叱光辉，赵海东，程 蕾，张文东

(1.陕西群力电工有限责任公司,陕西宝鸡,721300；2.哈尔滨工业大学电器与电子可靠性研究所,黑龙江哈尔滨,150001)

1 产品简介

某三相接触器，主触点引出端即具备导电性能又具备安装特性，安装简单。触点组数多、负载高可达400A，环境适应性强，主要用于大功率电源控制模块。

2 故障现象：

该产品振动试验时，激励状态下，三轴向370Hz～420Hz频率段三组主触点均出现断抖现象。

3 原因分析：

3.1 触点吸合状态下的保持力即电磁吸力不足，使可动部分接触不可靠，造成吸合状态下振动过程中触点断抖；

3.2 主触点间接触力不足，造成振动过程中触点断抖；

3.3 产品振动试验夹具设计不合理，产品装夹后振动量级被放大，造成振动过程中触点断抖。

针对上述原因进一步拆解产品、测试、分析：

1)拆除上盖测试电磁保持力，产品加额定电压激励，使用推拉力计下压产品内部运动机构，应用推拉力计的触发设置采集电磁吸力值，试验设备如图2所示。

图1 产品外形示意图

图2 推拉力计测试反力

测试样品电磁保持力为177N(吸合状态为双线圈工作)，符合设计要求162N～200N(如图3所示经仿真分析，产品28Vd.c.双线圈条件下电磁吸力约为335N，机械反力约为150N，电磁保持力约为185N)，可排除电磁吸力不足对正弦振动失效的影响。

图3 电磁吸力与反力对比

2)拆除后盖测试主触点间隙，三组主触点间隙分别为2.6mm、2.6mm、2.7mm，符合设计要求2.6±0.1mm；样品线圈加电测试主触点压力，三组主触点压力分别为30N、29N、30.4N，符合设计要求28N～32N；

3)由于该产品结构特殊，触点引出端既有导电功能、又有安装固定产品的功能。为了方便振动过程中监测触点状态，振动夹具采用分体固定，如图2所示，使用M6螺钉将胶木块和绝缘板固定在铝材振动夹具上，然后使用M8螺栓将产品固定在胶木块上。

图4 产品安装在振动夹具中示意图

这种固定方式的优点：三组触点组间绝缘性能好，方便振动过程中触点监测。缺点：胶木块和绝缘板等转接夹具，容易放大振动量级。若胶木块与振动夹具固定不牢靠，或者两侧胶木块高度不一，易放大振动量级，振动过程中触点引出端两侧受力不均匀，造成触点接触不可靠。

为验证胶木块和绝缘板等转接夹具，容易放大振动量，导致产品在370Hz～420Hz间发生抖断失效，需对产品有转接夹具、无转接夹具两种状态进行仿真对比分析。

4 耐力学性能仿真分析

针对失效产品失效机理初步分析，对振动夹具进行优化修改，根据修改后的夹具进行产品力学特性仿真分析，因此建立两种不同振动安装形式模型，无转接夹具模型如图5所示，添加胶木块和绝缘板等转接夹具模型如图6所示。

图5 无转接夹具模型图 图6 有转接夹具模型

4.1 模态分析

模态分析用于确定结构的振动特性(固有频率和振型)，也是正弦振动分析的起点。通过对连接关系的重新连接和对网格的细致划分，可以分别得到有无转接夹具的阵型及固有频率，固有频率分别如图7及图8所示，分别选取易失效频段振型如图9及图10所示。

图7 无转接夹具固有频率(374Hz)

图8 有转接夹具固有频率(386Hz)

图9 无转接夹具第一阶阵型 图10 有转接夹具第一阶阵型

在模态分析仿真中可以得到，在无转接夹具的振动中，影响主触点分段的阵型频率在374Hz左右，在有转接夹具的振动仿真中，影响主触点分段的频率在386Hz左右，因此有无转接夹具(胶木块和绝缘板)均可能在370Hz～420Hz之间，激发出相应阵型。

4.2 施加试验载荷

根据正弦振动试验指标要求，按照载荷加载方向将仿真载荷分为添加为A、B、C三类如表1所示，其中X、Y、Z方向如图11所示。

表1 载荷加载类型

X方向 Y方向 Z方向

4.3 仿真结果

4.3.1 无转接夹具状态

图12 施加载荷时，触点间响应曲线(X方向为例)

从施加载荷谐响应分析数据可以看出，在激励方向为X、Y、Z方向时，在共振点374Hz附近，主触点间系统响应值分别为26.726N、25.205N、26.329N，均小于主触点之间作用力28N～32N，因此不会发生主触点抖断。

4.3.2 有转接夹具状态

图13 施加载荷时，触点间响应曲线(X方向为例)

从施加载荷谐响应分析数据可以看出，在激励方向为X、Y、Z方向时，在共振点386Hz附近，主触点间系统响应值分别为35.982N、34.468N、36.48N，均大于主触点压力为28N～32N，因此三个方向正弦振动均会发生主触点抖断。

4.4 仿真分析结论

4.4.1 根据模态分析得出该型接触器在有和无转接夹具的条件下，其固有频率分别为374.93Hz、386.91Hz，均在370～420Hz之间。

4.4.2 通过正弦振动频响曲线得知，该型接触器在正弦载荷(10g，10～2000Hz)作用下：

① 没有转接夹具的条件下，其三个方向主触点之间最大作用力均小于主触点之间作用力28N～32N，因此主触点不会发生抖断。

② 在有转接夹具的作用下，三个方向主触点间最大作用力均大于主触点之间总用力28N～32N，因此三个方向均会发生抖断。振动量容易放大，比无转接夹具平均增大了9.56N，约36.6﹪。

5 措施及验证情况

5.1 措施：使用非金属材料制作一体式振动夹具，夹具内部镶嵌M8螺母用于固定产品，避免辅助夹具二次装夹放大振动量级。

图14 改进后产品安装在振动夹具中示意图

5.2 验证：使用一体式振动夹具，装入原失效产品，再次进行振动试验，试验合格。

6 结语

通过研究过程中建立基于有限元方法的接触器力学性能分析模型，分析其耐力学环境能力，建立了接触器电磁性能分析、振动分析、试验验证及测试等一系列方法，为产品设计及生产积累了更多的理论及实践经验。