一种基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法，所述方法如下：1)确定造成产品动作特性退化的关键铰链、失效阈值；2)将孔与轴的初始间隙作为初始制造参数；3)建立多体动力学模型；4)计算第一周期内磨损造成的孔与轴间隙增长量；5)将孔与轴间隙增长量与初始间隙加和作为新的制造参数；6)计算本周期内磨损造成的孔与轴间隙增长量；7)将孔与轴间隙增长量与初始间隙加和作为新的制造参数，记录工作周期内断路器的动作特性退化情况；8)结合阈值计算该批次断路器的动作可靠性。本发明专利技术能根据断路器生产过程中所记录的零件制造参数预测产品的动作可靠性，将产品的退化预测与生产过程紧密连接。化预测与生产过程紧密连接。化预测与生产过程紧密连接。

【技术实现步骤摘要】
一种基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法


[0001]本专利技术属于断路器设计
，涉及一种断路器动作可靠性退化预测方法，具体涉及一种基于制造参数的磨损模型的微型断路器动作可靠性预测方法。

技术介绍

[0002]断路器在电路系统中起保护电路的作用，其性能直接关系到电路整体的安全性与稳定性。断路器的动作特性是其重要性能之一，在工作时会因磨损发生退化，使其工作性能和保护电路的能力降低。近年来，随着电力系统及航空航天等相关领域的发展，人们对断路器的动作可靠性提出越来越高的要求，在设计断路器时有必要对其动作可靠性进行预估。受工艺能力的影响，断路器内的零件尺寸及性能存在波动，这种波动称为制造参数。当断路器动作到一定次数后，零件的磨损使制造参数进一步远离设计值，使动作特性受到影响。因此，在预测断路器的动作可靠性时需要考虑制造参数的影响。
[0003]工程中常用的断路器动作可靠性预测方法主要有实验法和数值计算法，其中：实验法根据批量样本的寿命实验结果形成产品的可靠性预测模型，计算精度与样本数量直接相关，消耗大量的实验成本；数值计算法的精度高但计算效率低，在考虑产品的制造参数时需要大量的计算，不适用于批量化产品的可靠性评估。因此，以上两种动作特性退化预测方法不易直接应用于工业生产领域。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法。该方法能够根据少量样品的制造参数，通过多体动力学模型和Archard模型获得由磨损造成的断路器动作特性退化状态。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1)根据断路器的工作原理确定造成产品动作特性退化的关键铰链，并确定动作特性的失效阈值；
[0008]步骤2)在产品的制造过程中记录关键铰链内孔和轴的初始尺寸，将计算得到的孔与轴的初始间隙作为初始制造参数；
[0009]步骤3)根据断路器的工作原理建立考虑制造参数的多体动力学模型；
[0010]步骤4)计算初始制造参数影响下的断路器初始动作特性，并使用Archard模型计算第一周期内磨损造成的孔与轴间隙增长量；
[0011]步骤5)将孔与轴间隙增长量与初始间隙加和作为新的制造参数，替换多体动力学模型中的旧制造参数；
[0012]步骤6)使用多体动力学模型计算新的制造参数影响下的动作特性，使用Archard模型计算本周期内磨损造成的孔与轴间隙增长量；
[0013]步骤7)将孔与轴间隙增长量与初始间隙加和作为新的制造参数，重复进行步骤6
中的计算直到断路器的目标工作周期，记录工作周期内断路器的动作特性退化情况；
[0014]步骤8)在完成批次断路器的退化计算后，统计工作周期时的动作特性情况，结合阈值计算该批次断路器的动作可靠性。
[0015]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
[0016]1、本专利技术提出一种使用断路器内各铰链间隙作为制造参数估算其动作特性退化过程的计算方法，能够在工厂的制造过程中对产品的动作可靠度进行预测；
[0017]2、本专利技术通过多体动力学和Archard模型相结合的技术手段，解决了现有方法耗费实验和计算成本的问题，具有较高的实际应用价值。
[0018]3、本专利技术能够根据断路器生产过程中所记录的零件制造参数预测产品的动作可靠性，将产品的退化预测与生产过程紧密连接。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的计算原理图；
