首页 > 解决方案 > 电子 > CETOL_断路器稳 CETOL_断路器稳定性研究
1.问题描述
在断路器装配体中,锁扣和跳扣之间的正压力决定了衔铁拨动锁扣所需克服的摩擦力矩的大小,从锁扣受力简图中可以得到脱扣力与锁扣簧的扭矩以及跳扣和锁扣之间的摩擦力矩的关系如下:
 M衔铁 = M摩擦 + T锁扣簧                                           公式1

摩擦力矩的大小取决于跳扣和锁扣之间的正压力f3,因此,对跳扣单独进行受力分析,在机构锁止位置,其绕轴O达到力平衡,得到方程如下:
f3XL7sin =f2XL6                                     公式2
f3=f2XL6/L7sin                                      公式3
得到            M衔铁 = T锁扣簧   +  M摩擦
= T锁扣簧 +
= T锁扣簧 +   公式4

由上述公式可以看出影响脱扣力的因素有很多,尤其是L6尺寸很小,受到公差的影响波动很大,因此,希望通过公差软件,找出影响脱扣力稳定性的关键因素,并能优化公差的设计,提高系统的稳定性。

图1.  跳扣受力简图

2.解决方案
为了计算尺寸L6,在装配中设置了理想零件,计算各个零件的公差对最终L6尺寸的影响。另外由于断路器在工作状态有力的产生,由于受到外力加载,导致各个安装销和孔之间产生了相切,具体安装销和孔之间的相切位置,由Solidworks软件的运动分析模拟得出,CETOL具体定义最终的装配位置,保证分析时各个零件的装配位置与实际装配位置一致。

 图2.  断路器装配图

3.实施步骤
1)设置公差分析目标
为了求解L6尺寸,添加理想零件,设置转轴中心到理想零件中心面之间的垂直距离,具体要求设置如下图所示:

图3.  L6尺寸公差设置界面

2)设置装配约束关系
在装配过程中,把下盖作为装配基准件,安装上盖与下盖之间的装配约束关系,主要有一个平面约束和2个销孔约束。

 图4.上盖和与下盖之间的平面约束                图5.上盖与下盖之间的销孔约束

              
图6. 上盖与下盖之间的销孔约束
定义手柄销1和下盖孔之间的约束关系。

图7.  手柄销1与下盖孔之间的同心约束
定义支架与手柄销1之间的装配约束关系,如下图所示:

 图8.  手柄销与支架孔之间的约束
定义手柄销2也上盖、下盖和支架之间的装配约束关系。具体定义 如下:

图9. 手柄销2与下盖之间的相切约束


 图10. 手柄销2与上盖之间的相切约束


图11. 手柄销2与支架上孔之间的中心对齐约束



图12. 手柄销2与支架下孔之间的中心对齐约束
母线板与下、下盖之间产生装配约束关系,具体位置如下图所示:

 图13. 母线板的装配约束关系

销1的装配约束由销孔约束和点面约束定位。具体位置如下图:

图14. 销的装配约束
杠杆件的装配约束关系如下:

图15. 杠杆件的装配约束关系
跳扣件的装配约束关系由销孔相切约束和锁扣件相切约束组成。具体约束如下:

图16. 跳扣的装配约束关系
理想件的装配约束关系,具体如下:

 17. 理想件的装配约束关系
由于装配零件部共有17个,不能一一描述,在此只阐述了部分零件的装配约束关系。
具体约束可以查看装配约束工作树:

图18.   装配约束工作树
3)设置零件尺寸和公差
下盖零件高度9.45的尺寸公差为±0.05:

图19. 高度尺寸公差设置界面



图20.  腰形孔与基准C之间的公差设置界面

关于上盖件具体的尺寸要求,由于篇幅的原因不以再详述,具体设置可以参考上盖件的参考图纸:

图21. 上盖零件的参考图纸

跳扣孔到基准X的垂直距离为9mm, 公差为±0.04,具体设置如下:

图21.  安装孔到基准的尺寸公差设置


图22.  跳扣的部分公差设计要求

杠杆到基准A的同轴度公差为Φ0.06,具体设置位置如下图:

图23. 同轴度公差设置界面

由于零件多,在此不现详述具体零件的公差设置。

4.结果分析
根据装配自由度的计算结果,启动分析求解界面,选择求解尺寸,求解选项采用默认设置。

图29.  分析求解界面

根据本产品的实际装配关系和零件的图纸尺寸和公差,得到分析后的L6尺寸分析结果如下:
从下图中可以得出,分析目标尺寸为L6的统计平均尺寸为0.48592mm.

图30.  L6分析尺寸结果
5.总结
为了得到封闭环L6的理想尺寸区间0.15-0.25mm的尺寸要求。可以参考CETOL结果得到的敏感度尺寸,调整相关零件的设计尺寸驱动相关驱动封闭环尺寸到0.15-0.25mm之间,下图给出了部分零件尺寸的敏感度尺寸排序,从下图中可以得出挑扣、连接板、锁扣、安装销2和手柄是主要敏感度零件。在CETOL修改任何存在敏感度的设计尺寸,都可以驱动封闭环尺寸L6到理想尺寸区间。为了考虑达到最少的修改成本,就能达最少的修改成本,考虑优先修改连接板的设计尺寸。建议修改方案如下:
  方案(一)
下图给出了各个尺寸的敏感度排序,其中连接板link housing 的敏感度如下图所示:
    我们试图修改尺寸2.8

图31:部分敏感度尺寸排序
修改尺寸2.8到2.5 ,得到L6的尺寸从0.48592mm到0.20437mm,具体修改过程如下图所示:


图33.  修改过程

 图34. 连接板孔到边的安全距离
新的孔到边缘的最近距离为1.74-1=0.74mm, 由于材料是0.7mm的冷轧黄铜板,孔到边缘的距离大于1倍材料厚度,因此该修改方案是可以接受。