本文旨在通過(guò)運(yùn)用有限元仿真、理論分析等方法，通過(guò)對(duì)某1/5晶體罩系列繼電器的代表品種進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，從而從根本上解決了該系列繼電器的振動(dòng)一致性問(wèn)題，提高了該系列繼電器的振動(dòng)可靠性，提高了投入產(chǎn)出率。
    A產(chǎn)品是我廠1/5晶體罩系列產(chǎn)品的代表品種，屬旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，是該系列產(chǎn)品中技術(shù)條件最高的產(chǎn)品，其中正弦振動(dòng)為3000Hz、30g，隨機(jī)振動(dòng)指標(biāo)達(dá)0.4g²/Hz，技術(shù)指標(biāo)MIL-R-39016/13規(guī)定，經(jīng)統(tǒng)計(jì)2011至2012年振動(dòng)不合格率達(dá)10.3%；該項(xiàng)目已嚴(yán)重影響系列產(chǎn)品的總體振動(dòng)性能，因此，有必要對(duì)該產(chǎn)品振動(dòng)性能開展提升工作。
    攻關(guān)內(nèi)容及研究過(guò)程
    2.1.問(wèn)題定位
    2.1.1.失效產(chǎn)品摸底試驗(yàn)
    根據(jù)工藝攻關(guān)實(shí)施方案，前期我們針對(duì)3個(gè)批次共63只振動(dòng)失效產(chǎn)品進(jìn)行摸底試驗(yàn)和失效分析。試驗(yàn)情況如下：63只失效產(chǎn)品在現(xiàn)有4臺(tái)振動(dòng)設(shè)備上均進(jìn)行正弦振動(dòng)。通過(guò)對(duì)記錄編號(hào)分析，4臺(tái)設(shè)備上失效的產(chǎn)品均不完全相同；所有產(chǎn)品正弦、隨機(jī)振動(dòng)均在4臺(tái)設(shè)備上試驗(yàn)結(jié)束后，仍然有30只產(chǎn)品始終未在任何一臺(tái)設(shè)備上出現(xiàn)失效，即該30只產(chǎn)品故障始終未復(fù)現(xiàn)。進(jìn)一步分析正弦振動(dòng)失效樣品，樣品失效頻率主要分布在兩個(gè)頻段，即120Hz～1000Hz的低頻段和2700Hz～3000Hz的高頻段。產(chǎn)品失效主要為非激勵(lì)狀態(tài)下靜合抖斷。
    2.1.2.有限元仿真分析
    通過(guò)對(duì)動(dòng)簧片部分進(jìn)行共振頻率仿真分析，得出動(dòng)簧片部分共振點(diǎn)，與實(shí)際失效高頻段相符。
    首先是對(duì)簧片部分即將進(jìn)行有限元仿真分析所做的前處理工作，即網(wǎng)絡(luò)劃分（之前已完成材料分配、幾何約束設(shè)定等工作），在完成共振頻率仿真工作之前，現(xiàn)簡(jiǎn)單說(shuō)明一下共振頻率仿真的意義：簧片部分（柔性體）在振動(dòng)過(guò)程中隨外界頻率一同振動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)柔性體與外界振動(dòng)頻率一致時(shí)（即發(fā)生共振），其振動(dòng)幅度為最大值，此時(shí)，簧片部分的位移也為最大值，但高階共振頻率的振幅要小于低階，故只有低階（5階以下）共振頻率才有分析的意義。與試驗(yàn)中出現(xiàn)的失效頻段(120Hz～1000Hz和2700Hz～3000Hz)基本相符，說(shuō)明模型的建立與實(shí)際簧片狀態(tài)一致，模型可用。至此，簧片部分仿真的虛擬環(huán)境建立完成，為下一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的平臺(tái)。
    2.2.設(shè)計(jì)改進(jìn)
    由上述仿真分析可見(jiàn)，產(chǎn)品振動(dòng)淘汰情況均可通過(guò)提高共振點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，提高產(chǎn)品抗振性能，我們主要由設(shè)計(jì)方面進(jìn)行改進(jìn)。
    2.2.1.設(shè)計(jì)改進(jìn)理論分析
    JRC-200MA產(chǎn)品接觸部分設(shè)計(jì)為懸臂梁結(jié)構(gòu)，一端固定，另一端受推桿作用力。
    由產(chǎn)品的失效分析情況可見(jiàn)，產(chǎn)品針對(duì)失效的情況多產(chǎn)生在非激勵(lì)狀態(tài)，在產(chǎn)品接觸部分設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，產(chǎn)品的失效與銜鐵的抖動(dòng)有關(guān)，在產(chǎn)品的機(jī)械參數(shù)調(diào)整中，增加推桿部分的自由行程，是有效克服銜鐵抖動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)品振動(dòng)時(shí)效的途徑之一。
    2.2.2.仿真分析
    利用上述原理，我們?cè)谟邢拊浖妮o助下建立模型并進(jìn)行仿真，目的是為了以改進(jìn)簧片的寬度和長(zhǎng)度為方向，確定具體改進(jìn)簧片的尺寸，使得共振點(diǎn)盡可能的提高，以使其不再在產(chǎn)品要求的振動(dòng)頻率范圍內(nèi)失效，改進(jìn)后的簧片尺寸為寬度由1.2mm改為0.9mm，長(zhǎng)度由5.5mm改為5.3mm。
    2.2.3.方案實(shí)施
    通過(guò)設(shè)計(jì)理論分析和仿真中的振動(dòng)頻率分析，我們確定設(shè)計(jì)改進(jìn)方案：
    2.2.3.1.對(duì)產(chǎn)品振動(dòng)性能關(guān)聯(lián)程度較大的動(dòng)簧片進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，動(dòng)簧片寬度由1.2mm改為0.9mm，長(zhǎng)度由5.5mm改為5.3mm。
    2.2.3.2.在簧片發(fā)生了改變后，我們對(duì)電磁部分的推桿也做了改進(jìn)的嘗試，推桿部分的玻璃球直徑由SR0.5±0.05mm改為了SR0.4±0.05mm，使得銜鐵在達(dá)到原動(dòng)合反力和超程的情況下，銜鐵的自由行程增加至0.1mm。
    2.2.4.驗(yàn)證成果
    投料驗(yàn)證的產(chǎn)品在進(jìn)行振動(dòng)篩選過(guò)程中，該批產(chǎn)品交篩89只，振動(dòng)合格率100%,在此之后，我們抽取了本批入庫(kù)產(chǎn)品進(jìn)行了例行試驗(yàn)，其中包括額定電流在內(nèi)的試驗(yàn)項(xiàng)目均合格；之后我們抽取本批40產(chǎn)品進(jìn)行了不同振動(dòng)臺(tái)、長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)果有無(wú)產(chǎn)品失效。

    通過(guò)試驗(yàn)摸底，我們首先將失效繼電器的失效模式和失效頻段進(jìn)行了量化地復(fù)現(xiàn)，之后再運(yùn)用有限元仿真分析，得出產(chǎn)品理論共振點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)的失效頻段修正仿真模型；再利用振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)公式確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)方向，并運(yùn)用修正后的模型最優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)的具體參數(shù)，從而形成最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案；最后通過(guò)批量驗(yàn)證，證明了設(shè)計(jì)方案的有效性，使得該型號(hào)繼電器的代表系列產(chǎn)品總體振動(dòng)可靠性得到提高。

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文章名稱：《繼電器振動(dòng)失效診斷與設(shè)計(jì)改進(jìn)方法研究》

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