| 微電機例行試驗中的典型故障分析
張耀安
(蘇州電訊電機有限公司，江蘇蘇州215002)
摘要：文章針對微電機試驗的主要項目——微電機例行試驗(型式試驗)中出現的典型故障原因從理論上
進行了探討和研究，提出了分析故障原因的實踐技巧和可靠正確的排故方法。
關鍵詞：微電機例行試驗；典型故障分析；理論與實踐
O引言
微電機例行試驗是微電機試驗中重要的項目之一，也是從事微電機生產企業的一項習常的、一定要做的、必不可少的試驗，它是基于微電機檢查試驗基礎上進行的一項試驗。這項試驗的重要意義在于人們在設計制造和使用中首先必須盡可能精確而又完整地了解它的基本參數和特性，也就是說需要通過一定的試驗手段測試微電機的各項電氣和機械參數及其相互關系；確定它們可以正常可靠運行而不致故障工作的條件。然后，對于所測得的數據和曲線，借助于計算機進行適當的運算整理和分析，其結果用以檢驗設計、評定產品質量和合理使用的依據。然而由于微電機種類、品種、規格繁多，力能和性能特殊，所以它們的試驗較為復雜，內容相當廣泛，對于一旦在試驗中特別是在例行試驗中出現的故障難以分析，不易下手往往花不少時間，且尋找原因不準，影響質量、影響進度、延誤商機。為此本文針對微電機試驗中的重要項目——微電機例行試驗中出現的典型故障進行深入分析，尤其在尋找故障的確切原因，排放的有效方法步驟進行了探索和研究。
1微電機例行試驗中的典型故障分析
1 1微電機例行試驗
微電機試驗是通過一定的測試手段，測定微電機的各項電氣和機械參數，以及它們之間相互關系確定它們可以正常運行而不致故障的工作條件。微電機的成品試驗可分為下列三類試驗即檢查試驗、例行試驗(型式試驗)和驗收試驗。
微電機檢查試驗是在微電機成批生產中對于每臺微電機產品的主要技術指標(如力能指標、精度等級)安全(可靠)、使用性能(如冷態絕緣電阻、電氣絕緣強度)等技術條件規定的項目，逐臺、行試驗。它的目的是剔除在正常生產情況下由于個別的偶然因素所導致的不合格品，監督成批生產中產品質量的穩定性，提供工廠內部質量反饋信息并作為用戶正常的驗收依據。
微電機驗收試驗是在用戶接收產品時按國標或產品技術條件規定在每批由工廠提交的產品中抽取一定比例的產品，接檢查試驗項目進行復試，確定該批產品是否合格。
微電機例行試驗是在微電機產品通過檢查試驗合格的入庫產品中按文件規定數量提取后，按產品有關技術規定，試驗方法和全部試驗項目對微電機所有的技術指標及性能進行全面考核的試驗．
微電機產品例行試驗的目的主要是：
(1)在微電機產品試制時，通過例行試驗對產品的設計、工藝方法等是否正確，產品性能能否達到設計要求等進行全面考核，提供產品可否定型生產的技術等依據。
(2)對已定型的微電機產品定期進行例行試驗，以考核制造工藝的穩定性。
(3)當批量生產的微電機產品在檢查試驗中發現電機質量出現明顯波動，或某些技術指標出現偏差時，針對該批產品進行例行試驗，查找原因并確定該批產品是否合格出廠。
(4)定型產品在生產過程中，若因設計、結構、工藝材料等更改，并足以引起電機性能參數變化時，進行相應的例行試驗，以驗證更改效果，確定更改是否可行。
然而鑒于微電機例行試驗的重要性和特殊性，例行試驗必須通過國家驗收合格的例行試驗室、試驗站、試驗中心承擔試驗。其試驗的依據主要參照****版本的微電機國家標準或已采用國際標準及產品專用技術條件進行，并且編制可操作性的產品例行試驗作業指導書(指導手冊)、試驗工藝規程。
