淺析JJG1136-2017《扭轉疲勞試驗機檢定規程》

淺析JJG1136-2017《扭轉疲勞試驗機檢定規程》

　JJG1136-2017《扭轉疲勞試驗機檢定規程》經國家質檢總局于2017年2月28日發布，并自2017年5月28日起施行。規程系制定，故以下幾個方面需要指出說明

　　一、關于范圍、名稱和術語　

　　1.范圍

　　明確了規程適用的常用機型:電液伺服式、電磁共振式、液壓式和電動式扭轉疲勞試驗機。扭拉疲勞等組合式試驗機的扭轉疲勞功能部分可參照JJG1136-2017檢定。

　　2.術語

　　扭轉疲勞試驗機提供的扭矩屬于動態扭矩，目前動態扭矩的溯源鏈尚不完善，檢定、校準尚處于研究階段，相關術語不多，JJF1011-2006《力值與硬度計量術語及定義》中也未見專門針對動態扭矩的術語。借鑒國內外對“廣義力”的理解——廣義力應包括力和扭矩，在此基礎上，參照JJG556-2011《軸向加力疲勞試驗機檢定規程》中的術語，給出了JJG1136-2017的術語定義。

　　3.“等效轉動慣量”的說明

　　轉動慣量是剛體繞軸轉動時慣性(回轉物體保持其勻速圓周運動或靜止的特性)的量度，取決于剛體的形狀、質量分布和轉軸的位置。在循環扭矩的檢定過程中，通常用等效轉動慣量，即在任意時刻，等效構件所具有的動能等于扭轉系統中各運動構件之和。       

　　二、關于計量特性

　　1.同軸度

　　JJG1136-2017分兩種情況:(1)受力同軸度5%； (2)幾何同軸度φ0.2mm。

　　受力同軸度的指標來源于ISO1352-2011 me tallicMaterials Torque Controlled Fatigue Testing，并充分考慮到試驗機同軸度檢測技術的發展趨勢，在計量特性表2的注中指出:“當試驗機可以檢測受力同軸度時(如扭拉疲勞試驗機的扭轉疲勞部分)，優先選用此指標。”

　　幾何同軸度指標是在參考JJG269-2006《扭轉試驗機檢定規程》同軸度指標φ0.3mm的基礎上，充分考慮到動態試驗機的同軸度要求應比靜態機嚴格，同時調研了國內外扭轉疲勞試驗機的主要生產廠家的同軸度出廠數據，并對部分現役試驗機的同軸度檢測數據進行統計，起草小組認為φ0.2mm的指標要求較為合理。

　　2.動態計量特性

　　JJG1136-2017根據試驗機類型，將動態計量特性指標分為A、B兩類:電液伺服式疲勞試驗機執行2%的A類指標；其他機型執行3%的B類指標。針對部分電液伺服式試驗機的用戶有申請NADCAP(美國航空航天和國防合同方授信項目)認證的需求，JJG1136-2017在計量特性表2中增加了“對循環扭矩范圍相對誤差和循環扭矩峰值相對誤差均優于±1%的試驗機，其指標可按±1%要求，同時循環扭矩范圍相對重復性和循環扭矩峰值相對重復性指標按1%要求，并在證書中予以說明”的注解。

　　3.與試驗機配套的引伸計系統的計量特性

　　JJG1136-2017未涉及引伸計系統的計量特性，原因是與扭轉疲勞試驗機配套的多為扭轉引伸計或扭拉組合引伸計，而ISO標準、國標、檢定規程中未見相關標準，扭轉類引伸計的檢定處于無標準可依的狀態。目前，與試驗機配套的扭轉類引伸計多參照軸向引伸計出具校準證書。  

　　三、關于通用技術要求

　　考慮到與扭轉疲勞試驗機配套的一些大量程泵站噪聲較大的實際現狀，JJG1136-2017規定其噪聲指標為80dB，高于一般試驗機75dB的通用要求。

　　四、關于計量器具控制

　　1.檢定項目

　　 (1)回零差為后續檢定的必檢項目。這一點是與其他靜態試驗機類規程不一樣之處，這主要是考慮到試驗機長期做疲勞試驗，一旦傳感器出現問題，回零往往不好，從回零差這個指標即可發現試驗機傳感器自身的問題；另一原因是，對于應力幅比為負值(即過零)的疲勞試驗，回零差是比進回程差更重要的影響因素，因為應力幅比為負值的試驗，每一循環傳感器都相當于從正向大值回零，但又不清零，繼續到負向大值，然后又從負向大值回零，還是不清零，繼續到正向大值，試驗關心的峰谷值實際上都是相當于從零點開始的進程值，因此一旦試驗機傳感器回零不好，必然導致峰谷值不準確。

　　(2)靜態扭矩示值相對進回程差在后續檢定中是否檢測，應根據用戶需要進行。建議所做試驗應力幅比為正值的試驗機，后續檢定時檢測該項目，因為對于應力幅比為正值(即順時針-順時針、逆時針-逆時針)的疲勞試驗，往往是示值進回程差對峰谷值(尤其谷值)的影響更大，而所做試驗應力幅比為負值的試驗機，檢定一次即可。

