淺析JJG1136-2017《扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》

　JJG1136-2017《扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)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(gè)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(jī)型:電液伺服式、電磁共振式、液壓式和電動(dòng)式扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)。扭拉疲勞等組合式試驗(yàn)機(jī)的扭轉(zhuǎn)疲勞功能部分可參照J(rèn)JG1136-2017檢定。

　　2.術(shù)語

　　扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)提供的扭矩屬于動(dòng)態(tài)扭矩，目前動(dòng)態(tài)扭矩的溯源鏈尚不完善，檢定、校準(zhǔn)尚處于研究階段，相關(guān)術(shù)語不多，JJF1011-2006《力值與硬度計(jì)量術(shù)語及定義》中也未見專門針對(duì)動(dòng)態(tài)扭矩的術(shù)語。借鑒國內(nèi)外對(duì)“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J(rèn)JG556-2011《軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)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(dòng)慣量”的說明

　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性(回轉(zhuǎn)物體保持其勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(dòng)慣量，即在任意時(shí)刻，等效構(gòu)件所具有的動(dòng)能等于扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之和。       

　　二、關(guān)于計(jì)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(biāo)來源于ISO1352-2011 me tallicMaterials Torque Controlled Fatigue Testing，并充分考慮到試驗(yàn)機(jī)同軸度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在計(jì)量特性表2的注中指出:“當(dāng)試驗(yàn)機(jī)可以檢測(cè)受力同軸度時(shí)(如扭拉疲勞試驗(yàn)機(jī)的扭轉(zhuǎn)疲勞部分)，優(yōu)先選用此指標(biāo)。”

　　幾何同軸度指標(biāo)是在參考JJG269-2006《扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》同軸度指標(biāo)φ0.3mm的基礎(chǔ)上，充分考慮到動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)的同軸度要求應(yīng)比靜態(tài)機(jī)嚴(yán)格，同時(shí)調(diào)研了國內(nèi)外扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)的主要生產(chǎn)廠家的同軸度出廠數(shù)據(jù)，并對(duì)部分現(xiàn)役試驗(yàn)機(jī)的同軸度檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，起草小組認(rèn)為φ0.2mm的指標(biāo)要求較為合理。

　　2.動(dòng)態(tài)計(jì)量特性

　　JJG1136-2017根據(jù)試驗(yàn)機(jī)類型，將動(dòng)態(tài)計(jì)量特性指標(biāo)分為A、B兩類:電液伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)執(zhí)行2%的A類指標(biāo)；其他機(jī)型執(zhí)行3%的B類指標(biāo)。針對(duì)部分電液伺服式試驗(yàn)機(jī)的用戶有申請(qǐng)NADCAP(美國航空航天和國防合同方授信項(xiàng)目)認(rèn)證的需求，JJG1136-2017在計(jì)量特性表2中增加了“對(duì)循環(huán)扭矩范圍相對(duì)誤差和循環(huán)扭矩峰值相對(duì)誤差均優(yōu)于±1%的試驗(yàn)機(jī)，其指標(biāo)可按±1%要求，同時(shí)循環(huán)扭矩范圍相對(duì)重復(fù)性和循環(huán)扭矩峰值相對(duì)重復(fù)性指標(biāo)按1%要求，并在證書中予以說明”的注解。

　　3.與試驗(yàn)機(jī)配套的引伸計(jì)系統(tǒng)的計(jì)量特性

　　JJG1136-2017未涉及引伸計(jì)系統(tǒng)的計(jì)量特性，原因是與扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)配套的多為扭轉(zhuǎn)引伸計(jì)或扭拉組合引伸計(jì)，而ISO標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)、檢定規(guī)程中未見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，扭轉(zhuǎn)類引伸計(jì)的檢定處于無標(biāo)準(zhǔn)可依的狀態(tài)。目前，與試驗(yàn)機(jī)配套的扭轉(zhuǎn)類引伸計(jì)多參照軸向引伸計(jì)出具校準(zhǔn)證書。  