[0020]图2为常见的微型断路器结构图；
[0021]图3为铰链接触形式示意图；
[0022]图4为1#样品中各铰链内孔与轴间的接触力随时间的变化；
[0023]图5为铰链磨损深度随工作周期的变化；
[0024]图6为锁定力矩分布随工作周期的变化；
[0025]图7为锁定可靠性随工作周期的变化。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0027]本专利技术提供了一种基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法，所述方法的具体实施步骤如下：
[0028]步骤1)根据断路器的工作原理确定造成产品动作特性退化的关键铰链，并根据产品的物理样机试验结果确定动作特性的失效阈值。
[0029]步骤2)如图1所示，在产品的制造过程中记录关键铰链内孔和轴的初始尺寸，将计算得到的孔与轴的初始间隙x
n
作为初始制造参数，x
n
＝R
i
‑
r
i
，R
i
为孔半径，r
i
为轴半径。
[0030]步骤3)根据断路器的工作原理建立考虑制造参数的多体动力学模型，具体建立过程如下：当孔与轴的轴心距离小于初始间隙时，认为孔与轴间不发生接触；当孔与轴的轴心距离等于初始间隙时，认为孔与轴间刚刚接触；当孔与轴的轴心距离大于初始间隙时，认为轴心距离
‑
初始间隙为孔与轴间的侵入深度，侵入深度
×
接触刚度即为孔与轴之间的接触力。
[0031]步骤4)如图1和图2所示，计算初始制造参数影响下的断路器初始动作特性，并使用Archard模型计算第一周期内磨损造成的孔与轴间隙增长量，具体步骤如下：
[0032](1)以时间为变量，记录孔与轴之间的接触合力Fi，接触合力在平面坐标系上的投影为Fx和Fy；
[0033](2)通过三角函数根据Fx和Fy获得时间与接触力角度变化的情况；
[0034](3)使用接触合力Fi和孔与轴间的相对线速度vi，根据Archard公式(5)计算时间与间隙增长量(磨损深度dh)变化的情况，最终获得间隙增长量(孔的磨损量)随接触力角度变化的曲线(图5)(孔上的接触位置)。
[0035]在对连杆系统的动作特性进行计算时，需要通过对测量零件样品获得各铰链的初始间隙x
n
，根据铰链的转动角度θ查找对应的孔与轴的间隙x输入到多体动力学模型中，计算v
i
、孔轴间的接触合力F
i
、F
i
在x和y坐标轴上的投影F
x
与F
y
。基于Archard方程使用v
i
、F
i
、F
x
和F
y
计算铰链的转动角度θ
origin
和它对应的磨损深度h
origin
。多体动力学计算可以通过方程(1)表示：
[0036][0037]在方程(1)中，M0为各零件受到的合力矩，ω0为扭簧的压缩角度，F
μi
为各零件间的摩擦力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤1)根据断路器的工作原理确定造成产品动作特性退化的关键铰链，并确定动作特性的失效阈值；步骤2)在产品的制造过程中记录关键铰链内孔和轴的初始尺寸，将计算得到的孔与轴的初始间隙作为初始制造参数；步骤3)根据断路器的工作原理建立考虑制造参数的多体动力学模型；步骤4)计算初始制造参数影响下的断路器初始动作特性，并使用Archard模型计算第一周期内磨损造成的孔与轴间隙增长量；步骤5)将孔与轴间隙增长量与初始间隙加和作为新的制造参数，替换多体动力学模型中的旧制造参数；步骤6)使用多体动力学模型计算新的制造参数影响下的动作特性，使用Archard模型计算本周期内磨损造成的孔与轴间隙增长量；步骤7)将孔与轴间隙增长量与初始间隙加和作为新的制造参数，重复进行步骤6中的计算直到断路器的目标工作周期，记录工作周期内断路器的动作特性退化情况；步骤8)在完成批次断路器的退化计算后，统计工作周期时的动作特性情况，结合阈值计算该批次断路器的动作可靠性。2.根据权利要求1所述的基于制造参数的微型断路器动作可靠性预测方法，其特征在于所述步骤3)的具体步骤如下：当孔与轴的轴心距离小于初始间隙时，认为孔与轴间不发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：周学，李东晖，金玥，翟国富，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：