试验机同轴度的探讨

　　1　引　言

　　在材料力学性能测试中，试验机受力同轴度对试验结果的影响极大，尤其是对弹性模量E、规定小应变塑性延伸强度以及脆性材料的测试。如何保证试验机受力同轴度，最基础的条件是保证试验机几何同轴度。在实际操作中，用单侧引伸计就可检测试验机的同轴度，通过在不同厂家、实验室进行检测，证明该方法简单可行。

　　2　相关国家标准对试验机同轴度的要求

　　GB228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温拉伸试验方法》的10.2款“试样的夹持方法”指出：“应使用例如楔形夹头、螺纹夹头、平推夹头、套环夹具等合适的夹具夹持试样。应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用，尽量减小弯曲(更多的信息在ASTM　E1012中 给出[2])。这对试验脆性材料或测定规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度或屈服强度时尤为重要。”

　　在GB/T　16491-2008《电 子 式 万 能 试 验 机》的5.3.2款“拉伸试验夹持装置”、GB/T　16826-2008《电液伺服万能试验机》的5.3.3款“拉伸试验夹持装置”对试验机同轴度都有明确要求：“拉伸试验的试 样夹持装 置在任 意位置上 和施加 力的过程中，上、下夹头和试样钳口的中心线应与试验机的加力轴 线同轴。”对于0.5级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%。

　　3　试验机的几何同轴度

　　目前，静态单轴试验机分为两大类：以机械加力，采用电子测量技术测量力学性能参数的电子式万能试验机;以液压为力源，采用电子测控技术测量力学性能参数的电液伺服万能试验机。电子万能试验机是对称的门式框架结构，只要设计合理，试验机总体对称受力一般不存在问题。该类试验机不同轴度的主要原因是夹持装置带来的，特别是夹具。因此，厂家设计制造夹持装置(包括夹具)时，必须考虑夹持装置的受力对称性和受力均匀性，夹具应有足够的刚度。夹持装置有刚性连接和柔性连接两种连接方式，所谓柔性连接就是带万向调节装置那种。笔者近几年见到的试验机不同轴度问题，多数都出在夹持装置上。

　　图1是典型的套环夹具，这个夹具主要问题：在设计时没有考虑受力的对称性，套环三面受力，一面开口，在拉伸试验时会产生附加弯矩，影响同轴度。

　　图2是典型的楔形夹头，楔形夹具一般左右是对称的，但由于后面是连体的，会引起前后结构不对称而重心偏移，想通过万向调节装置调整一般是不可能的，在拉伸试验时同样会产生附加弯矩，影响同轴度。

　　图3是台阶夹具，从图片上可以看出，这个夹具的两个半箱体不在一个平面上，在拉伸试验时就会影响试验机的同轴度，从而影响试验结果。