山东省泰安市计量测试所  李兴文

    要分析WE系列万能材料试验机误差形成的原因要先从它们的工作原理入手，WE系列万能材料试验机属于液压摆锤式试验机，工作原理如下，由油泵进入工作油缸的油同时进入测力油缸，使测力活塞受力f，设S₁和S₂分别是工作活塞和测力活塞的有效面积，F是试件所受到的力，也就是工作活塞所受到的力，则由液压传递原理可得:f=(S₂/S₁)F①，力f作用在小臂R上，使摆杆扬起角度α，R与水平夹角为β，由力矩平衡原理可得:WLsinα=fRcos(β-α)②，将①式代入②式得:F=③，在摆杆扬起α角后，推杆推动齿条移动距离α，x=t-d=m[tgβ-tg(β-α)]=m[]=m=m，即α代入③整理后得:α=·F④，式中为常数，可见齿条移动的距离α与试件受力F成正比关系，x再通过齿条齿轮传动，转化为指针的角位移，从而在等刻度度盘上指示出相应的力值。

    不难看出，上述关系式④是在理想状态下推导出来的，而在实际情况下，由于各种因素的影响，将会带来误差。推导过程中，首先假设式①是成立的，即要求测力油缸与工作油缸内的油压时刻保持相等，而实际情况下，由于各油路之间的沿程阻力、局部阻力及泄漏不同，二者之间将始终存在着滞差和压差，所以式①只是理想公式，只有在操作者平稳缓慢地控制进油量，油路流速小而稳定的情况下，才能基本消除滞差，使式①近似成立，所以要求操作者在操作过程中一定要按规定的加荷速度进行操作，否则，将会带来误差。第二，式④中假设试件受力等于工作活塞受力为F，而实际情况下，由于工作活塞与油缸之间、船形台滚轮与立柱之间存在摩擦，试件实际受力将小于工作活塞受力，式中F应为工作活塞受力，设各摩擦力之和为f′，试件受力为F′，则F=F′+f′，代入式④，得，x=，可见，上述摩擦将会使试验机产生正误差，即是产生的误差部分。f′越大，误差也越大。f′产生的原因是:由于主体部分安装不水平，使上下夹头不同心，工作时活塞与缸壁卡靠，或因工作油缸内有赃物、锈蚀、油粘度太大等原因造成的工作活塞与缸壁之间的摩擦；由于安装不水平使工作时船形台滚轮与立柱紧靠或因二者之间间隙调整不当而造成的滚轮与立柱之间的摩擦。所以要求主体部分要符合规定的水平度要求，并要定期更换符合粘度要求的液压油，保持环境符合温湿度要求、正确调整滚轮与立柱之间的间隙。第三，式④是在假设测力活塞没有摩擦的条件下推导出来的，而实际情况下，测力活塞与活塞壁之间是不会没有摩擦的，即力臂R上所受到的力应为测力活塞受力减去摩擦力，设此摩擦力为f″，式②应为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)，将代入上式并整理得:，可见，此摩擦力会使试验机产生负误差，式中后者即为引起的误差部分，误差大小也与摩擦力成正比。测力活塞产生摩擦的主要原因是测力部分安装不水平，测力活塞与油缸之间有脏物、锈蚀、油粘度过大等。另一个重要原因是为减少二者摩擦而带动活塞旋转的机构因皮带太松或脱落不工作。另外因测力部分安装不水平而使摆轴产生的摩擦力或因摆轴轴承内由于脏物、锈蚀或涂粘度过大的油等引起的摩擦力，产生的误差影响同测力活塞摩擦力产生的影响，效果相同。所以要求测力部分达到规定的水平度，同时要保持清洁、干燥和规定的温度。

    从④式可以看出，为了保持α与F正确的比例关系，必须保持式中各参数不能变化，而在使用中常因各种原因而发生变化，常见的是R和β的变化。由于刀子的摩损会引起R的变化，有时示值出现严重失准的一个重要原因就是，拉杆框架刀承从刀子上脱落从而引起R变化。特别是推杆角度β值的变化是各参数中变化最常见的情况，因操作者使用不当而造成的冲击和碰撞，会使推杆变形，使β角变化或因紧固螺钉松动使β角变得不稳定等。β角增大会引起正误差，反之会引起负误差。由于β值调整相对比较容易，所以试验机在排除了其它异常情况后，对所产生的小而稳定的误差，也是通过调整β角的大小来排除。正误差减小β角，负误差则增加β角。

    另外，度盘指示机构是由齿条齿轮传动带动安装在指示轴上的指针指示力值的，所以，齿轮齿条的啮合情况，指针轴轴承的灵活度，指针的安装牢固度及与度盘和外罩是否有摩擦、被动指针的摩擦力大小等也对误差都有一定影响，应酌情考虑。
    

    原理图