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随着锂离子蓄电池组在卫星、空间站等航天器中的应用发展,旁路开关作为一种新型开关元器件受到了广泛的应用。轴向斜圈弹簧是旁路开关最重要的零部件。因旁路开关接触部分串联于航天器的主干路中,若斜圈弹簧在航天器运行过程中接触不可靠,将形成旁路开关的单点故障,会造成整个航天器断电,导致航天器无法正常运行。因此,研究轴向斜圈弹簧的性能,进而保障旁路开关工作的可靠性具有十分重要的意义。本文以1KP100-1功率型旁路开关中的轴向斜圈弹簧为研究对象,从理论、仿真和实验等方面对轴向斜圈弹簧的静力学特性和插拔力特性进行研究,优化了轴向斜圈弹簧的斜槽宽度等关键参数,并对旁路开关的接触部分进行温升有限元热分析仿真和实验测试,验证了优化弹簧斜槽宽度等关键参数后的轴向斜圈弹簧对旁路开关工作可靠性的提升是可行和有效的。为后续旁路开关中轴向斜圈弹簧的设计与研发提供了参考依据。本文的主要研究内容和工作如下:(1)轴向斜圈弹簧数学模型的建模。在直线型普通正圈弹簧数学模型的基础上,先推导出直线型斜圈弹簧和环形普通正圈弹簧的空间曲线方程,再在此基础上推导出轴向斜圈弹簧的空间曲线方程。(2)轴向斜圈弹簧静力学特性的分析。讨论1KP100-1功率型旁路开关的轴向斜圈弹簧的应力分布。在所建立的轴向斜圈弹簧数学模型的基础上,利用工业建模软件UG和有限元仿真软件Ansys Workbench建立轴向斜圈弹簧的实体模型和有限元模型,模拟轴向斜圈弹簧的形变过程,得到轴向斜圈弹簧的单圈弹簧前半圈和后半圈的应力分布云图以及轴向斜圈弹簧的位移载荷与作用力的非线性仿真关系曲线,并与环形普通正圈弹簧的位移载荷与作用力的关系曲线进行对比分析,得出具有稳定的静力学特性的轴向斜圈弹簧有利于旁路开关安全可靠工作的结论。(3)轴向斜圈弹簧插拔力特性的研究。根据1KP100-1功率型旁路开关接触部分的动作特点,建立并简化所研究的轴向斜圈弹簧插拔力时的有限元仿真模型,利用Ansys Workbench模拟引出端子与轴向斜圈弹簧的接触过程,得到轴向斜圈弹簧的插拔力、接触正压力、等效应力云图、最大应力、位移载荷随时间的变化关系以及插拔力和接触正压力随位移载荷的变化关系,并探究不同轴向斜圈弹簧的斜槽宽度对弹簧插拔力的影响,再进行轴向斜圈弹簧的插拔实验。最后结合有限元仿真和实验结果,得出优化了轴向斜圈弹簧的斜槽宽度参数,可以加强弹簧斜槽和轴向斜圈弹簧的配合度,增加轴向斜圈弹簧的接触可靠性,提高旁路开关的安全可靠性的结论。(4)旁路开关接触部分的温升测试。以旁路开关接触部分的热分析理论为基础,利用有限元热分析仿真软件对优化斜槽宽度后的1KP100-1功率型旁路开关接触部分进行稳态温升仿真,通过有限元热分析仿真得到1KP100-1功率型旁路开关接触部分的温升结果及各零部件的温度分布云图。再通过旁路开关接触部分的温升实验,获得1KP 100-1功率型旁路开关接触部分的温升曲线。结合温升仿真结果和实验结果分析、得出优化后的1KP100-1功率型旁路开关接触部分的温升符合规定的温升技术要求的结论。