双稳态晶体罩继电器一致性稳健设计

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2022.10.002

摘要/Abstract

摘要：

双稳态晶体罩继电器具有突出的耐力学环境适应性,但存在调试裕量小、产品分散性大等质量问题,难以满足电子系统可靠性指标不断提升的要求。针对目前继电器可靠性设计理论不完善导致的输出特性抗干扰性差等问题,首先建立了继电器电磁系统和触簧系统的仿真模型,采用田口玄一提出的稳健性设计方法,从设计上对继电器产品参数及其容差进行优化,以提高其可靠性。研究结论应用于某型号电磁继电器的改进,也可应用到其他电器产品的设计中,为电磁继电器的稳健性设计提供必要的研究手段和基础。

关键词: 电磁继电器, 可靠性, 稳健性设计, 仿真分析

Abstract:

The bistable crystal cover relay has outstanding adaptability to the endurance environment,but there are the quality problems such as small debugging margin and large product dispersion,which is difficult to meet the requirements of continuously improving reliability indicators of electronic systems.Aiming at the problems such as poor anti-interference of output characteristics caused by the imperfect reliability design theory of relays at present,the simulation model of relay electromagnetic system and contact spring system is established.The robust design method proposed by Taguchi Genichi is used to optimize the relay product parameters and their tolerances in order to improve their reliability.The research conclusions are applied to the improvement of a certain type of electromagnetic relay,and its related methods can be applied to the design of other electrical products,which can provide the necessary research methods and foundations for the robust design of electromagnetic relays.

Key words: electromagnetic relay, reliability, robust design, simulation analysis

中图分类号:

TM581.3

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图/表 17

图1

图2

图3

图4

表1

图5

图6

表2

表3

图7

表4

表5

尺寸参数容差设计电磁系统磁保持力贡献率分析

来源	自由度f	方差V	纯波动S'	贡献率ρ/%
m	1	0.0163 16	0.0138 93	6.213 91
A_l	1	0.0049 96	0.002 573	1.150 99
$A q △$	1	—	—	—
B_l	1	0.0124 18	0.009 995	4.470 63
$B q △$	1	—	—	—
C_l	1	0.0273 83	0.024 96	11.164 1
$C q △$	1	—	—	—
$D l △$	1	—	—	—
$D q △$	1	—	—	—
E_l	1	0.045 895	0.043 472	19.444 1
E_q	1	0.006 336	0.003 914	1.750 45
F_l	1	0.083 579	0.081 156	36.299 3
$F q △$	1	—	—	—
e	5	0.004 082	0.073 479	32.865 6
$e —$	11	0.002 423	0.043 612	19.506 5
T	18	0.0124 21	0.223 575	100

表5

表6

尺寸参数容差设计电磁系统中位余量贡献率分析

来源	自由度f	方差V	纯波动S'	贡献率ρ/%
m	1	0.074 935	0.074 609	83.015 600
A_l	1	0.001 682	0.001 355	1.507 730
$A q △$	1	—	—	—
B_l	1	0.001 119	0.000 792	0.881 213
B_q	1	0.000 711	0.000 384	0.426 943
C_l	1	0.002 864	0.002 537	2.822 910
$C q △$	1	—	—	—
$D l △$	1	—	—	—
D_q	1	0.000 696	0.000 369	0.410 565
E_l	1	0.003 715	0.003 388	3.769 730
E_q	1	0.000 563	0.000 236	0.262 179
$F l △$	1	—	—	—
F_q	1	0.000 647	0.000 320	0.356 521
e	5	0.000 477	0.008 583	9.550 22
$e —$	9	0.000 327	0.005 884	6.546 66
T	18	0.004 993	0.089 873	100

表6

表7

表8

装配参数容差设计电磁系统磁保持力贡献率分析

来源	自由度f	方差V	纯波动S'	贡献率ρ/%
m	1	0.023 960	0.019 422	3.276 27
A_l	1	0.162 453	0.157 916	26.638 50
A_q	1	0.008 427	0.003 889	0.656 06
B_l	1	0.057 074	0.052 537	8.862 29
$B q △$	1	—	—	—
C_l	1	0.038 119	0.033 581	5.664 67
$C q △$	1	—	—	—
D_l	1	0.079 044	0.074 506	12.568 30
$D q △$	1	—	—	—
E_l	1	0.057 614	0.053 076	8.953 30
E_q	1	0.017 254	0.012 716	2.145 08
F_l	1	0.099 179	0.094 641	15.964 80
F_q	1	1.34E-02	0.008 846	1.492 18
e	5	0.003 666	0.065 983	11.130 50
$e —$	8	0.004 538	0.081 681	13.778 50
T	18	0.032 934	0.592 809	100

表8

表9

装配参数容差设计电磁系统中位余量贡献率分析

来源	自由度f	方差V	纯波动S'	贡献率ρ/%
m	1	0.001 948	0.001 732	0.712 58
A_l	1	0.028 745	0.028 529	11.737 30
$A q △$	1	—	—	—
B_l	1	0.005 000	0.004 785	1.968 44
B_q	1	0.000 751	0.000 535	0.220 02
C_l	1	0.003 974	0.003 758	1.546 20
$C q △$	1	0.001 830	0.001 614	0.663 88
D_l	1	1.90E-01	0.189 902	78.128 80
$D q △$	1	0.000 863	0.000 647	0.2661 36
E_l	1	0.006 609	0.006 393	2.630 11
E_q	1	0.000 692	0.000 476	0.195 76
$F l △$	1	—	—	—
F_q	1	0.001 022	0.000 806	0.331 59
e	5	0.000 254	0.004 572	1.880 87
$e —$	7	0.000 216	0.003 887	1.599 16
T	18	0.013 504	0.243 063	100

表9

表10

参考文献 21

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参数	贡献率/%	参数	贡献率/%
衔铁台阶高度	35.79	永磁体宽度	20.20
衔铁宽度	17.85	永磁体厚度	19.38
永磁体长度	0.70	铁心半径	4.70

试验号	衔铁台阶高/mm	衔铁宽度/mm	永磁体厚度/mm	永磁体宽度/mm	信噪比/dB
1	0.47	2.96	1.68	3.82	19.360 2
2	0.47	3.7	1.80	4.10	14.884 9
3	0.47	4.44	1.92	4.38	17.390 4
4	0.57	2.96	1.92	4.10	16.230 0
5	0.57	3.70	1.68	4.38	18.573 2
6	0.57	4.44	1.80	3.82	16.512 5
7	0.67	2.96	1.80	4.38	20.675 2
8	0.67	3.70	1.92	3.82	17.310 0
9	0.67	4.44	1.68	4.10	20.880 7

水平	A/mm	B/mm	C/mm	D/mm	E/T	F/mm
1	3.662 5	0.55	4.062 5	1.77	0.72	0.008
2	3.700 0	0.57	4.100 0	1.80	0.74	0.009
3	3.737 5	0.59	4.137 5	1.83	0.76	0.010

水平	A/mm	B/mm	C/mm	D/mm	E/T	F/mm
1	-0.065	-0.1	-0.075	-0.1	0.72	0.008
2	0	0	0	0	0.74	0.009
3	0.065	0.1	0.075	0.1	0.76	0.01

参数	衔铁左右位置	轭铁平行度	衔铁前后位置	永磁体安装位置
原方案公差/mm	0.100	0.10	0.075	0.065
改进后公差/mm	0.005	0.02	0.040	0.030
磁保持力一致性提升百分比δ/%	50.18
中位余量一致性提升百分比δ/%	49.68