Автореферат (1095051), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Коэффициенты P  и mопределяются итерационным способом. На первой итерации значенияуказанных коэффициентов принимаются равными нулю.В момент прямого срабатывания силы F2 и F1 равны нулю, аперемещение т.С y( x2 ) равно зазору между недеформированным упругимэлементом и верхним контактом 2 . Из канонических уравнений методасил определяются сила F3 , равная усилию прямого срабатывания, иперемещение y 4 .Усилиеобратногосрабатыванияопределяетсяаналогичным образом.Для подтверждения адекватности предложенной методики расчетаF3прбыли проведены расчеты усилия прямого срабатываниямикропереключателя МП9 по трем методикам.

В первой методике дляопределения перемещений используются уравнения линейной теориибалок, во второй – система дифференциальных уравнений плоскогостержня малой кривизны, в третьей – математическая модель,предложенная в диссертации. Результаты расчетов представлены на рис. 6.18Рис. 6. Зависимость усилия прямого срабатывания от зазора 2Дифференциальные уравнения движения упругого элементамикропереключателя учитывают влияние на изгибающий моментпродольной составляющей силы, действующей со стороны распорнойпружины.

Продольная составляющая силы приближенно заменяетсявнешней поперечной силой P  и внешним моментом m , значениякоторых зависят от формы упругой линии балки.Дифференциальное уравнение движения балки при изгибе с учетомдиссипации имеет видm02 yt 22 2 y EJy       q ( x, t ) ,t x 2 x 2 (17)где y(t , x) –функция перемещений поперечных сечений балки; m0 –погонная масса балки; E – модуль упругости Iрода; J – момент инерциипоперечного сечения относительно центральной оси, перпендикулярнойплоскости изгиба;  – линеаризованный параметр диссипации; q( x, t ) –интенсивность распределенной внешней силы.Нагрузка q( x, t ) , действующая на упругий элемент 1, представляетсяв виде сосредоточенных сил (см. рис. 5)q( x, t )  S y   ( x  x4 )  P   ( x  x4 )  m   ( x  x4 )  F1(t )   ( x  x1)  F2 (t )   ( x  x2 )  F3 (t )   ( x  x3 )  m где  ( x  x ) – дельта-функция Дирака; m i2 y2 yt 2t 2  ( x  x2 ) ,(18)  ( x  x2 ) – сила инерциибобышки; m – масса бобышки; S y – вертикальная составляющая силы S .Решениедифференциальногоуравнениядвижения(17)представляется в виде линейной комбинации собственных форм19Ny (t , x)   C j (t )  U j ( x) ,(19)j 1где U j (x) – нормированные по кинетической энергии собственные формысистемы, состоящей из упругого элемента 1 и подвижного контакта 3 (безраспорной пружины); C j (t ) – неизвестные функции, подлежащиеопределению; N – количество собственных форм, учитываемых врешении.Для получения дифференциальных уравнений относительнонеизвестных функций C j (t ) используется процедура Бубнова–Галеркина.

Вкачестве базисных функций используются собственные формы U j (x) .После несложных преобразований получается система дифференциальныхуравнений для определения C j (t )C j (t )  2n  C j (t )   2j  C j (t )  r  ( y(t , x4 )  a)  U j ( x4 ) 3 d k Fk (t )U j ( xk )  P  U j ( x4 )  m  U j ( x4 ) ,k 1собственные частоты; n  0,5 2j –(20)где j  1,..., N ;  j –коэффициентзатухания; a – вертикальное смещение опоры распорной пружиныотносительно недеформированного упругого элемента;rk (l0  l );r–lжесткость распорной пружины; l0 – расстояние между концаминерастянутой распорной пружины; l – расстояние между концамираспорной пружины в деформированном состоянии.Для решения дифференциальных уравнений (20) весь участокинтегрирования по времени разбивается на M равных интервалов. Накаждом шаге интегрирования переменные величины , 4 , 1 , 2 , 3 , ∗ , ∗ ,входящие в правую часть уравнения, считаются постоянными ипринимаются равными средним значениям на шаге.Расчет движения упругого элемента микропереключателя начинаетсяиз положения равновесия, при котором толкатель расположен в верхнемположении и упирается в ограничитель.

