某超小型继电器闭合触点抖断控制措施

某超小型继电器闭合触点抖断控制措施

安虹铭,申韬,周森林,刘小迪

（贵州航天电器股份有限公司 贵州贵阳 550009）

摘要：本文通过对某超小型继电器振动常闭触点抖断失效故障模式进行分析和定位，采取在支架两侧增加绝缘薄膜改进措施，以提升产品主体与外壳之间的连接强度，有效减少振动常闭触点抖断失效比例，从而提升继电器整体抗振性能和可靠性。

关键词：继电器；常闭触点抖断；抗振性能；可靠性

1引 言

继电器由于具有转换深度高、多路同步切换、输入输出比大、抗干扰能力强等特点被广泛应用于航天、航空、兵器、船舶等领域[1]。众所周知，继电器在实际运输和工作过程中都会受到外部振动力的影响，在外加激振力的作用下，其内部可动的零部件如簧片、衔铁会随着继电器的运动产生惯性力而导致触点抖动，严重时造成闭合触点瞬时断开或断开触点瞬时闭合故障，严重影响了产品的可靠性。因此，本文针对某超小型继电器振动试验过程中出现的失效模式进行分析，有针对性采取解决措施，切实提高产品的抗振性能和可靠性。

2 故障模式及原因分析

2.1故障模式

某超小型继电器为2转换平衡衔铁旋转式结构，正弦振动指标为10Hz～2000Hz、147m/s2。统计该继电器8个生产批次，其中振动常闭触点抖断失效比例为64.34%。失效继电器正弦振动曲线如图1所示，从图1可知振动过程中存在1031Hz和1721Hz两个谐振频率点，但实际仅在1031Hz谐振频率点出现常闭触点抖断失效。因此，在振动环境下常闭触点抖断失效已成为早期失效中最突出的失效模式，严重影响了该继电器的可靠性。

图1  失效继电器正弦振动曲线

2.2 原因分析

继电器振动失效原因基本上主要从电磁机构和接触系统两个方面进行考虑。随机抽取10只常闭触点抖断失效产品进行分析，分析步骤为：罩壳侧面开孔→固定衔铁→振动试验。罩壳侧面开孔后，在衔铁与磁路之间的缝隙处塞入填充物并使用胶水固定，防止衔铁在振动时发生自由运动[2]。随后将产品在同一筛选条件下重新振动试验，结果10只产品均失效。试验结果表明，该继电器常闭触点抖断失效并非由于衔铁受惯性力作用发生位移导致。

根据苏B.3.罗依金提出的振动特性计算公式[3]，触点簧片一阶固有振动频率：

     λ=          （1）

式中：h——动簧片厚度（mm）

      L——动簧片有效长度（mm）

      E——弹性模量（g/mm2）

      ——材料密度（g/mm3）

      g——重力加速度（mm/s2）

根据下列公式求出这一频率的极限加速度值ng。

          （2）

式中：n——多少个g的加速度值

F0——触点静压力（N）（按实际调试值）

PK——触点重量（N）

Δ——对数振动衰减系数

——动态系数

——动簧片重量（N）

     （3）

该继电器动簧片材料为AgMgNi0.24-0.29弹性合金，其中：

h=0.25mm，b=3mm，L=14.8mm，

E=7.84×106g/mm2，g=9.8×103mm/s2，

=10.4×10-3g/mm3，F0=0.25N，

PK=0.04g=4×10-4N，Δ=4×10-2

将上述参数分别带入公式（1）、（2）和（3）

中，计算触点簧片一阶固有振动频率：

λ==2196.96Hz＞2000Hz

=1.131 *10-3N

=9.26＜14.7

即可承受加速度：

ng=9.26×9.8=90.75m/s2＜147 m/s2

由λ和n值可知，该继电器抗振性能满足不了实际规定10Hz～2000Hz、147m/s2

的要求，第一固有频率在最大振动频率

2000Hz之外，但可承受的加速度满足不了147 m/s2要求。通过计算结果表明该继电器振动常闭触点抖断失效并非是触点抗振性能设计差导致。因此，要想办法使继电器在振动过程中传递到触点簧片组的激振位移的放大量降低到最低限度，即要提高外壳、支架、电磁机构等零部件及它们之间相关部分的连接强度和刚度。

3 改进措施及效果

根据上述分析和定位，考虑不改变产品零部件的前提条件下，要提高该继电器的抗振性能，我们通过在产品主体与外壳之间加入不同厚度的绝缘薄膜进行试验，绝缘薄膜跨越两侧支架，以提升继电器主体本身与外壳之间的连接强度。通过大量的试验验证，分别在不同产品主体与外壳之间增加0.10mm、0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm及0.35mm厚的绝缘薄膜并跨越支架两侧以提高其固有频率，然后在10Hz～2000Hz、147m/s2条件下进行振动，其中加入0.1mm、0.15mm、0.20mm及0.25mm厚的绝缘薄膜后振动在同一条件下均存在谐振现象，加入0.30mm和0.35mm厚的绝缘薄膜后进行振动无谐振现象，但使用0.1mm、0.15mm和0.20mm的绝缘薄膜产品振动时常闭触点抖断失效比例大，使用0.30mm和 0.35mm厚的绝缘薄膜时装配过程产品参数变化比例大。结合装配及振动实际情况，选择0.25mm厚的绝缘薄膜较为合适，既能够保证装配过程参数不变且抗振性能也得到提升，绝缘薄膜模型及装配如图2所示。

图2 绝缘薄膜及装配示意图

在产品主体与外壳之间使用0.25mm厚的绝缘薄膜后正弦振动曲线如图3所示，从图3可知振动失效的谐振频率1031Hz消失，

图3使用绝缘薄膜产品正弦振动曲线

有效避免了产品失效的1031Hz谐振频率点，振动过程中产品出现常闭触点抖断失效的比得到大幅下降，因而提升了该继电器产品的整体抗振性能和可靠性。

通过在产品主体与外壳之间增加0.25mm厚的绝缘薄膜后，保证其他零部件

和调试参数不变的情况下，统计4个生产批次的合格率，其中振动常闭触点抖断失效比例降低至6.04%，振动合格率提升至93.96%，

通过该措施有效提升了继电器主体本身与外壳之间的连接强度，有效的控制该产品振动过程常闭触点抖断失效的问题，从而提升了继电器的抗振性能和可靠性。

4 结论

本文通过对某超小型继电器振动常闭触点抖断失效的原因进行分析，提出在支架两侧增加绝缘薄膜提升产品主体与外壳之间的连接强度，有效避开产品振动过程中的失效谐振频率点，从而提升继电器的抗振性能和可靠性。

参考文献

[1] 张杰.某功率型继电器抗振性能提升措施[J]. 机电元件.2020，40（06）.

[2] 安虹铭，胡威威，等.某型号电磁继电器合格率提升的改进措施[J].机电元件.2020，40（02）.

[3] B.3.罗依金.《小型密封电磁继电器》[M]；