【摘要】：平衡力式繼電器因其突出的耐環(huán)境適應(yīng)性,被廣泛地應(yīng)用于航天航空、武器裝備、電子系統(tǒng)等領(lǐng)域,其產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響了整個系統(tǒng)的性能與可靠性。然而,由于缺乏高效完整的一致性理論分析、設(shè)計和驗證技術(shù),批次產(chǎn)品的質(zhì)量分散性過大導(dǎo)致的一致性與可靠性問題較國外仍有較大的差距,因此深入研究其穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計方法對于確定產(chǎn)品關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)、定量分配容差,從理論上驗證優(yōu)化方案從而確實有效地提升產(chǎn)品性能、保障系統(tǒng)的可靠性有著重大意義。首先,本文針對某抗正弦振動性能不達標(biāo)的平衡力式繼電器進行失效機理分析,設(shè)計對比驗證試驗,逐步分析各裝配零部件對系統(tǒng)工作時共振失效的影響程度;確定系統(tǒng)的失效模式以及影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵尺寸設(shè)計參數(shù)與裝配工藝參數(shù),為后續(xù)穩(wěn)健性設(shè)計提供數(shù)據(jù)樣本。其次,采用UG與ANSYS Workbench軟件對研究對象進行建模仿真,通過模態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析確定該繼電器的固有振型與頻率響應(yīng),并與振動試驗結(jié)果相互佐證,完成虛擬樣機平臺的搭建;在此基礎(chǔ)上,為進一步滿足穩(wěn)健性分析過程中對大量參數(shù)樣本的需求與計算,研究以固有共振頻率為響應(yīng)的快速計算方法,采用基于粒子群優(yōu)化(PSO)算法的最優(yōu)拉丁超立方方法與Kriging近似模型相結(jié)合的方式完成快速計算模型建立,降低了建模復(fù)雜度、提高了建模精度。然后,研究基于響應(yīng)面的全局最優(yōu)參數(shù)設(shè)計方法,解決傳統(tǒng)田口參數(shù)設(shè)計方法優(yōu)化方案具有局限性的問題。首先采用傳統(tǒng)田口思想初步確定設(shè)計參數(shù)中的穩(wěn)定因素與調(diào)整因素,通過交互性分析,篩選出不影響穩(wěn)定因素輸出特性的調(diào)整因素,并對穩(wěn)定因素建立顯式響應(yīng)面模型,進而采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法進行參數(shù)尋優(yōu)實現(xiàn)參數(shù)穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計,最后通過質(zhì)量特性的分布對比實現(xiàn)在不改變參數(shù)容差的前提下對共振頻率的提升。最后,通過研究傳統(tǒng)田口容差設(shè)計中貢獻率計算方法的缺陷,確定其容差設(shè)計精度無法達到設(shè)計目標(biāo)的原因,進而建立基于變貢獻率系數(shù)的逐次逼近容差設(shè)計模型。通過MATLAB建立逐次優(yōu)化過程的加速系數(shù)模型,并結(jié)合蒙特卡羅一致性評價方法實現(xiàn)容差的自動優(yōu)化分配。本文的研究成果是對平衡力式繼電器耐振動環(huán)境輸出一致性穩(wěn)健設(shè)計理論的補充與改進。該研究思路與設(shè)計方法可以推廣到其他類型機電元器件產(chǎn)品的性能提升與一致性優(yōu)化過程中。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM58
【圖文】：

a) 繼電器整機實物圖 b) 繼電器拆殼結(jié)構(gòu)圖 圖 2-1 繼電器結(jié)構(gòu)按照國軍標(biāo)65B要求對繼電器進行振動試驗，主動振動臺、2/5立方英寸振動夾具以及D38-6型繼電器雙磁路設(shè)計，磁場分布均勻，漏磁較少。按照課題

范圍10~3000Hz，加速度幅值30g，激勵增益80%，正弦掃頻5次共計20分鐘；該2/5立方英寸振動夾具可以同時對3種激勵方向的繼電器產(chǎn)品進行試驗，夾具高度12cm，避免了振動臺由于自身磁場對繼電器性能造成干擾，如圖2-2所示。D38-6型繼電器抖動測試儀主要用于動靜觸點分離時的監(jiān)測與顯示，配合東菱振動臺實現(xiàn)在特定振動環(huán)境下繼電器吸合狀態(tài)常開觸點的誤動作以及釋放狀態(tài)常閉觸點抖斷故障的判別，如圖2-3所示。該型號測試儀可以同時監(jiān)測50組繼電器觸點一次抖斷失效故障行為，通過聲音信號與光信號進行判斷指示，大大縮短了批次繼電器產(chǎn)品振動試驗的設(shè)計驗證周期。圖 2-2 電動振動臺 圖 2-3 觸點抖斷測試儀本文針對U型簧、復(fù)原簧片、銜鐵、安裝耳、動簧片、側(cè)板等影響繼電器產(chǎn)品抗振動性能的關(guān)鍵零部件進行試驗設(shè)計，記錄并分析吸合電壓、釋放電壓、釋放保持力、吸合保持力、動合觸點壓力等關(guān)鍵輸出特性參數(shù)的變化情況。通過風(fēng)冷式電動振動臺完成10-3000Hz、30g加速度下的振動試驗，并利用觸點抖斷測試儀實時檢測產(chǎn)品故障狀態(tài)，其具體失效機理分析流程如圖2-4所示。通過對比分析、失效重現(xiàn)等方法進行故障定位， 最終可以確定該繼電器產(chǎn)品的失效機理與失效模式。

D38-6型繼電器抖動測試儀主要用于動靜觸點分離時的監(jiān)測與顯示，配合東菱振動臺實現(xiàn)在特定振動環(huán)境下繼電器吸合狀態(tài)常開觸點的誤動作以及釋放狀態(tài)常閉觸點抖斷故障的判別，如圖2-3所示。該型號測試儀可以同時監(jiān)測50組繼電器觸點一次抖斷失效故障行為，通過聲音信號與光信號進行判斷指示，大大縮短了批次繼電器產(chǎn)品振動試驗的設(shè)計驗證周期。圖 2-2 電動振動臺 圖 2-3 觸點抖斷測試儀本文針對U型簧、復(fù)原簧片、銜鐵、安裝耳、動簧片、側(cè)板等影響繼電器產(chǎn)品抗振動性能的關(guān)鍵零部件進行試驗設(shè)計，記錄并分析吸合電壓、釋放電壓、釋放保持力、吸合保持力、動合觸點壓力等關(guān)鍵輸出特性參數(shù)的變化情況。通過風(fēng)冷式電動振動臺完成10-3000Hz、30g加速度下的振動試驗，并利用觸點抖斷測試儀實時檢測產(chǎn)品故障狀態(tài)，其具體失效機理分析流程如圖2-4所示。通過對比分析、失效重現(xiàn)等方法進行故障定位， 最終可以確定該繼電器產(chǎn)品的失效機理與失效模式。

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本文編號：2751402