淺析JJG1136-2017《扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機檢定規(guī)程》

　JJG1136-2017《扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機檢定規(guī)程》經(jīng)國家質(zhì)檢總局于2017年2月28日發(fā)布，并自2017年5月28日起施行。規(guī)程系制定，故以下幾個方面需要指出說明

　　一、關(guān)于范圍、名稱和術(shù)語　

　　1.范圍

　　明確了規(guī)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(zhuǎn)疲勞試驗機。扭拉疲勞等組合式試驗機的扭轉(zhuǎn)疲勞功能部分可參照JJG1136-2017檢定。

　　2.術(shù)語

　　扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機提供的扭矩屬于動態(tài)扭矩，目前動態(tài)扭矩的溯源鏈尚不*，檢定、校準尚處于研究階段，相關(guān)術(shù)語不多，JJF1011-2006《力值與硬度計量術(shù)語及定義》中也未見專門針對動態(tài)扭矩的術(shù)語。借鑒國內(nèi)外對“廣義力”的理解——廣義力應(yīng)包括力和扭矩，在此基礎(chǔ)上，參照JJG556-2011《軸向加力疲勞試驗機檢定規(guī)程》中的術(shù)語，給出了JJG1136-2017的術(shù)語定義。

　　3.“等效轉(zhuǎn)動慣量”的說明

　　轉(zhuǎn)動慣量是剛體繞軸轉(zhuǎn)動時慣性(回轉(zhuǎn)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(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置。在循環(huán)扭矩的檢定過程中，通常用等效轉(zhuǎn)動慣量，即在任意時刻，等效構(gòu)件所具有的動能等于扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)中各運動構(gòu)件之和。       

　　二、關(guān)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(shù)的發(fā)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(zhuǎn)疲勞部分)，優(yōu)先選用此指標。”

　　幾何同軸度指標是在參考JJG269-2006《扭轉(zhuǎn)試驗機檢定規(guī)程》同軸度指標φ0.3mm的基礎(chǔ)上，充分考慮到動態(tài)試驗機的同軸度要求應(yīng)比靜態(tài)機嚴格，同時調(diào)研了國內(nèi)外扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機的主要生產(chǎn)廠家的同軸度出廠數(shù)據(jù)，并對部分現(xiàn)役試驗機的同軸度檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，起草小組認為φ0.2mm的指標要求較為合理。

　　2.動態(tài)計量特性

　　JJG1136-2017根據(jù)試驗機類型，將動態(tài)計量特性指標分為A、B兩類:電液伺服式疲勞試驗機執(zhí)行2%的A類指標；其他機型執(zhí)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(huán)扭矩范圍相對誤差和循環(huán)扭矩峰值相對誤差均優(yōu)于±1%的試驗機，其指標可按±1%要求，同時循環(huán)扭矩范圍相對重復性和循環(huán)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(tǒng)的計量特性

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

　　三、關(guān)于通用技術(shù)要求

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

　　四、關(guān)于計量器具控制

　　1.檢定項目

　　 (1)回零差為后續(xù)檢定的必檢項目。這一點是與其他靜態(tài)試驗機類規(guī)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(xiàn)問題，回零往往不好，從回零差這個指標即可發(fā)現(xiàn)試驗機傳感器自身的問題；另一原因是，對于應(yīng)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(yīng)力幅比為負值的試驗，每一循環(huán)傳感器都相當于從正向大值回零，但又不清零，繼續(xù)到負向大值，然后又從負向大值回零，還是不清零，繼續(xù)到正向大值，試驗關(guān)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(tài)扭矩示值相對進回程差在后續(xù)檢定中是否檢測，應(yīng)根據(jù)用戶需要進行。建議所做試驗應(yīng)力幅比為正值的試驗機，后續(xù)檢定時檢測該項目，因為對于應(yīng)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(yīng)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(jīng)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(guī)的打表法檢測。幾何同軸度的檢測結(jié)果與夾頭間距有關(guān)，沿用靜態(tài)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(jié)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(guī)定，“如果數(shù)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(tǒng)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(tǒng)均啟動的狀態(tài)下檢查。指示儀表的電干擾往往是隨機對稱的，其直接表現(xiàn)就是指示數(shù)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(shù)字增量。

　　順便指出，分辨力也是廠家設(shè)計生產(chǎn)試驗機時需要綜合考慮的，一味追求數(shù)采的高分辨力，會事倍功半。拋開成本因素不談，當A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，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(shù)就沒有任何意義了。

　　(3)靜態(tài)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(yīng)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(huán)扭矩級的選擇

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

　　對不分擋的試驗機，JJG1136-2017還要求執(zhí)行表5，目的是為了檢測小于20%的循環(huán)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(huán)扭矩下檢測。

　　(5)檢定波形的選擇

　　JJG1136-2017規(guī)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(shù)指標，均通過正弦波的函數(shù)公式導出；(2)電磁共振式疲勞試驗機僅能產(chǎn)生正弦波這一種波形。

　　 (6)循環(huán)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(huán)扭矩的評價參數(shù)，是因為循環(huán)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(huán)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(guī)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(tǒng)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(huán)扭矩采樣點

　　JJG1136-2017規(guī)定采集10個循環(huán)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(huán)的峰谷值作為采樣點。JJG1136-2017選擇10個，主要是考慮到國內(nèi)常用的疲勞機檢定裝置的數(shù)采系統(tǒng)軟件，其數(shù)據(jù)庫的容量或每一屏顯示波形的周期數(shù)，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(tài)扭矩示值一般應(yīng)修正的指導思想，而且這種動態(tài)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(yīng)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(yīng)按廠家給出的方法修正循環(huán)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(huán)節(jié)導致的慣性扭矩影響外，還應(yīng)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(huán)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)。