小家电中突跳式温控器的失效原因分析及改善策略

摘 要：在小家电的使用中，突跳式温控器发生失效会导致电水壶、电饭煲等家电产品控温功能和过热保护功能产生失效。本文首先对突跳式温控器的结构和应用进行阐述，然后利用FMECA分析法对导致其失效的关键元件进行分析，从而得出突跳式温控器的失效机理，最后针对突跳式温控器的失效提出改善策略。

关键词：突跳式温控器、失效、原因分析、改善策略

【分类号】：TD327.3

前 言：温控器是一种开关元件，用以实现对产品或过程进行温度控制，其中突跳式温控器具有结构简单、温度控制精度高等优点，被广泛应用于电茶壶、电饭煲等家电产品中，作为正常工作的控温保护。

一、突跳式温控器的结构和应用

突跳式温控器是一种开关元件，主要用于对产品的使用过程进行温度的控制，在小家电中用于快速电水壶、电饭煲等一些常用的小家电中，它具有着结构简单、感应温度的敏感度较高的特点。突跳式温控器的结构如图1所示。

二、利用FMECA法对温控器进行失效机理分析故障模式影响及危害性分析

FMECA分析法是通过对产品的全部可能出现故障的模式和可能产生的影响，对每一个影响产生的严重程度和出现概率进行分类的归纳分析法。以KSD301型突跳式温控器举例，在FMECA分析中可以看到，此温控器的突跳温度和恢复温度分别为215℃和195℃，额定电压和额定电流分别为220V、15A，通过分析可以建立如图2的矩阵，从而可以得出温控器的失效机理主要可以归纳为三点，即触点粘结失效、簧片发生断裂和出现温度漂移失效，因此，我们可以知道，触头、簧片和热金属片是突跳式温控器的三个关键元件，那么，对突跳式温控器进行失效机理分析，对三个关键件进行失效机理分析就可以。

三、突跳式温控器的失效机理分析

1、触头的失效机理分析

2、簧片的失效机理分析

KSD301温控器簧片材料为Qbe2.0，结构如图4所示。在实际应用中，簧片失效一共有3种情况：1）簧片弯曲段断裂，占簧片失效总数的90%；2）簧片推杆作用点处（凸台处）开裂，占簧片失效总数的8%；3）簧片变形过大失效，占簧片失效总数的2%。图4为KSD301型温控器的结构图，在使用中，簧片出现失效一般有三种情况，一是簧片的弯曲段发生了断裂，二是簧片的推杆作用点处发生断裂，三是簧片出现了变形。

簧片的弯曲段发生断裂一般是由于工作时间较长出现疲劳引起的，通过计算得知，簧片所能承受的最大工作应力为679.5MPa，应力图如图5所示，簧片的断裂是由于疲劳强度的不足所引起的；关于簧片的推杆作用点的断裂，我们在图4中可以看到，在推杆作用点处的凸台具有承受陶瓷冲杆的冲击作用，但是发生断裂的原因一般为凸台的圆度不均匀，发生了应力集中，在反复承受应力的过程中不断发生微小断裂，最后完全断裂；簧片出现变形的主要原因为刚度不足，在对簧片进行刚度测试中能够得到体现，在陶瓷冲杆的冲击，以及发热形变的双重作用下，试验后簧片刚度下降。

3、热双金属片发生失效

热双金属片在使用过程中，发生的失效主要有2种情况：

一是由于热双金属片的失效导致温控器零点漂移失效；二是热双金属片开裂所导致的失效。

突跳式温控器的零点漂移失效主要是指热双金属片在不符合要求的温度的条件下，发生了突跳和恢复的动作，从而使得温控器的突跳失准。发生零点漂移现象的原因有以下三点：一是由于热双金属片自身的性能发生了改变，如热膨胀系数和弹性模量的改变；二是由于热双金属片的尺寸参数发生了一定的改变导致，一般来说是由于疲劳强度不足所导致；三是由于热双金属片的内部层间发生分裂，在使用超过额定工作周期后，当层间分离的裂力大于金属片的界面力时，容易产生此类故障，从而导致出现微小裂痕导致零点漂移的出现。

四、突跳式温控器失效的改善策略。

通过以上对突跳式温控器的关键元件的进行失效机理分析，现将避免温控器失效的改善策略提出如下：

1.触头表面的清洁度以及光洁度对触头工作状态影响很大。当触头表面粗糙或触头上有多余物时，很容易引起拉弧现象，降低触头寿命。因此，应改进零件清洗工艺，消除多余物；增加多余物筛选的工艺，以提高温控器的质量和可靠性。

2.提高触头的表面清洁度和光洁度，在日常的工作中应该加强对触头表面的清洗，从而清除氧化物，从而使突跳式温控器的质量和寿命得到提高。

3.在触头的材料选择上选用适合触头工作环境的材料，对于负载较大的工作环境建议采用AgNi15触头材料，对于负载较小的环境，可以采用Ag触头材料。

4.根据簧片的工作机理分析得出，合理设计簧片的结构、选取刚度合适的簧片，以及正确设置推杆作用点的位置，对提高温控器性能显得尤为重要。

5.在进行簧片推杆作用点的设计时，为避免其发生开裂的现象，可以对簧片的圆角进行圆滑设计，从而避免应力的集中。

6.在簧片的弯曲处产生断裂皆因疲劳强度不足所致，故此提高簧片的疲劳强度为避免该情况的解决之道。

7.热双金属片对突跳式温控器的温度控制产生的影响较为明显，因此应该对于热双金属片多次进行热处理，从而使其抗疲劳度加强。

8.热金属片在设计时需要对两个参数进行严格控制，分别为外接圆半径和拱高，合理控制好该两参数有利于降低漂移在热双金属片的发生几率。

五、结束语

本文通过对突跳式温控器的结构和应用进行简述，通过多次测试KSD301突跳型温控器为例，利用FMECA法进行对其失效机制分析分析，从而得出触点、簧片和热双金属片是导致突跳式温控器失效的关键件，通过对三种关键件失效的原因进行分析，最后形成了改善策略。采取有效手段避免突跳式温控器的失效能够延长突跳式温控器器的使用寿命，同时使突跳式温控器的使用安全得到更加深入的保障，具有重要的积极意义。

参考文献：

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