材料试验机同轴度的检测方法

李聪蔚

（山东省计量测试学会，山东 济南250014）

1 前 言

材料试验机的同轴度是指上下夹头的几何中心跟拉力轴线不重合的程度。由于材料试验机的同轴度的存在，使得试样在受轴向拉力负荷时，受到一侧向力和一个附加力矩的影响，因此试验机的同轴度必须控制在一定的范围内，才能保证拉力试验结果的准确、可靠。根据国家标准的规定，材料试验机的同轴度分为几何同轴度和受力同轴度。具体技术要求为:几何同轴度对于最大试验力≯5 kN 的试验机，其同轴度用重锤法检验不超过Φ2 mm/500 mm。受力同轴度对于最大试验力＞5 kN的试验机，针对不同的试验机级别分别给出了技术要求，0.5 级别试验机同轴度最大允许值12%，1 级试验机同轴度最大允许值15%。

2 产生试验机同轴度误差的原因

由于设计、加工制造、安装、使用等多种因素的影响，试验机不可避免地存在同轴度误差，产生同轴度的主要原因有以下几个方面:1）移动横梁和立柱的加工精度。如果加工精度不高，试验机装配后，移动横梁不能保证与基座的水平度，因此在横梁移动施加力的过程中产生同轴度误差。2）安装力传感器位置的影响。如果在加工过程中，安装力传感器的安装孔的位置加工精度不够，势必会使传感器偏心，传感器受侧向力的影响，导致产生同轴度误差。3）夹具加工精度的影响。夹具底座的加工精度、锲形块的加工精度，以及组装后两侧锲形块的非对称性，都会产生同轴度误差。4）对于带有球形支座可调节试验机同轴度的试验机，球形支座的加工精度以及钢球与球座的摩擦也会带来一定的同轴度误差。

3 同轴度的检测方法及检测实例

几何同轴度的检测。对于最大试验力≯5 kN的试验机，其同轴度用重锤法检验。检验时拉伸空间应≮500 mm，在上夹头中心吊一重锤，重锤的中心应在以下夹头中心为圆心的直径2 mm的范围内。

对＞5 kN 的试验机，使用最大允许误差不超过±2%的同轴度自动测量仪（或其他相应准确度的测量装置）。测量时，先将已安装好同轴度自动测量仪的检验试样夹持在夹头上，并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。在试验机最大力2%～4%按顺序在不同试验力下检测5 点，测量检验试样相对两侧的弹性变形，在相互垂直的方向上各测2 次。检测中使用的最大力不应超过检验试样的弹性极限。同轴度按公式（1）计算:

式中:e为材料试验机同轴度；△Lmax为在同一测量点，同一次测量中，检验试样变形较大一侧的变形值；为在同一测量点，同一次测量中，检验试样两侧变形的算术平均值。

选择1 台WDW-500 型电子万能试验机，最大试验力500 kN，准确度等级1级。使用最大允许误差不超过±2%的同轴度自动测量仪进行测量。选择的同轴度测量专用试棒为45#钢，直径12 mm。首先将同轴度专用试棒夹持在试验机夹头上，并按要求安装好同轴度自动测力仪。预热15 min 后开始测量。首先施加最大试验力1%的预负荷，然后调整同轴度测量仪的零点。然后按照最大试验力的2%、2.5%、3%、3.5%、4%在相互垂直的方向上各测两次，测量结果及数据处理如表1所示。

4 结 语

试验给出了材料试验机同轴度的技术要求，分析了产生试验机同轴度误差的原因以及相应的检测方法。在测量过程中为了减小测量误差，应使用最大允许误差不超过±2%的同轴度自动测量仪进行测量，在安装同轴度自动测量仪时应使两侧的引伸计对称，而且两组测量的位置应尽可能保证90°角。通过试验数据分析可以看出，随着试验力的增大，试验机同轴度在逐步减小，这是因为随着试验力的增大，克服了试验机夹头与试棒之间的间隙以及安装倾斜等带来的影响。特别对具有自动调心功能的夹具，随着试验力的增加，夹具的自动调节改善了上下夹头的同轴度。通过试验数据可以看出，材料试验机的同轴度是衡量1台材料试验机拉力计量性能非常重要的指标之一，为保证材料拉伸强度等测量数据的准确可靠，必须对材料试验机的同轴度进行精确的测量。

表1 测量结果及数据处理