由于例行試驗也是產品使用的模擬試驗，因此要求產品必須裝接在規定的、在定檢期內并處于合格狀態的，正常運行的綜合試驗設備、儀器、儀表或實際裝備模擬產品在規定使用(環境)狀態下和在壽命期內工作的模擬試驗。
總而言之，微電機產品的例行試驗是全面考核產品性能、可靠性、穩定性和壽命的一種重要手段，是企業在驗收產品工作中的個重要組成部分，同時它將成為科研單位生產企業不斷總結經驗、開發新品、改進設計、采用新工藝、新材料、延長產品壽命提供可貴的數據資料。
因此，作為研究所、企業技術質量監督部門必須認真抓緊微電機例行試驗產品的試驗計劃、實施、結論三個環節，切實搞好這項試驗具有現實意義。
減然，對于微電機在例行試驗中出現(異常)故障應更要百倍重視即使出現微小的質量問題科技人員也應如獲至寶、認真分析、舉一反三，若出現重大故障必須遵循三不放過的原則(即故障產生的原因、故障產生的責任、故障出現后的排故措施)組織專題攻關小組，分析尋找原因驗證故障產品產生的真正原因。作為控制、穩定不斷改進提高產品質量的突破口。
1 2微電機在例行試驗中故障理論分析探討
在微電機例行試驗中若出現微電機產品喪失規定功能的狀態稱為微電機產品的故障或失效。
例行試驗中的微電機產品故障可分為早期故障，偶然故障和耗損故障。
早期故障的特點是故障率非常高，但隨著產品的工作時間增加電機失效率迅速降低。這階段產品的失效原岡大多數是由于設計原材料和制造過程中的缺陷造成。
偶然故障產品的失效常常是由于多種因素造成的，每一種都不太嚴重因此故障純屬偶然。
損耗故障是由于微電機產品材料老化或機件磨損而引申到可靠領域來的。損耗故障的特點是故障率隨微電機工作時間延長而急速增加。
然而對于微電機產品的故障分析(對于不可修復的產品則稱為失效分析)正是研究各類產品發生故障的物理機制的技術，它包括研究考驗產品或暴露產品不可靠因素的試驗方法；研究各類故障的分析技術探尋故障發生的原因，發展過程以及防止或改進方法與措施。
由于微電機產品多由電路、磁路及機械運動機構等三部分組成，屬多環節系統。它與電子元器件、或者其失效模式主要取決于電子元器件的產品相比，失效機理更為復雜。且機械故障的因素突出，往往成為尋找難度大，分析探索更為復雜的產品故障主要原因。
然而微電機例行試驗中出現的故障更是如此，因此在分析中必須做到：
當微電機(電動機構)在例行試驗中一旦發生故障時試驗工作人員首先立即終止試驗，保持故障現場并隨即將信息反饋到有關技術部門。由主管產品工程師召集有關人員參加的產品技術質量故障分析會議，請注意；產品技術質量故障分析會議一般在現場召開。判斷故障的一般步驟；首先是明確產品在例行試驗中發生故障的現象。其次是根據產品在例行試驗中發生故障的現象來分析導致產品故障產生的可能原因。然后尋找故障的部位，這里需要特別注意的問題在查找產品發生故障部位時、若需要分解產品的那么在為分解產品之前是否需要將產品或產品部件重做試驗獲取有關數據。總之必須在需要測試產品有關數據完畢后再分解產品，記下所需要的原始記錄。最后確定采取排除故障方法。在找到產品例行試驗中產生故障原因后，必須通過反復驗證其排故方案。
1 21明確故障現象
