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突跳式温控器的失效原因分析及改善策略

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突跳式温控器的失效原因分析及改善策略

发布日期:2020-04-28 00:00 来源:http://www.safety-ele.com 点击:

    在小家电的使用中,突跳式温控器发生失效会导致电水壶,电饭煲等家电产品控温功能和过热保护 功能产生失效。本文首先对突跳式温控器的结构和应用进行阐述,然后利用FMECA分析法对导致其失效的关键元件进行分析,从而得出突跳式温控器的失效机 理,最后针对突跳式温控器的失效提出改善策略。

    突跳式温控器是实现对温度控制的电开关元件,具有控制精度高、结构紧凑、体积小等优点,被广泛应用于微波炉、电茶壶等家电产品的控温和过热保护电路中。目前,国外温控器的寿命高达二十几万次,而国产温控器的寿命仅有十万次左右,差距明显。另外国产突跳式温控器还存在不同批次产品寿命差异大等问题,制约了我国温控器国际市场竞争能力的提高。对此,本文以T1/33F常闭型突跳式温控器为研究对象,采用故障模式及危害性分析(FMECA)和故障树分析(FTA),并借助有限元软件对突跳式温控器进行系统的理论分析,找出设计的薄弱环节,提出提高温控器可靠性的措施,为实现提高国产突跳式温控器的工作寿命提供技术支撑。 

    第一章,回顾与评述了国内外可靠性研究的发展历史和现状,可靠性分析技术与手段,以及突跳式温控器的研究现状与存在的问题。

    第二章,分析了突跳式温控器的工作特性、工作要求。依据试验与现场数据,对突跳式温控器进行了FMECA分析,得到了突跳式温控器的全部失效模式,通过危害性矩阵分析,得到了突跳式温控器的主要失效模式(触头粘结失效、簧片断裂、温度漂移失效)、关键元件(热双金属片、簧片、触头)。在此基础上,以FMECA得到的主要失效模式为顶事件,进行了FTA分析,确定了影响突跳式温控器可靠性的主要原因。

    第三章,对热双金属片的结构、工作原理、工作特性进行了分析,确定了突跳温度、突跳幅度与热双金属片的厚度、外边界圆半径、拱高、膨胀系数、弹性模量、泊松比之间的关系。随后借助ANSYS软件,进一步分析了上述参数对突跳温度的影响及哪些参数对突跳温度的影响较大。最后,对热双金属片进行了失效机理分析,得出了由热双金属片导致的温控器温度漂移现象,主要是由于热双金属片疲劳引起的尺寸变化导致的。 

    第四章,对突跳式温控器簧片进行了静力学分析,包括柔度、弯曲应力的计算。其次,借助有限元软件对上述应力计算结果进行进一步分析。然后,根据突跳式温控器工作环境、使用要求和应力分析结果,对簧片进行失效分析,得出了簧片断裂主要是由于簧片受到的应力过大导致的。最后,在不改变温控器结构的情况下,以应力为目标,动静触头接触要求为状态变量,簧片尺寸参数为设计变量,借助有限元软件,对簧片的结构进行优化设计,使簧片应力满足疲劳应力要求。 

    第五章,分析了温控器触头电、热、机械应力,触头相关参数变化对触头工作性能的影响。然后,总结与分析了触头失效的原因,得出了触头失效原因主要包括该断不断失效与该合不合失效。最后,通过T1/33F温控器,分析了触头发生该断不断现象的失效机理,得出了触头发生该断不断失效主要是由于触头燃弧而引起的动熔焊造成的。 

    第六章,对温控器进行了定时截尾寿命试验。根据试验数据,采用了极大似然估计方法,确定了温控器寿命服从正态分布,对寿命分布参数进行了估计,计算了温控器在寿命100000次时的可靠度值;并提出了改进温控器可靠性设计的措施。 最七章,对本文研究成果和不足之处进行了总结,并指出了下一步的研究方向。


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