浅析JJG1136-2017《扭转疲劳试验机检定规程》

浅析JJG1136-2017《扭转疲劳试验机检定规程》

　JJG1136-2017《扭转疲劳试验机检定规程》经国家质检总局于2017年2月28日发布，并自2017年5月28日起施行。规程系制定，故以下几个方面需要指出说明

　　一、关于范围、名称和术语　

　　1.范围

　　明确了规程适用的常用机型:电液伺服式、电磁共振式、液压式和电动式扭转疲劳试验机。扭拉疲劳等组合式试验机的扭转疲劳功能部分可参照JJG1136-2017检定。

　　2.术语

　　扭转疲劳试验机提供的扭矩属于动态扭矩，目前动态扭矩的溯源链尚不完善，检定、校准尚处于研究阶段，相关术语不多，JJF1011-2006《力值与硬度计量术语及定义》中也未见专门针对动态扭矩的术语。借鉴国内外对“广义力”的理解——广义力应包括力和扭矩，在此基础上，参照JJG556-2011《轴向加力疲劳试验机检定规程》中的术语，给出了JJG1136-2017的术语定义。

　　3.“等效转动惯量”的说明

　　转动惯量是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度，取决于刚体的形状、质量分布和转轴的位置。在循环扭矩的检定过程中，通常用等效转动惯量，即在任意时刻，等效构件所具有的动能等于扭转系统中各运动构件之和。       

　　二、关于计量特性

　　1.同轴度

　　JJG1136-2017分两种情况:(1)受力同轴度5%； (2)几何同轴度φ0.2mm。

　　受力同轴度的指标来源于ISO1352-2011 me tallicMaterials Torque Controlled Fatigue Testing，并充分考虑到试验机同轴度检测技术的发展趋势，在计量特性表2的注中指出:“当试验机可以检测受力同轴度时(如扭拉疲劳试验机的扭转疲劳部分)，优先选用此指标。”

　　几何同轴度指标是在参考JJG269-2006《扭转试验机检定规程》同轴度指标φ0.3mm的基础上，充分考虑到动态试验机的同轴度要求应比静态机严格，同时调研了国内外扭转疲劳试验机的主要生产厂家的同轴度出厂数据，并对部分现役试验机的同轴度检测数据进行统计，起草小组认为φ0.2mm的指标要求较为合理。

　　2.动态计量特性

　　JJG1136-2017根据试验机类型，将动态计量特性指标分为A、B两类:电液伺服式疲劳试验机执行2%的A类指标；其他机型执行3%的B类指标。针对部分电液伺服式试验机的用户有申请NADCAP(美国航空航天和国防合同方授信项目)认证的需求，JJG1136-2017在计量特性表2中增加了“对循环扭矩范围相对误差和循环扭矩峰值相对误差均优于±1%的试验机，其指标可按±1%要求，同时循环扭矩范围相对重复性和循环扭矩峰值相对重复性指标按1%要求，并在证书中予以说明”的注解。

　　3.与试验机配套的引伸计系统的计量特性

　　JJG1136-2017未涉及引伸计系统的计量特性，原因是与扭转疲劳试验机配套的多为扭转引伸计或扭拉组合引伸计，而ISO标准、国标、检定规程中未见相关标准，扭转类引伸计的检定处于无标准可依的状态。目前，与试验机配套的扭转类引伸计多参照轴向引伸计出具校准证书。  

　　三、关于通用技术要求

　　考虑到与扭转疲劳试验机配套的一些大量程泵站噪声较大的实际现状，JJG1136-2017规定其噪声指标为80dB，高于一般试验机75dB的通用要求。

　　四、关于计量器具控制

　　1.检定项目

　　 (1)回零差为后续检定的必检项目。这一点是与其他静态试验机类规程不一样之处，这主要是考虑到试验机长期做疲劳试验，一旦传感器出现问题，回零往往不好，从回零差这个指标即可发现试验机传感器自身的问题；另一原因是，对于应力幅比为负值(即过零)的疲劳试验，回零差是比进回程差更重要的影响因素，因为应力幅比为负值的试验，每一循环传感器都相当于从正向大值回零，但又不清零，继续到负向大值，然后又从负向大值回零，还是不清零，继续到正向大值，试验关心的峰谷值实际上都是相当于从零点开始的进程值，因此一旦试验机传感器回零不好，必然导致峰谷值不准确。

　　(2)静态扭矩示值相对进回程差在后续检定中是否检测，应根据用户需要进行。建议所做试验应力幅比为正值的试验机，后续检定时检测该项目，因为对于应力幅比为正值(即顺时针-顺时针、逆时针-逆时针)的疲劳试验，往往是示值进回程差对峰谷值(尤其谷值)的影响更大，而所做试验应力幅比为负值的试验机，检定一次即可。

　　2.检定方法

　　 (1)同轴度

　　受力同轴度按JJG556-2011的7.2.7条检测。

　　考虑到检测器具的经济性以及检测方法的习惯性，JJG1136-2017未采用ISO1352-2011给出的几何同轴度检测方法——分离轴与套筒匹配法，而是沿用常规的打表法检测。几何同轴度的检测结果与夹头间距有关，沿用静态试验机的基本方法，检测距主动夹头端面约200mm和100mm这两个位置的几何同轴度值，取大者作为试验机几何同轴度的结果。相比只检测一个位置的同轴度，检测两个位置能更好地测出两夹头轴线的角度不同的轴误差。

