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突跳式溫控器的失效原因分析及改善策略

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突跳式溫控器的失效原因分析及改善策略

發布日期:2020-04-28 00:00 來源:http://www.resultadostrail.com 點擊:

    在小家電的使用中,突跳式溫控器發生失效會導致電水壺,電飯煲等家電產品控溫功能和過熱保護 功能產生失效。本文首先對突跳式溫控器的結構和應用進行闡述,然後利用FMECA分析法對導致其失效的關鍵元件進行分析,從而得出突跳式溫控器的失效機 理,最後針對突跳式溫控器的失效提出改善策略。

    突跳式溫控器是實現對溫度控製的電開關元件,具有控製精度高、結構緊湊、體積小等優點,被廣泛應用於微波爐、電茶壺等家電產品的控溫和過熱保護電路中。目前,國外溫控器的壽命高達二十幾萬次,而國產溫控器的壽命僅有十萬次左右,差距明顯。另外國產突跳式溫控器還存在不同批次產品壽命差異大等問題,製約了我國溫控器國際市場競爭能力的提高。對此,本文以T1/33F常閉型突跳式溫控器為研究對象,采用故障模式及危害性分析(FMECA)和故障樹分析(FTA),並借助有限元軟件對突跳式溫控器進行係統的理論分析,找出設計的薄弱環節,提出提高溫控器可靠性的措施,為實現提高國產突跳式溫控器的工作壽命提供技術支撐。 

    第一章,回顧與評述了國內外可靠性研究的發展曆史和現狀,可靠性分析技術與手段,以及突跳式溫控器的研究現狀與存在的問題。

    第二章,分析了突跳式溫控器的工作特性、工作要求。依據試驗與現場數據,對突跳式溫控器進行了FMECA分析,得到了突跳式溫控器的全部失效模式,通過危害性矩陣分析,得到了突跳式溫控器的主要失效模式(觸頭粘結失效、簧片斷裂、溫度漂移失效)、關鍵元件(熱雙金屬片、簧片、觸頭)。在此基礎上,以FMECA得到的主要失效模式為頂事件,進行了FTA分析,確定了影響突跳式溫控器可靠性的主要原因。

    第三章,對熱雙金屬片的結構、工作原理、工作特性進行了分析,確定了突跳溫度、突跳幅度與熱雙金屬片的厚度、外邊界圓半徑、拱高、膨脹係數、彈性模量、泊鬆比之間的關係。隨後借助ANSYS軟件,進一步分析了上述參數對突跳溫度的影響及哪些參數對突跳溫度的影響較大。最後,對熱雙金屬片進行了失效機理分析,得出了由熱雙金屬片導致的溫控器溫度漂移現象,主要是由於熱雙金屬片疲勞引起的尺寸變化導致的。 

    第四章,對突跳式溫控器簧片進行了靜力學分析,包括柔度、彎曲應力的計算。其次,借助有限元軟件對上述應力計算結果進行進一步分析。然後,根據突跳式溫控器工作環境、使用要求和應力分析結果,對簧片進行失效分析,得出了簧片斷裂主要是由於簧片受到的應力過大導致的。最後,在不改變溫控器結構的情況下,以應力為目標,動靜觸頭接觸要求為狀態變量,簧片尺寸參數為設計變量,借助有限元軟件,對簧片的結構進行優化設計,使簧片應力滿足疲勞應力要求。 

    第五章,分析了溫控器觸頭電、熱、機械應力,觸頭相關參數變化對觸頭工作性能的影響。然後,總結與分析了觸頭失效的原因,得出了觸頭失效原因主要包括該斷不斷失效與該合不合失效。最後,通過T1/33F溫控器,分析了觸頭發生該斷不斷現象的失效機理,得出了觸頭發生該斷不斷失效主要是由於觸頭燃弧而引起的動熔焊造成的。 

    第六章,對溫控器進行了定時截尾壽命試驗。根據試驗數據,采用了極大似然估計方法,確定了溫控器壽命服從正態分布,對壽命分布參數進行了估計,計算了溫控器在壽命100000次時的可靠度值;並提出了改進溫控器可靠性設計的措施。 最七章,對本文研究成果和不足之處進行了總結,並指出了下一步的研究方向。


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