山東省泰安市計量測試所  李興文

    要分析WE系列萬能材料試驗機誤差形成的原因要先從它們的工作原理入手，WE系列萬能材料試驗機屬于液壓擺錘式試驗機，工作原理如下，由油泵進入工作油缸的油同時進入測力油缸，使測力活塞受力f，設S₁和S₂分別是工作活塞和測力活塞的有效面積，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，在擺桿揚起α角后，推桿推動齒條移動距離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，可見齒條移動的距離α與試件受力F成正比關系，x再通過齒條齒輪傳動，轉化為指針的角位移，從而在等刻度度盤上指示出相應的力值。

    不難看出，上述關系式④是在理想狀態下推導出來的，而在實際情況下，由于各種因素的影響，將會帶來誤差。推導過程中，首先假設式①是成立的，即要求測力油缸與工作油缸內的油壓時刻保持相等，而實際情況下，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，只有在操作者平穩緩慢地控制進油量，油路流速小而穩定的情況下，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定的加荷速度進行操作，否則，將會帶來誤差。第二，式④中假設試件受力等于工作活塞受力為F，而實際情況下，由于工作活塞與油缸之間、船形臺滾輪與立柱之間存在摩擦，試件實際受力將小于工作活塞受力，式中F應為工作活塞受力，設各摩擦力之和為f′，試件受力為F′，則F=F′+f′，代入式④，得，x=，可見，上述摩擦將會使試驗機產生正誤差，即是產生的誤差部分。f′越大，誤差也越大。f′產生的原因是:由于主體部分安裝不水平，使上下夾頭不同心，工作時活塞與缸壁卡靠，或因工作油缸內有贓物、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船形臺滾輪與立柱緊靠或因二者之間間隙調整不當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，保持環境符合溫濕度要求、正確調整滾輪與立柱之間的間隙。第三，式④是在假設測力活塞沒有摩擦的條件下推導出來的，而實際情況下，測力活塞與活塞壁之間是不會沒有摩擦的，即力臂R上所受到的力應為測力活塞受力減去摩擦力，設此摩擦力為f″，式②應為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，此摩擦力會使試驗機產生負誤差，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。測力活塞產生摩擦的主要原因是測力部分安裝不水平，測力活塞與油缸之間有臟物、銹蝕、油粘度過大等。另一個重要原因是為減少二者摩擦而帶動活塞旋轉的機構因皮帶太松或脫落不工作。另外因測力部分安裝不水平而使擺軸產生的摩擦力或因擺軸軸承內由于臟物、銹蝕或涂粘度過大的油等引起的摩擦力，產生的誤差影響同測力活塞摩擦力產生的影響，效果相同。所以要求測力部分達到規定的水平度，同時要保持清潔、干燥和規定的溫度。

    從④式可以看出，為了保持α與F正確的比例關系，必須保持式中各參數不能變化，而在使用中常因各種原因而發生變化，常見的是R和β的變化。由于刀子的摩損會引起R的變化，有時示值出現嚴重失準的一個重要原因就是，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值的變化是各參數中變化最常見的情況，因操作者使用不當而造成的沖擊和碰撞，會使推桿變形，使β角變化或因緊固螺釘松動使β角變得不穩定等。β角增大會引起正誤差，反之會引起負誤差。由于β值調整相對比較容易，所以試驗機在排除了其它異常情況后，對所產生的小而穩定的誤差，也是通過調整β角的大小來排除。正誤差減小β角，負誤差則增加β角。

    另外，度盤指示機構是由齒條齒輪傳動帶動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、被動指針的摩擦力大小等也對誤差都有一定影響，應酌情考慮。
    

    原理圖