Толкателю задается постояннаяскорость, и он движется из верхнего крайнего положения в нижнеекрайнее положение до упора в ограничитель.В расчетных исследованиях принимались следующие значениявеличин: расчетное время tk  5...50 мс , шаг интегрирования t  10 8 c ,скорость толкателя V  10...80 м с , N  50 .На рис.7 представлен график изменения усилия прижатия контактов вмомент коммутации микропереключателя при отсутствии запыленностиконтактов и жесткости распорной пружины 7 Н м м .

Усилие прижатияконтактов в установившемся режиме составляет 0.64Н. Из рисунка видно,что при коммутации происходит дребезг контактов. Припервом20взаимодействии контактная сила резко возрастает. Максимальное значениесилы превышает номинальную силу прижатия более чем в 10 раз. Времяпервого соприкосновения контактов менее 7мкс.Рис. 7. Изменение силы прижатия контактов в процессе коммутацииВ микропереключателях отказы могут возникать из-за уменьшенияконтактного давления, поломки упругого элемента и распорной пружины,нестабильности электрического контакта при попадании частиц пыли наконтактные поверхности и др.Расчетные исследования микропереключателя МП9 показали, чтоувеличение переходного сопротивления из-за запыленности контактов отдо 0.04Ом приводит к увеличению времени затухания0.005Омколебаний силы прижатия контактов при коммутации приблизительно в 6раз.

Уменьшение жесткости распорной пружины с 7 Н мм до 1Н ммувеличивает время переключения в 1,9 раза и приводит к значительномуросту времени первого отрыва при дребезге.Следовательно, предвестником отказов в микропереключателях из-зазапыленности поверхностей является увеличение времени переходногопроцесса силы прижатия контактов при коммутации, а предвестникамиотказов из-за поломки распорной пружины являются увеличение временипереключения и времени первого отрыва контактов при дребезге.В пятой главе излагается методика проведения эксперимента, даноописание экспериментальной установки и приведены результатыэкспериментальных исследований.Целью экспериментальных исследований является проверкаадекватности динамической модели, предложенной в 4 главе. Дляисследованияиспользовалсямалогабаритныйоднополюсныймикропереключатель с одинарным разрывом цепи МП9 и осциллографаDSO Quad v 2.6.Экспериментальными исследованиями проверялась зависимостьвремени переключения t п от времени движения толкателя tТ .

Время tТопределялось от момента начала движения толкателя до моментаразмыкания подвижного контакта 3 и верхнего неподвижного контакта(см. рис.4), время переключения – от момента размыкания указанных21контактов до первого касания контакта 1 и нижнего неподвижногоконтакта.Теоретическая и регрессионная зависимости времени переключенияот времени движения толкателя показаны на рис.8. Сравнение этихзависимостей подтверждает адекватность математической модели.Основные результаты работы1. Поставлена и решена задача исследования контактных систем присбое.2. Разработана методика количественной оценки характеристикпереходной зоны слаботочных электрических контактов при нормальнойработе и сбои на основе комплексной методики определениявзаимодействия загрязненных контактных поверхностей.

Эта методикаможет использоваться в теории электрических контактов и в исследованииконтакташероховатыхповерхностейвмашиностроении,приборостроении, трибонике и т.д.3. Разработана методика определения статических и динамическиххарактеристиксовременныхмикропереключателейсупругимистержневыми элементами в реальных условиях работы. Она позволяетрасчетным путем выявлять предвестники отказов и может бытьиспользована для совершенствования имеющихся и проектированияновых микропереключателей.4. Предложенные модели использованы для выявления предвестниковотказов в современныхмикропереключателях.

Показано, чтопредвестником отказов из-за запыленности поверхностей являетсяувеличение времени затухания силы прижатия контактов при коммутации,а предвестниками отказов из-за поломки распорной пружины являютсяувеличение времени переключения и времени первого отрыва контактовпри дребезге.225. Произведена оценка влияния различных факторов на работуконтактных систем. Установлено, что увеличение радиусов вершинвыступов шероховатых поверхностей до 100 мкм приводит к повышениюпереходного сопротивления, а увеличение радиусов свыше 100 мкм – кнезначительному изменению сопротивления. Показано, что призапыленности контактных поверхностей до 20 частиц на мм2 вероятностьсбоя может достигать 15%.6.

Характеристики

Список файлов диссертации