　　三、關(guān)于通用技術(shù)要求

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

　　四、關(guān)于計(jì)量器具控制

　　1.檢定項(xiàng)目

　　 (1)回零差為后續(xù)檢定的必檢項(xiàng)目。這一點(diǎn)是與其他靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)類規(guī)程不一樣之處，這主要是考慮到試驗(yàn)機(jī)長期做疲勞試驗(yàn)，一旦傳感器出現(xiàn)問題，回零往往不好，從回零差這個(gè)指標(biāo)即可發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)傳感器自身的問題；另一原因是，對(duì)于應(yīng)力幅比為負(fù)值(即過零)的疲勞試驗(yàn)，回零差是比進(jìn)回程差更重要的影響因素，因?yàn)閼?yīng)力幅比為負(fù)值的試驗(yàn)，每一循環(huán)傳感器都相當(dāng)于從正向大值回零，但又不清零，繼續(xù)到負(fù)向大值，然后又從負(fù)向大值回零，還是不清零，繼續(xù)到正向大值，試驗(yàn)關(guān)心的峰谷值實(shí)際上都是相當(dāng)于從零點(diǎn)開始的進(jìn)程值，因此一旦試驗(yàn)機(jī)傳感器回零不好，必然導(dǎo)致峰谷值不準(zhǔn)確。

　　(2)靜態(tài)扭矩示值相對(duì)進(jìn)回程差在后續(xù)檢定中是否檢測(cè)，應(yīng)根據(jù)用戶需要進(jìn)行。建議所做試驗(yàn)應(yīng)力幅比為正值的試驗(yàn)機(jī)，后續(xù)檢定時(shí)檢測(cè)該項(xiàng)目，因?yàn)閷?duì)于應(yīng)力幅比為正值(即順時(shí)針-順時(shí)針、逆時(shí)針-逆時(shí)針)的疲勞試驗(yàn)，往往是示值進(jìn)回程差對(duì)峰谷值(尤其谷值)的影響更大，而所做試驗(yàn)應(yīng)力幅比為負(fù)值的試驗(yàn)機(jī)，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(cè)。

　　考慮到檢測(cè)器具的經(jīng)濟(jì)性以及檢測(cè)方法的習(xí)慣性，JJG1136-2017未采用ISO1352-2011給出的幾何同軸度檢測(cè)方法——分離軸與套筒匹配法，而是沿用常規(guī)的打表法檢測(cè)。幾何同軸度的檢測(cè)結(jié)果與夾頭間距有關(guān)，沿用靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)的基本方法，檢測(cè)距主動(dòng)夾頭端面約200mm和100mm這兩個(gè)位置的幾何同軸度值，取大者作為試驗(yàn)機(jī)幾何同軸度的結(jié)果。相比只檢測(cè)一個(gè)位置的同軸度，檢測(cè)兩個(gè)位置能更好地測(cè)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(dòng)大于一個(gè)增量，則分辨力r為變動(dòng)范圍的一半加上一個(gè)增量”，部分檢定人員對(duì)“加上一個(gè)增量”不大理解。其實(shí)，有這樣的要求是出于電氣系統(tǒng)對(duì)指示儀表電(磁)干擾的考慮，因此該項(xiàng)目是在試驗(yàn)機(jī)電機(jī)和控制系統(tǒng)均啟動(dòng)的狀態(tài)下檢查。指示儀表的電干擾往往是隨機(jī)對(duì)稱的，其直接表現(xiàn)就是指示數(shù)字的往復(fù)波動(dòng)，當(dāng)指示儀表的輸入信號(hào)未大于這個(gè)干擾信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)便淹沒于干擾信號(hào)無法分辨。只有當(dāng)輸入信號(hào)大于干擾信號(hào)，才能被指示儀表有效辨別。變動(dòng)范圍的一半等于干擾信號(hào)的大小，大于干擾信號(hào)的小有效信號(hào)便是比干擾信號(hào)大一個(gè)數(shù)字增量。

　　順便指出，分辨力也是廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)時(shí)需要綜合考慮的，一味追求數(shù)采的高分辨力，會(huì)事倍功半。拋開成本因素不談，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，其分辨力與試驗(yàn)機(jī)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(diǎn)的選擇