所謂明確故障現象就是弄清楚產品出現故障的現象與產品正常工作有哪些區別，以便作為尋找分析故障原因的向導，判斷產品故障原因的依據。搞清故障現象的途徑不外是直接了解和間接了解，這兩個方面。直接了解就是由技術人員親自去感覺故障現象，充分利用人的感覺器官，直接去看、摸、聽、嗅掌握故障的各種特特征。為此在可能而又必要的條件下讓其重現故障，以便進一步觀察故障的實際情況。間接了解就是需要技術人員仔細聽取試驗人員對故障現象的反映，為了搞清必須做到了解全面和確實，離開了全面和確實就難免產生錯覺，于是只能在分析判斷故障過程中多走彎路，達不到迅速正確地排除故障的目的。
眾所周知一個故障的出現往往有多方面外部特征，復雜故障尤其如此。因此在搞清楚產品例行試驗中、產生故障實質過程中、為了達到全面正確的反映故障必須注意以下幾點。
(1)觀察例行試驗產品出現故障現象時應盡可能在原來的條件下進行，否則觀察所得的現象將很難與原有真實情況相符合、造成錯覺，為此在模擬重現故障時就應該模擬與實際情況符合的條件，同時還應注意保護故障現場，不要盲目地亂拆亂動被測試的故障產品狀態和線路，以免故障跡象在無意中破壞消除或改變了原樣，造成下一步分析中更大困難，特別是在緊急情況下尤其需要冷靜重視。
(2)觀察例行試驗產品出現故障現象時應擴大觀察面以便把產品故障在各個方面的現象都掌握完全。眾所周知每一事物的運動都和它周圍其他事物互相聯系著，相互影響著，因此同一故障可能通過在不同的零件上表現出來，所以特別注意在觀察故障現象時，不要局限于一點，不要把眼光限制在產品的某個方面，應盡可能考慮到有關方面。
(3)觀察例行試驗產品出現故障現象時應注意聽取試驗人員反映十分重要。因為有些現象在試驗過程中偶然顯示一兩次，有些現象甚至不可能重視，這時試驗人員的反映成為分析判斷故障的主要依據，因此工程技術人員在向試驗人員詢問了解時，必須力求細致，凡是與那些出現故障有關的一切線索哪怕是十分細微的，都不要輕易放過，同時要考慮到故障發生前后的工作情況，試驗員操作等。當然有時也有個別試驗人員在操作中觀察不夠確實，因此工程技術人員在分析故障時不能作為分析故障的****材料，應該反復推敲反復論證，否則也會造成錯覺也會誤導，因此要對此加以鑒別，是否真有道理、是否符合客觀科學規律和邏輯順序而加以取棄。
1 2 2分析故障原因
分析例行試驗產品故障原因的過程就是將已經了解到的產品產生的故障現象，經過綜合羅列、周密分析思考，作為用以判斷故障原因的一個不可逾越的過程，分析的結果這是進一步查找故障的理論依據。分析故障原因的結果正確與否直接影響到排除故障產品的正確性，因此分析原因力求正確。在分析例行試驗產品故障原因時一般尚應注意以下幾點：
(1)多考慮例行試驗產品結構上的薄弱環節，它們往往由于工作頻繁、工作負擔較重、工作條件惡劣最易引起故障。
(2)聯系外界條件變化時對例行試驗產品的影響，聯系例行試驗產品發生故障前后各方面情況來考慮。如例行試驗產品運行時間的長短，例行試驗產品是否在裝配中發生過什么故障和缺陷。雖然曾發生過的問題都經過處理排除但也有可能沒有****解決，以致故障因素有遺留和潛伏的情況。
(3)由于操作者人為造成例行試驗產品的故障。如操作者人為造成拆斷導線、錯接電源未按試驗順序進行，違反操作規程等。
