山東省泰安市計(jì)量測(cè)試所  李興文

    要分析WE系列萬能材料試驗(yàn)機(jī)誤差形成的原因要先從它們的工作原理入手，WE系列萬能材料試驗(yàn)機(jī)屬于液壓擺錘式試驗(yàn)機(jī)，工作原理如下，由油泵進(jìn)入工作油缸的油同時(shí)進(jìn)入測(cè)力油缸，使測(cè)力活塞受力f，設(shè)S₁和S₂分別是工作活塞和測(cè)力活塞的有效面積，F是試件所受到的力，也就是工作活塞所受到的力，則由液壓傳遞原理可得:f=(S₂/S₁)F①，力f作用在小臂R上，使擺桿揚(yáng)起角度α，R與水平夾角為β，由力矩平衡原理可得:WLsinα=fRcos(β-α)②，將①式代入②式得:F=③，在擺桿揚(yáng)起α角后，推桿推動(dòng)齒條移動(dòng)距離α，x=t-d=m[tgβ-tg(β-α)]=m[]=m=m，即α代入③整理后得:α=·F④，式中為常數(shù)，可見齒條移動(dòng)的距離α與試件受力F成正比關(guān)系，x再通過齒條齒輪傳動(dòng)，轉(zhuǎn)化為指針的角位移，從而在等刻度度盤上指示出相應(yīng)的力值。

    不難看出，上述關(guān)系式④是在理想狀態(tài)下推導(dǎo)出來的，而在實(shí)際情況下，由于各種因素的影響，將會(huì)帶來誤差。推導(dǎo)過程中，首先假設(shè)式①是成立的，即要求測(cè)力油缸與工作油缸內(nèi)的油壓時(shí)刻保持相等，而實(shí)際情況下，由于各油路之間的沿程阻力、局部阻力及泄漏不同，二者之間將始終存在著滯差和壓差，所以式①只是理想公式，只有在操作者平穩(wěn)緩慢地控制進(jìn)油量，油路流速小而穩(wěn)定的情況下，才能基本消除滯差，使式①近似成立，所以要求操作者在操作過程中一定要按規(guī)定的加荷速度進(jìn)行操作，否則，將會(huì)帶來誤差。第二，式④中假設(shè)試件受力等于工作活塞受力為F，而實(shí)際情況下，由于工作活塞與油缸之間、船形臺(tái)滾輪與立柱之間存在摩擦，試件實(shí)際受力將小于工作活塞受力，式中F應(yīng)為工作活塞受力，設(shè)各摩擦力之和為f′，試件受力為F′，則F=F′+f′，代入式④，得，x=，可見，上述摩擦將會(huì)使試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生正誤差，即是產(chǎn)生的誤差部分。f′越大，誤差也越大。f′產(chǎn)生的原因是:由于主體部分安裝不水平，使上下夾頭不同心，工作時(shí)活塞與缸壁卡靠，或因工作油缸內(nèi)有贓物、銹蝕、油粘度太大等原因造成的工作活塞與缸壁之間的摩擦；由于安裝不水平使工作時(shí)船形臺(tái)滾輪與立柱緊靠或因二者之間間隙調(diào)整不當(dāng)而造成的滾輪與立柱之間的摩擦。所以要求主體部分要符合規(guī)定的水平度要求，并要定期更換符合粘度要求的液壓油，保持環(huán)境符合溫濕度要求、正確調(diào)整滾輪與立柱之間的間隙。第三，式④是在假設(shè)測(cè)力活塞沒有摩擦的條件下推導(dǎo)出來的，而實(shí)際情況下，測(cè)力活塞與活塞壁之間是不會(huì)沒有摩擦的，即力臂R上所受到的力應(yīng)為測(cè)力活塞受力減去摩擦力，設(shè)此摩擦力為f″，式②應(yīng)為WLsinα=(f-f″)Rcos(β-α)=fRcos(β-α)-f″Rcos(β-α)，代入①式得:WLsinα=(S₂/S₁)RFcos(β-α)-f″Rcos(β-α)，WLRF-f″Rcos(β-α)，將代入上式并整理得:，可見，此摩擦力會(huì)使試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生負(fù)誤差，式中后者即為引起的誤差部分，誤差大小也與摩擦力成正比。測(cè)力活塞產(chǎn)生摩擦的主要原因是測(cè)力部分安裝不水平，測(cè)力活塞與油缸之間有臟物、銹蝕、油粘度過大等。另一個(gè)重要原因是為減少二者摩擦而帶動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)因皮帶太松或脫落不工作。另外因測(cè)力部分安裝不水平而使擺軸產(chǎn)生的摩擦力或因擺軸軸承內(nèi)由于臟物、銹蝕或涂粘度過大的油等引起的摩擦力，產(chǎn)生的誤差影響同測(cè)力活塞摩擦力產(chǎn)生的影響，效果相同。所以要求測(cè)力部分達(dá)到規(guī)定的水平度，同時(shí)要保持清潔、干燥和規(guī)定的溫度。

    從④式可以看出，為了保持α與F正確的比例關(guān)系，必須保持式中各參數(shù)不能變化，而在使用中常因各種原因而發(fā)生變化，常見的是R和β的變化。由于刀子的摩損會(huì)引起R的變化，有時(shí)示值出現(xiàn)嚴(yán)重失準(zhǔn)的一個(gè)重要原因就是，拉桿框架刀承從刀子上脫落從而引起R變化。特別是推桿角度β值的變化是各參數(shù)中變化最常見的情況，因操作者使用不當(dāng)而造成的沖擊和碰撞，會(huì)使推桿變形，使β角變化或因緊固螺釘松動(dòng)使β角變得不穩(wěn)定等。β角增大會(huì)引起正誤差，反之會(huì)引起負(fù)誤差。由于β值調(diào)整相對(duì)比較容易，所以試驗(yàn)機(jī)在排除了其它異常情況后，對(duì)所產(chǎn)生的小而穩(wěn)定的誤差，也是通過調(diào)整β角的大小來排除。正誤差減小β角，負(fù)誤差則增加β角。

    另外，度盤指示機(jī)構(gòu)是由齒條齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)安裝在指示軸上的指針指示力值的，所以，齒輪齒條的嚙合情況，指針軸軸承的靈活度，指針的安裝牢固度及與度盤和外罩是否有摩擦、被動(dòng)指針的摩擦力大小等也對(duì)誤差都有一定影響，應(yīng)酌情考慮。
    

    原理圖