某型号平衡力式继电器振动吸合电压超差问题浅析

某型号平衡力式继电器振动吸合电压超差问题浅析

杨小波, 吕欣

贵州航天电器股份有限公司 贵州 贵阳 550000

【摘  要】振动吸合电压超差失效是平衡力式继电器筛选失效的主要失效模式，振动吸合电压超差失效严重影响平衡力继电器的筛选合格率，是严重影响平衡力继电器合格率的瓶颈问题。作者总结近两年振动吸合电压超差的案例进行分析，并提出改进方案，提升平衡力继电器产品的合格率，提升产品的质量稳定性能。

【关键词】继电器 振动 吸合电压超差

1  引言

1.1振动吸合电压超差的定义

按照GJB2888的要求，平衡力式继电器需进行振动筛选项目，继电器在100～3000Hz的整个频率范围内只进行一次循环，继电器在三个互相垂直方向的每一个轴线方向振动，线圈去激励状态下扫频3min，振动试验后，继电器未从夹具上取下之前，线圈施加产品详细规范要求的整个温度范围内的最大动作电压值，然后检查继电器触点是否转换。若继电器在整个温度范围内的最大电压值未转换，继续加大电压值，在线圈额定电压值内继电器转换，称为振动吸合电压超差，该只产品则被判定为不合格。

2 现状及原因分析

2.1  现状

统计该型号平衡力式继电器筛选失效模式，见图1所示，振动吸合电压超差比例占比高达48.32%，由于振动吸合电压剔除比例大，严重影响产品的质量，同时在外部多次反馈动作电压超差故障，影响产品的投入产出率，从产品的失效模式分析，影响产品振动吸合超差是零件加工，产品装配多环节影响的因素，例如产品设计时支架孔的粗糙度、轴的粗糙度，衔铁和轭铁的镀层厚度和镀种，多余物卡滞轴孔等因素的影响。

图1 继电器筛选剔除率占比图

2.2  原因分析

2.2.1  失效因果分析

该型号平衡力式继电器采用可动磁钢式结构，结构如图2：

图 2 平衡力式继电器结构图

继电器的工作原理：当电磁继电器线圈通电后，在铁芯、轭铁、动作衔铁及磁路间隙所组成的磁路就产生磁通，由此产生电磁吸力，吸引动作衔铁向轭铁的工作面靠近，与此同时，衔铁组合中的两组动簧片同时旋转，实现常闭触点断开和常开触点接通。线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁在接触簧片反力、磁钢反力以及复原簧片反力综合作用下返回初始位置，释放衔铁与释放轭铁处于贴合状态，此时，动接触片与常开静接触片分离，与常闭静接触片闭合。

分析该型号平衡力式继电器振动吸合电压超差的原因，采用头脑风暴法从人、机、料、法、环、测六方面进行分析，见下图3所示鱼骨图：

图3 振动吸合电压超差失效分析鱼骨图

通过对振动吸合电压超差失效的末端原因进行验证和分析，得出影响振动吸合电压超差失效的主要原因是支架孔和轴配合的光洁度差、轭铁与衔铁粘接两个综合要因影响振动吸合电压超差。

一、支架孔和轴配合的光洁度差：从振动吸合电压超差的失效品进行分析，衔铁组合的轴绕支架孔转动，支架孔和轴粗糙度差，由摩擦力公式f=μN，压力N不变，摩擦系数μ增大，故摩擦阻力f增大，由于轴孔配合的摩擦阻力f增大，线圈所需的电磁吸力大，因此需线圈端施加更大的电压来提升电磁吸力。

振动失效产品的轴孔状态见下图4所示：

图4轴孔磨损示意图

二、轭铁与衔铁粘接：继电器在振动设备上抖动，释放衔铁与释放轭铁接触面不断摩擦，部分产品在抖动过程中，由于去激励保持力大，导致在振动后，衔铁与轭铁摩擦力大，将衔铁表面镀层擦伤，故呈现出振动后吸合电压超差现象，衔铁摩擦痕迹见下图5：

图5衔铁粘接磨损痕迹

3 改进措施及效果

根据上述原因分析和定位，可以从提升支架孔和轴的光洁度、机械老化后增加去离子水冲洗轴孔、释放轭铁上点焊不锈钢片三个方面解决振动吸合电压超差失效问题。

3.1支架孔光洁度提升

支架零件加工流程优化，支架孔前期由于支架孔只进行精铰孔工序，孔内粗糙度无法满足设计图纸要求Ra0.4mm，导致产品在装配后支架孔与轴的摩擦系数增大，在振动后，摩擦加剧，呈现出振动后吸合电压超差现象，通过优化支架孔的加工工艺，在精铰孔后增加磨粒流工序，可有效将孔内粗糙度提升至Ra0.4mm，可大幅度减少轴孔摩擦阻力增大对吸合电压的影响，优化后的支架加工工艺流程为：模具冲压成型→粗铰孔→去毛刺→精铰孔→磨粒流→磁针光饰→钝化→检验→入库。

3.2 机械老化后增加去离子水冲洗

针对继电器机械老化后，增加去离子水冲洗轴孔接触部位，可有效将老化后摩擦的金属颗粒冲洗干净，减少后续对继电器吸合和释放电压的影响，具体装配工艺流程优化为：电气初校→机械老化→去离子水清洗轴孔→酒精脱水→电气复校→……。

3.3 释放轭铁上点焊不锈钢片

经分析释放衔铁与轭铁粘接，是由于继电器在高频率的振动台上，衔铁与轭铁搭接面不断摩擦，导致衔铁和轭铁镀层被磨损，最终二者咬合在一起，导致摩擦阻力增大，因此针对此故障现象，可从释放轭铁上点焊0.03mm厚度不锈钢片，不锈钢片的耐磨性能比轭铁材料DT4C的耐磨性能更优，可有效解决衔铁和轭铁粘接失效，点焊位置见下图6：

图6 释放轭铁点焊不锈钢片示意图

通过对支架孔增加磨粒流、机械老化后增加去离子水清洗轴孔位置、释放轭铁上点焊不锈钢片的改进措施，改进后一共生产16批次该型号继电器产品，振动吸合电压超差比例由48.32%降低至3.53%，该型号产品的合格率提升至82.63%，与改善之前相比，整体合格率得到了显著提升。

4 结论

本文通过某型号平衡力式继电器振动吸合电压超差问题分析，确定影响振动吸合电压超差的要因，并针对该要因制定支架孔增加磨粒流提升光洁度、机械老化后增加去离子水冲洗轴孔位置、释放轭铁上点焊不锈钢片增加振动耐磨性能的三项改进措施，通过批产验证，该型号产品的振动合格率得到大幅度提升，产品的质量稳定性能也得到明显提高，希望本文可为其他类似结构的继电器提供借鉴。

参 考 文 献

[1] 《小型密封电磁继电器》 罗衣金箸，王蓉芳译.1980.

[2] 《继电器制造.工艺.使用》.郑天丕.1996.         

[3] 《继电器及其应用》.上海无线电八厂编.1978. 

[4]《机电元件》隋文英.提高电磁继电器抗振性能的几种方法.1999(19)

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