1 2 3查找故障部位
在例行試驗產品中根據故障原因，進一步查找故障的部位確定在電機部分還是在機構部分，尋找產品故障部位時應根據分析所得結論為指導，結合具體情況擬定合理的查找程序和方法。在分解故障產品和某部件時必須完成所有的需要測試的數據。在分解中注意觀察每一個環節，并把觀察所得的情況做好詳細記錄。
在擬定查找故障部位的工作程序時一般應注意：
(1)盾先檢查例行試驗故障產品出現故障可能性****又便于檢查部位。
(2)優先檢查產品關鍵性部位(所謂關鍵性部位就是通過對它的檢查可以大大縮小產品故障部位的范圍)。為了更快判定例行試驗產品故障部位也可采用F列簡易方法方法：更換法即更換例行試驗產品某個部件或零件，采用比較法，即也可以采用不同批次的例行試驗合格部件或產品比較。
1．2 4排除故障的方法
驗證微電機例行試驗故障產品，通過排放后的可靠效果。例行試驗故障產品在故障部位確定后則可進行故障排除。首先由主管例行試驗產品工程師(技術員)下達產品返修作業指導書或返修通知單，操作者根據返修通知單的要求逐一進行返修調試，返修完畢后都應通電試驗并按產品技術要求規定對返修產品進行數據檢查以最后驗證判斷這一排故對策的正確性。若認為上述試驗不足以驗證故障正確時可以繼續做分析試驗，以便進一步考核判斷排除故障措施的正確性、可靠性。
驗證排除例行試驗產品故障的可靠性：
(1)對本批故障產品(例行試驗不合格批的產品)全部分解返修、重新裝配、重做檢查試驗。
(2)從檢查試驗合格的本批產品中在抽加倍數量作為例行試驗產品的臺數，是否合格以進一步確定驗證排放例行試驗產品的可靠性。
1 3微電機產品試驗中典型故障分析實例
(1)實例1：關于8#微電機，產品在例行試驗中出現轉速下降的故障。
其故障現象：正在進行例行試驗中的8#微電機產品在進人耐潮之前試驗員發現該產品絕緣電阻低，然后當產品進人壽命第四十八個循環時轉速出現急劇下降。經分析耐潮之前產品絕緣電阻低，對于直流電機而言可能性****的一般常為碳粉積聚使產品絕緣電阻降低。而絕緣電阻低容易導致短路，耐壓擊穿等事故，并引起換向器換向困難，火花增大，火花大促使碳刷磨損加快，形成惡性循環，特別是換向器周圍小環境變得更加惡化，碳粉、油氣在熱的作用下形成油污。由于火花大發熱，導致碳刷與刷盒架配合間隙減小，再加上間隙中油污阻礙了刷盒中碳刷正常工作，且逐漸失去碳刷的工作能力，最后導致1#負電刷不工作，于是電機轉速出現急劇下降。很顯然該產品在例行試驗中轉速出現急劇下降的故障從產生到形成到暴露有一個過程，當產品進入壽命第48個循環時1#負電刷不工作導致產品轉速才出現急劇下降是符合邏輯的。通過排故進一步確認碳刷的質量，檢查碳刷與刷盒(內孔的尺寸光潔度)配合尺寸(間隙)調整了彈簧壓力并注意到刷盒架的安裝位置(電刷的幾何中心線位置)。通過上述反復驗證排故的方法是可行的。
(2)實例2：關于2#微電機產品在例行試驗中作絕緣介電強度試驗時耐壓擊穿的故障分析。
正在進行例行試驗中的2#微電機產品在作絕緣介電強度試驗時出現耐壓擊穿。經分析認為：微電機產品耐壓按理在一般情況下產品通過檢查試驗********作絕緣介電強度試驗合格入庫的產品，然而在例行試驗中進行耐壓試驗時卻發生耐壓三擊穿現象。檢查設備、操作均無問題，那么究竟什么原因導致定干線圈與機殼之間耐壓擊穿。