　　5%、2%作為檢定點(diǎn)，考慮到試驗(yàn)機(jī)的分辨力，測(cè)量下限一般應(yīng)不小于滿量程值的2%，這與國外要求測(cè)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(yàn)機(jī)逐漸增多，增加了對(duì)于不分擋的試驗(yàn)機(jī)“回程檢測(cè)僅檢測(cè)到試驗(yàn)機(jī)測(cè)量范圍上限的10%即可”的注解。

　　(4)循環(huán)扭矩級(jí)的選擇

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

　　對(duì)不分擋的試驗(yàn)機(jī)，JJG1136-2017還要求執(zhí)行表5，目的是為了檢測(cè)小于20%的循環(huán)扭矩，其檢定點(diǎn)按2∶5∶10的間隔選取。同時(shí)，JJG1136-2017允許某些只能完成對(duì)稱疲勞的電磁共振式試驗(yàn)機(jī)，僅在Tm/Tmax=0的平均循環(huán)扭矩下檢測(cè)。

　　(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(duì)檢定用標(biāo)準(zhǔn)裝置的指標(biāo)要求，如采樣頻率是工作頻率的50倍(此時(shí)峰值捕捉誤差不過±0.2%)等技術(shù)指標(biāo)，均通過正弦波的函數(shù)公式導(dǎo)出；(2)電磁共振式疲勞試驗(yàn)機(jī)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(duì)誤差和相對(duì)重復(fù)性

　　JJG1136-2017未選取谷值作為循環(huán)扭矩的評(píng)價(jià)參數(shù)，是因?yàn)檠h(huán)扭矩范圍誤差等于峰值誤差減谷值誤差，3個(gè)誤差中，任意兩個(gè)確定后，第三個(gè)誤差就為定值；不取谷值誤差還有另外一個(gè)好處，當(dāng)谷值很小，接近零時(shí)(如單向疲勞試驗(yàn)谷值接近零的情況)，無論對(duì)檢定裝置還是試驗(yàn)機(jī)，其扭矩傳感器的測(cè)量范圍總有個(gè)下限，這個(gè)下限都不會(huì)是零，所以谷值接近零的測(cè)量是不準(zhǔn)確的，選用循環(huán)扭矩范圍和峰值計(jì)算誤差，可以在某種程度上避開谷值接近或?yàn)榱愕那闆r。

　　需要說明的是，在一般試驗(yàn)中，規(guī)定順時(shí)針扭矩值為正，逆時(shí)針扭矩值為負(fù)，大值為峰值，小值為谷值。但在疲勞機(jī)檢定過程中，為了單純?cè)u(píng)價(jià)其測(cè)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(diǎn)

　　JJG1136-2017規(guī)定采集10個(gè)循環(huán)的峰谷值作為采樣點(diǎn)，歐美的同類標(biāo)準(zhǔn)，如BS7935-1-2004、ASTM E467-2008為采集50個(gè)循環(huán)的峰谷值作為采樣點(diǎn)。JJG1136-2017選擇10個(gè)，主要是考慮到國內(nèi)常用的疲勞機(jī)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(dāng)采樣頻率為檢定頻率的50倍時(shí)，每一屏剛好顯示10個(gè)完整的正弦波。

　　 (8)慣性扭矩影響的修正

　　JJG1136-2017繼承了動(dòng)態(tài)扭矩示值一般應(yīng)修正的指導(dǎo)思想，而且這種動(dòng)態(tài)修正不于試驗(yàn)機(jī)檢定時(shí)，試驗(yàn)機(jī)的使用人員在平時(shí)的日常試驗(yàn)中，就應(yīng)該按廠家給出的方法進(jìn)行修正。

　　試驗(yàn)機(jī)使用人員日常試驗(yàn)直接連接試樣時(shí)，應(yīng)按廠家給出的方法修正循環(huán)扭矩示值；在試驗(yàn)機(jī)檢定時(shí)，除了按廠家的方法修正試驗(yàn)機(jī)自身連接環(huán)節(jié)導(dǎo)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(fù)號(hào)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(dòng)性

　　JJG1136-2017的變動(dòng)性是波動(dòng)度的概念，主要考察試驗(yàn)機(jī)的波動(dòng)度(電液伺服式和液壓式)和控制準(zhǔn)確度(電磁共振式)。