。


几何测量法

通过上面的试验数据我们可以知道对于量程小于30kN的材料试验机，如果采用应变测量法检测材料试验机的同轴度，即便采用铝合金材质的检验样品，也只能产生二十几微米以下的实际变形量，目前国内同轴度检测装置很难准确地测量出这么小的变形量，那么对于量程低于30kN的材料试验机应采用几何测量法测量其同轴度。

测量方法：使用重锤和配套定心盘进行检查，定心盘中心刻有ф2mm的圆，检查时，先将锥形重锤悬挂在材料试验机上夹具中心处，定心盘固定在材料试验机下夹具中心处。移动活动夹具，使试验空间不小于500mm（不足500mm的试验空间，需移至其极限空间位置），适当调节悬挂线长度，并使锤尖尽可能接近定心盘面，观察锤尖是否落在其规定的直径圆内。

与美标同轴度测量方法对比

美标ASTM E1012-14《Standard Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application》中对于材料试验机的同轴度参数进行了统一要求，规定了级别与最大允许误差。其检测方法与国标的同轴度应变测量法有些类似，只是美标同轴度的测量方法要求检验样品需在有效长度内上、中、下三个截面内放入应变片，在其受力过程中测得每个截面的应变数据，对材料试验机的同轴度进行评级，如果每个截面所测得应变不一样，那么就取最大值作为评级结果；国标的同轴度检测方法则是通过同轴度测量仪内部的引伸计装置测得检验样品在受力过程中中间位置的变形量作为材料样品机的同轴度，即使二者检测方法细节上有些差别，但其本质也都是为了更准确的测得材料试验机的同轴度大小。

依据JJG 139-2014《拉力、压力和万能试验机》检定规程深入说明了国标同轴度检测的原理及其方法，以及根据不同材料试验机量程选择不同材质及尺寸的检验样品，通过相应的同轴度检测方法准确测出材料试验机的同轴度大小，进而改进材料试验机厂家的产品设计及其加工工艺，一旦材料试验机的同轴度误差减小，那么通过材料试验机检测材料力学性能的试验数据将会更加地准确可靠。

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