航天继电器触簧系统接触弹跳及其影响因素研究

论文摘要

航天继电器是在国防武器装备系统和宇航系统中起控制、信息传递及切换作用的主要电子元器件之一,广泛应用于国防军事工程、通讯及工业自动化等领域。其长期工作的可靠性将直接影响整个国防武器装备系统和宇航系统的可靠性。继电器的触头弹跳对于开关电器来说是无法避免的,它通常是引起电气磨损和材料侵蚀的主要原因,将降低继电器工作可靠性,影响其工作寿命。研究继电器的触头弹跳机理和性质对提高其寿命具有十分重要的意义。本文结合国内外研究的现状,分别从理论建模、仿真分析和实验研究三个方面对航天继电器的触簧系统的接触弹跳及其影响因素进行比较深入的研究。首先基于Euler梁理论,分别建立了簧片系统的连续系统模型和离散系统模型。并且通过证明,差分离散模型的柔度系数在差分点无限增多且差分步长一致趋于零时,以其相应的格林函数为极限,两种模型可统一起来,在其固有频率和模态上有相似的定性性质。并以此建立了触簧系统的固有频率和模态的求解程序。针对航天继电器的两种簧片系统结构:推杆驱动式和直接驱动式,通过模态分析和数值计算,分别建立了考虑弹跳的动态分析模型。其次基于多体动力学理论,利用ADAMS对航天继电器的接触系统进行柔性体动力学仿真分析。考虑其簧片系统结构,以推杆驱动式为例,通过正交实验研究簧片的长度、宽度、厚度、触头规格、推动杆位置、驱动力大小和簧片材料等影响因素对动触头最大动能、最大弹跳位移、最大动态接触力、总弹跳时间和最大冲击速度等特征参数的影响程度,并对显著性因素进行了敏感性分析。然后基于激光三角原理和CCD光电传感器,设计了两套实验装置来模拟实际的继电器闭合过程,对影响接触弹跳的各种因素通过三个实验进行研究分析:利用继电器驱动模拟装置来研究簧片长度和触头初始间隙对触头弹跳的影响;在不考虑负载的条件下,对直接驱动型簧片系统的簧片形状尺寸进行正交实验以综合评价触头弹跳的各种因素的影响程度;利用弹簧驱动模拟装置,分别考虑驱动力和负载的影响,研究在不同负载条件下各种特征参数对触头弹跳的动态特性的影响。最后,本文针对某型航天继电器的触头弹跳模型进行校验,利用ANSYS建立其电磁系统模型结合ADAMS建立的接触系统模型进行触头弹跳的动力学仿真,并与理论计算结果和实验结果进行比较,以验证模型的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究目的和背景
• 1.2 电接触弹跳现象研究问题的提出
• 1.3 电接触弹跳实验研究概况
• 1.4 电接触弹跳仿真与理论计算研究概况
• 1.5 本文的主要工作
• 2 基于欧拉梁理论的触头弹跳模型研究
• 2.1 航天继电器簧片系统原理结构
• 2.2 触簧系统数学模型
• 2.3 计算结果与分析
• 2.4 本章小结
• 3 基于多体动力学的触头弹跳多因素分析
• 3.1 多体动力学基本理论及ADAMS软件介绍
• 3.2 航天继电器接触系统仿真模型
• 3.3 仿真结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于激光三角原理的触头弹跳实验研究
• 4.1 非接触测量和激光三角原理简介
• 4.2 实验方案设计
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 航天继电器触头弹跳模型校验研究
• 5.1 理论仿真研究
• 5.2 实验研究
• 5.3 结果对比和模型校验
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结和展望
• 6.1 论文研究内容
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录