微机械加速度闭锁开关设计与可靠性研究

发布时间：2020-03-30 18:12

【摘要】：针对现代引信电源系统微型化、一体化、模块化的发展趋势,根据中大口径非旋转弹的特点,提出了一种微机械加速度闭锁开关。该开关带有齿形结构的悬空质量块和齿形固定锚点,通过质量块和锚点在运动过程中相互碰撞实现能量耗散,具有在高幅值窄脉冲加速度下保持断开,低幅值长脉冲加速度下可靠闭锁的功能,能够识别中大口径非旋转弹的正常发射过载和勤务跌落冲击。首先分析了微机械加速度闭锁开关所受的引信环境力,研究了开关的工作原理,得到了开关在不同环境下的响应特性。然后,对开关进行结构设计,由有限元分析结果对开关模型进行简化,分析关键参数对开关性能的影响。接着采用UV-LIGA技术制作了开关样机,利用样机试验和有限元仿真相结合的方法验证了开关识别中大口径非转弹正常发射环境和勤务跌落环境的能力。有限元仿真结果表明,开关在3000g/3ms半正弦加速度作用下可靠闭锁。旋转台离心试验显示,开关的静态闭锁阈值为2379g～2485g。落锤冲击试验和有限元仿真结果均表明,开关在15000g/0.3ms半正弦加速度作用下没有闭锁。仿真和试验结果证明得到的开关满足设计要求。为了增强微机械加速度闭锁开关的实际应用能力,研究了开关的可靠性。对于冲击可靠性,提出了柔性止动结构,利用连续接触力理论建立了止动碰撞模型,通过Simulink对模型进行仿真,研究碰撞动态过程以及止动刚度对碰撞力和碰撞弹跳现象的影响。通过落锤冲击系统对样机进行测试,结果表明,开关累计失效分布函数(CDF)符合韦布尔分布,标度参数(参考加速度)α = 29600、形状参数β=8.2。拟合结果表明,柔性止动结构能够改善开关抗冲击性能。对于温度可靠性,运用Stoney扩展公式研究了微机械加速度闭锁开关的热应力分布,并对开关开展可靠性强化试验。试验结果表明,开关主要失效模式为弹簧塑性变形、活动部件的位错、分层以及开关整体从封装基底上脱落。结合可靠性强化试验和热应力分析结果,从结构设计和制作工艺角度提出了可靠性增强方法。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ430.2

【参考文献】

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本文编号：2607874