　　 (2)分辨力

　　JJG1136-2017规定，“如果数字示值变动大于一个增量，则分辨力r为变动范围的一半加上一个增量”，部分检定人员对“加上一个增量”不大理解。其实，有这样的要求是出于电气系统对指示仪表电(磁)干扰的考虑，因此该项目是在试验机电机和控制系统均启动的状态下检查。指示仪表的电干扰往往是随机对称的，其直接表现就是指示数字的往复波动，当指示仪表的输入信号未大于这个干扰信号时，输入信号便淹没于干扰信号无法分辨。只有当输入信号大于干扰信号，才能被指示仪表有效辨别。变动范围的一半等于干扰信号的大小，大于干扰信号的小有效信号便是比干扰信号大一个数字增量。

　　顺便指出，分辨力也是厂家设计生产试验机时需要综合考虑的，一味追求数采的高分辨力，会事倍功半。抛开成本因素不谈，当A/D转换器的位数，其分辨力与试验机自身的外干扰相等，再盲目增加A/D的位数就没有任何意义了。

　　(3)静态检定点的选择

　　5%、2%作为检定点，考虑到试验机的分辨力，测量下限一般应不小于满量程值的2%，这与国外要求测量下限是分辨力的200倍以上基本一致。

　　考虑到目前宽量程试验机逐渐增多，增加了对于不分挡的试验机“回程检测仅检测到试验机测量范围上限的10%即可”的注解。

　　(4)循环扭矩级的选择

　　出于减少工作量而不降低检测结论可靠性的目的，循环扭矩的选择在参考同类标准JJG556-2011的基础上作了较大改动。仅在平均扭矩为零的情况下作5个循环扭矩的检测，在其他平均扭矩级的情况下，只作一个循环扭矩的检测。

　　对不分挡的试验机，JJG1136-2017还要求执行表5，目的是为了检测小于20%的循环扭矩，其检定点按2∶5∶10的间隔选取。同时，JJG1136-2017允许某些只能完成对称疲劳的电磁共振式试验机，仅在Tm/Tmax=0的平均循环扭矩下检测。

　　(5)检定波形的选择

　　JJG1136-2017规定检定波形为正弦波，其原因是:(1)由于对检定用标准装置的指标要求，如采样频率是工作频率的50倍(此时峰值捕捉误差不过±0.2%)等技术指标，均通过正弦波的函数公式导出；(2)电磁共振式疲劳试验机仅能产生正弦波这一种波形。

　　 (6)循环扭矩范围/峰值相对误差和相对重复性

　　JJG1136-2017未选取谷值作为循环扭矩的评价参数，是因为循环扭矩范围误差等于峰值误差减谷值误差，3个误差中，任意两个确定后，第三个误差就为定值；不取谷值误差还有另外一个好处，当谷值很小，接近零时(如单向疲劳试验谷值接近零的情况)，无论对检定装置还是试验机，其扭矩传感器的测量范围总有个下限，这个下限都不会是零，所以谷值接近零的测量是不准确的，选用循环扭矩范围和峰值计算误差，可以在某种程度上避开谷值接近或为零的情况。

　　需要说明的是，在一般试验中，规定顺时针扭矩值为正，逆时针扭矩值为负，大值为峰值，小值为谷值。但在疲劳机检定过程中，为了单纯评价其测扭系统的性能，一般将值较大者定义为峰值，值较小者定义为谷值。

　　 (7)循环扭矩采样点

　　JJG1136-2017规定采集10个循环的峰谷值作为采样点，欧美的同类标准，如BS7935-1-2004、ASTM E467-2008为采集50个循环的峰谷值作为采样点。JJG1136-2017选择10个，主要是考虑到国内常用的疲劳机检定装置的数采系统软件，其数据库的容量或每一屏显示波形的周期数，如HBM的catman4.5，当采样频率为检定频率的50倍时，每一屏刚好显示10个完整的正弦波。

　　 (8)惯性扭矩影响的修正

　　JJG1136-2017继承了动态扭矩示值一般应修正的指导思想，而且这种动态修正不于试验机检定时，试验机的使用人员在平时的日常试验中，就应该按厂家给出的方法进行修正。

　　试验机使用人员日常试验直接连接试样时，应按厂家给出的方法修正循环扭矩示值；在试验机检定时，除了按厂家的方法修正试验机自身连接环节导致的惯性扭矩影响外，还应修正扭矩检定装置的夹具等连接件带来的惯性扭矩影响。JJG1136-2017给出了惯性扭矩影响的修正公式Ti=-J(2πf)2θ(负号仅表示惯性扭矩方向与角位移方向相反)。

　　(9)10min循环扭矩变动性

　　JJG1136-2017的变动性是波动度的概念，主要考察试验机的波动度(电液伺服式和液压式)和控制准确度(电磁共振式)。