　　2.檢定方法

　　 (1)同軸度

　　受力同軸度按JJG556-2011的7.2.7條檢測。

　　考慮到檢測器具的經濟性以及檢測方法的習慣性，JJG1136-2017未采用ISO1352-2011給出的幾何同軸度檢測方法——分離軸與套筒匹配法，而是沿用常規的打表法檢測。幾何同軸度的檢測結果與夾頭間距有關，沿用靜態試驗機的基本方法，檢測距主動夾頭端面約200mm和100mm這兩個位置的幾何同軸度值，取大者作為試驗機幾何同軸度的結果。相比只檢測一個位置的同軸度，檢測兩個位置能更好地測出兩夾頭軸線的角度不同的軸誤差。

　　 (2)分辨力

　　JJG1136-2017規定，“如果數字示值變動大于一個增量，則分辨力r為變動范圍的一半加上一個增量”，部分檢定人員對“加上一個增量”不大理解。其實，有這樣的要求是出于電氣系統對指示儀表電(磁)干擾的考慮，因此該項目是在試驗機電機和控制系統均啟動的狀態下檢查。指示儀表的電干擾往往是隨機對稱的，其直接表現就是指示數字的往復波動，當指示儀表的輸入信號未大于這個干擾信號時，輸入信號便淹沒于干擾信號無法分辨。只有當輸入信號大于干擾信號，才能被指示儀表有效辨別。變動范圍的一半等于干擾信號的大小，大于干擾信號的小有效信號便是比干擾信號大一個數字增量。

　　順便指出，分辨力也是廠家設計生產試驗機時需要綜合考慮的，一味追求數采的高分辨力，會事倍功半。拋開成本因素不談，當A/D轉換器的位數，其分辨力與試驗機自身的外干擾相等，再盲目增加A/D的位數就沒有任何意義了。

　　(3)靜態檢定點的選擇

　　5%、2%作為檢定點，考慮到試驗機的分辨力，測量下限一般應不小于滿量程值的2%，這與國外要求測量下限是分辨力的200倍以上基本一致。

　　考慮到目前寬量程試驗機逐漸增多，增加了對于不分擋的試驗機“回程檢測僅檢測到試驗機測量范圍上限的10%即可”的注解。

　　(4)循環扭矩級的選擇

　　出于減少工作量而不降低檢測結論可靠性的目的，循環扭矩的選擇在參考同類標準JJG556-2011的基礎上作了較大改動。僅在平均扭矩為零的情況下作5個循環扭矩的檢測，在其他平均扭矩級的情況下，只作一個循環扭矩的檢測。

　　對不分擋的試驗機，JJG1136-2017還要求執行表5，目的是為了檢測小于20%的循環扭矩，其檢定點按2∶5∶10的間隔選取。同時，JJG1136-2017允許某些只能完成對稱疲勞的電磁共振式試驗機，僅在Tm/Tmax=0的平均循環扭矩下檢測。

　　(5)檢定波形的選擇

　　JJG1136-2017規定檢定波形為正弦波，其原因是:(1)由于對檢定用標準裝置的指標要求，如采樣頻率是工作頻率的50倍(此時峰值捕捉誤差不過±0.2%)等技術指標，均通過正弦波的函數公式導出；(2)電磁共振式疲勞試驗機僅能產生正弦波這一種波形。

　　 (6)循環扭矩范圍/峰值相對誤差和相對重復性

　　JJG1136-2017未選取谷值作為循環扭矩的評價參數，是因為循環扭矩范圍誤差等于峰值誤差減谷值誤差，3個誤差中，任意兩個確定后，第三個誤差就為定值；不取谷值誤差還有另外一個好處，當谷值很小，接近零時(如單向疲勞試驗谷值接近零的情況)，無論對檢定裝置還是試驗機，其扭矩傳感器的測量范圍總有個下限，這個下限都不會是零，所以谷值接近零的測量是不準確的，選用循環扭矩范圍和峰值計算誤差，可以在某種程度上避開谷值接近或為零的情況。

　　需要說明的是，在一般試驗中，規定順時針扭矩值為正，逆時針扭矩值為負，大值為峰值，小值為谷值。但在疲勞機檢定過程中，為了單純評價其測扭系統的性能，一般將值較大者定義為峰值，值較小者定義為谷值。

　　 (7)循環扭矩采樣點

　　JJG1136-2017規定采集10個循環的峰谷值作為采樣點，歐美的同類標準，如BS7935-1-2004、ASTM E467-2008為采集50個循環的峰谷值作為采樣點。JJG1136-2017選擇10個，主要是考慮到國內常用的疲勞機檢定裝置的數采系統軟件，其數據庫的容量或每一屏顯示波形的周期數，如HBM的catman4.5，當采樣頻率為檢定頻率的50倍時，每一屏剛好顯示10個完整的正弦波。

　　 (8)慣性扭矩影響的修正

　　JJG1136-2017繼承了動態扭矩示值一般應修正的指導思想，而且這種動態修正不于試驗機檢定時，試驗機的使用人員在平時的日常試驗中，就應該按廠家給出的方法進行修正。

　　試驗機使用人員日常試驗直接連接試樣時，應按廠家給出的方法修正循環扭矩示值；在試驗機檢定時，除了按廠家的方法修正試驗機自身連接環節導致的慣性扭矩影響外，還應修正扭矩檢定裝置的夾具等連接件帶來的慣性扭矩影響。JJG1136-2017給出了慣性扭矩影響的修正公式Ti=-J(2πf)2θ(負號僅表示慣性扭矩方向與角位移方向相反)。

　　(9)10min循環扭矩變動性

　　JJG1136-2017的變動性是波動度的概念，主要考察試驗機的波動度(電液伺服式和液壓式)和控制準確度(電磁共振式)。