某功率型继电器抗振性提升措施

2020-12-30张杰

机电元件 2020年6期

张杰

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

1 引言

继电器广泛应用于军用航天、航空、兵器、船舶等领域，元器件所处的环境条件非常恶劣，对元器件的耐环境能力要求较高，特别振动试验的高量级振动和耐久振动试验[1]最能直接体现产品的整体耐环境能力水平。通过对施加外部力学应力，考核继电器内部结构抗谐振和轴孔耐磨能力，发现结构设计缺陷和装配制造缺陷等引起的故障模式。本文通过对某功率型继电器振动失效故障进行分析、故障定位，确定产品结构薄弱点，进而针对性的提出了产品的结构改进措施，通过仿真分析和验证试验，切实提高了产品的抗振性，满足用户的使用要求。

2 故障模式及问题定位

某功率型继电器在某用户整机可靠性试验阶段，耐久振动试验过程中出现常开加电不通故障，对失效继电器经X光机透视，发现衔铁、簧片端部与壳之间存在明显间隙，未产生接触，见图1。启封后，发现产品内部存在许多细小黑色有机物粉末，其他未见异常，见图2。

图1 X射线检查图示

图2 黑色粉末图片

进一步对故障继电器各部件分解，检查衔铁转轴等部位，发现衔铁转轴磨损严重，转轴端部磨损形成了明显的小台阶，且有大量黑色粉末，衔铁转轴及配合盖板孔磨损见图3、图4。收集产品内部黑色粉进行成分分析，分析结果见图5。

图3 衔铁转轴磨损图示

图4 支架孔磨损图片

图5 成分分析结果

根据成分分析结果，黑色粉末应为衔铁、支架在振动摩擦高温下形成的氧化金属粉末，在孔口附近的成分基本为锌白铜支架材料，吸附有少量的衔铁脱落物。

通过上述对故障产品分析检查，可以定位产品振动试验中出现加电常开不通故障是由于衔铁轴和盖板孔在振动应力作用下轴孔磨损严重，导致轴孔配合间隙变大，产品加电后衔铁轴在孔内的支点发生偏移，超行程减退，最终引起产品加电后常开不通故障。

3 结构仿真及常开不通分析

3.1 固有频率分析

分析该功率型衔铁组合部分的固有频率，此分析为有预应力的固有频率分析，因此选用Pre-Stress Modal模式，边界条件设定如图6。轴只能转动，因此给轴圆柱约束，仅保留转动自由度，给一个底面无摩擦约束，使其仅能在其平面内运动，两个复原簧片上的复原力为0.36N。

图6 边界条件设定

得出前六阶固有频率如图7所示，频率分别为951Hz、1114Hz、5205Hz、5288Hz、6128Hz和6135Hz。

图7 前六阶固有频率

对用户壳体振动量级监测，监测结果见图8所示。

图8 控制盒壳体振动监测图

通过图8可以看出，用户壳体的谐振频率段为800Hz～1200Hz,而产品衔铁组合部件的一阶、二阶固有频率为951Hz、1114Hz，与用户壳体的谐振频率段重合，容易导致产品衔铁组合部件在该频率段出现谐振放大。

3.2 加电常开不通原因分析

某功率型继电器衔铁为整体轴结构，衔铁两端轴是在衔铁冷冲成型后车制加工而成，衔铁材料为电工纯铁DT4C，硬度低、耐磨性差；盖板孔材料为锌白铜，硬度相对电工纯铁高。产品在耐久振动过程中，受轴孔材料耐磨性差和谐振放大的共同影响，衔铁轴孔微动磨损加剧，产生大量的摩擦脱落黑色聚合物，随着振动时间的加长，轴孔接触部位配合关系受到破坏，导致轴孔配合间隙变大，产品加电后衔铁轴在孔内的支点发生偏移，超行程减退，最终引起产品加电后常开不通故障。