摘要： 本文旨在通过运用有限元仿真、理论分析等方法，通过对某1/5晶体罩系列继电器的代表品种进行设计改进，从而从根本上解决了该系列继电器的振动一致性问题，提高了该系列继电器的振动可靠性，提高了投入产出率。

　　关键词：振动失效； 仿真； 设计改进

　　1.概述

　　A产品是我厂1/5晶体罩系列产品的代表品种，属旋转式结构，是该系列产品中技术条件最高的产品，其中正弦振动为3000Hz、30g，随机振动指标达0.4g2/Hz，技术指标MIL-R-39016/13规定，经统计2011至2012年振动不合格率达10.3%；该项目已严重影响系列产品的总体振动性能，因此，有必要对该产品振动性能开展提升工作。

　　2.攻关内容及研究过程

　　2.1.问题定位

　　2.1.1.失效产品摸底试验

　　根据工艺攻关实施方案，前期我们针对3个批次共63只振动失效产品进行摸底试验和失效分析。试验情况如下：63只失效产品在现有4台振动设备上均进行正弦振动。通过对记录编号分析，4台设备上失效的产品均不完全相同；所有产品正弦、随机振动均在4台设备上试验结束后，仍然有30只产品始终未在任何一台设备上出现失效，即该30只产品故障始终未复现。进一步分析正弦振动失效样品，样品失效频率主要分布在两个频段，即120Hz～1000Hz的低频段和2700Hz～3000Hz的高频段。产品失效主要为非激励状态下静合抖断。

　　2.1.2.有限元仿真分析

　　通过对动簧片部分进行共振频率仿真分析，得出动簧片部分共振点，与实际失效高频段相符。

　　首先是对簧片部分即将进行有限元仿真分析所做的前处理工作，即网络划分（之前已完成材料分配、几何约束设定等工作），在完成共振频率仿真工作之前，现简单说明一下共振频率仿真的意义：簧片部分（柔性体）在振动过程中随外界频率一同振动的过程中，当柔性体与外界振动频率一致时（即发生共振），其振动幅度为最大值，此时，簧片部分的位移也为最大值，但高阶共振频率的振幅要小于低阶，故只有低阶（5阶以下）共振频率才有分析的意义。与试验中出现的失效频段（120Hz～1000Hz和2700Hz～3000Hz）基本相符，说明模型的建立与实际簧片状态一致，模型可用。至此，簧片部分仿真的虚拟环境建立完成，为下一步优化设计提供了可靠的平台。

　　2.2.设计改进

　　由上述仿真分析可见，产品振动淘汰情况均可通过提高共振点实现，提高产品抗振性能，我们主要由设计方面进行改进。

　　2.2.1.设计改进理论分析

　　JRC-200MA产品接触部分设计为悬臂梁结构，一端固定，另一端受推杆作用力，已抗振性能有如下经验公式

　　簧片的抗振性∝

　　上式中 为簧片厚度， 为长度， 为簧片宽度， 为材料的弹性模量， 为密度。由公式一不难看出，由于弹性模量和密度不可变，应为常数，所以，如果要提升产品的抗振性，需要减小簧片的长度和宽度来提高簧片整体的抗振性能，则还需保证产品寿命和簧片载流密度不受较大影响。

　　由产品的失效分析情况可见，产品针对失效的情况多产生在非激励状态，在产品接触部分设计满足设计要求的情况下，产品的失效与衔铁的抖动有关，在产品的机械参数调整中，增加推杆部分的自由行程，是有效克服衔铁抖动导致产品振动时效的途径之一。

　　2.2.2.仿真分析

　　利用上述原理，我们在有限元软件的辅助下建立模型并进行仿真，目的是为了以改进簧片的宽度和长度为方向，确定具体改进簧片的尺寸，使得共振点尽可能的提高，以使其不再在产品要求的振动频率范围内失效，改进后的簧片尺寸为宽度由1.2mm改为0.9mm，长度由5.5mm改为5.3mm。

　　2.2.3.方案实施

　　通过设计理论分析和仿真中的振动频率分析，我们确定设计改进方案：

　　2.2.3.1.对产品振动性能关联程度较大的动簧片进行设计改进，动簧片宽度由1.2mm改为0.9mm，长度由5.5mm改为5.3mm。

　　2.2.3.2.在簧片发生了改变后，我们对电磁部分的推杆也做了改进的尝试，推杆部分的玻璃球直径由SR0.5±0.05mm改为了SR0.4±0.05mm，使得衔铁在达到原动合反力和超程的情况下，衔铁的自由行程增加至0.1mm。

　　2.2.4.验证成果

　　投料验证的产品在进行振动筛选过程中，该批产品交筛89只，振动合格率100%，在此之后，我们抽取了本批入库产品进行了例行试验，其中包括额定电流在内的试验项目均合格；之后我们抽取本批40产品进行了不同振动台、长时间的振动试验，结果有无产品失效。

　　3.总结

　　通过试验摸底，我们首先将失效继电器的失效模式和失效频段进行了量化地复现，之后再运用有限元仿真分析，得出产品理论共振点，结合试验的失效频段修正仿真模型；再利用振动经验公式确定产品设计改进方向，并运用修正后的模型最优化设计改进的具体参数，从而形成最优化的设计方案；最后通过批量验证，证明了设计方案的有效性，使得该型号继电器的代表系列产品总体振动可靠性得到提高。

　　参考文献：

　　[1]张冠生，电器学[M ]，北京机械工业出版社， 1982.

　　[2]最新继电器选型设计制造新工艺新技术与质量检验调试故障诊断标准规范实用手册[M ]，北京中国电力工业出版社， 2007.

　　[3]邹海峰，小型电磁继电器[M ] 1 西安，陕西科学技术出版社， 1984.1.

　　[4]宋金声，小型密封电磁继电器[ J]，继电器技术，1979， （ 3）.

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