分解產：品，觀察未發規定子線圈與機殼相碰而擊穿的痕跡，然而在進一步仔細觀察過程中發現：銀白色的鋁金屬絲橫跨在定子線圈和機殼上(搭橋現象)，原來就是因為這根鋁絲造成定子線圈與機殼直接短路，從而導致耐壓擊穿，消除金屬鋁絲重新裝配后耐壓擊穿現象消失。經分析金屬鋁絲的來源是由于操作者在裝配電機過程中操作不當，將電機端蓋內止口與定予機殼的外止口位置錯位，導致兩配合止口因偏移而相切造成鋁絲掉入電機內腔，在產品搬運移動過程中金屬鋁絲的位置隨之改變，由于鋁絲的可移性，當金屬鋁絲恰巧橫跨在定子線圈與定于機殼把接時，就會出現耐壓擊穿的故障。
(3)實例3：關于3#微電機產品(機構)在例行試驗中出現信號燈(亮區)擴大的故障分析。
正在進行例行試驗中的3#微電機產品信號燈閃亮的時間超過規定時間導致該產品例行試驗失敗。在3#微電機產品試驗-除了發現信號燈亮區大外，信號燈有時亮時滅的現象。通過分析認為：產品的信號燈亮區時間的延長說明信號燈的通電時間延長，而造成信號燈時亮時滅的現象說明電路某部分接觸不良，這里只有處于動態的彈簧組件觸點在通過道軌時存在著接觸不良的可能。隨即在分解產品中發現導電體彈簧組件觸點與道軌均有不同程度的磨損。其觸點由點接觸變成了面接觸，而且觸點走向(運行方向)工作面呈橢圓形，觸點與道軌工作位置周圍堆積有金屬與非金屬混合物，彈簧組件觸點與道軌裝配位置出現角度偏差。產品圖紙規定90o實際小于90o也就是說觸點垂直工作位置與道軌的平面夾小于90o，彈簧組件觸點的彈簧片厚度超厚即偏上下限(原材料厚度在上公差與彈簧涂層形成積累誤差致使彈簧厚度超厚)。顯然這是由于操作者在調節彈簧壓力時為了保證彈簧壓力而增加了調整墊圈的數量從而改變了彈簧觸點組件與道軌的角度位置。
由于彈簧觸點組件中的彈簧厚度超厚不僅使得彈簧觸點初始壓力大而且也使它的回彈能力變壞，致使彈簧觸點工作時觸點與道軌易磨損。由上分析可知，產品亮區的擴大是由于彈簧觸點的磨損，原為圓柱形球面點接觸，正常磨損后變成面接觸，但由于彈簧觸點與道軌工作方向上的夾角小于90o，所以磨損后的觸點成橢圓形，從而增加了觸點工作方向上的行程長度。另外磨損觸點周圍有毛刺變相增大r觸點運動方向上的直徑。加上彈簧觸點與道軌周圍有金屬屑與非金屬混合物，不但導致信號燈的通電時間延長，工作亮區的擴大、同時由于磨損后的彈簧觸點樂力的減小、觸點周圍有毛刺、觸點與道軌周圍的金屬與非金屬堆積物(導電性能較差)。以上因素均導致彈簧觸點通電時接觸不良而出現信號燈時亮時滅的現象。然而采用合格的彈簧片，正確的彈簧組件觸點裝配位置，產品在例行試驗中信號燈亮區擴大的故障排除了。
3結語
本文除簡要介紹微電機試驗外重點研究和探索微電機例行試驗中發生的故障分析及排除故障的方法。在實踐中如何提高對微電機例行試驗中故障分析判斷能力提出了一套科學的分析思路和捷徑的判斷程序。
相信對于從事(主管)微電機試驗特別是微電機例行試驗的工程技術人員，在分析故障原因及時采取有效措施，具有一定的參考價值。
然而由于微電機型號品種繁多，在型式試驗中產生故障具有多重性、原因復雜、涉及面廣它們之間既有共性又有個性，另外由于環境設備、操作等動、靜態附加因素的偏差所帶來諸多因素的影響。對其出現的故障變得更為復雜，原因分析更為困難。有些故障即使遵循捷徑的故障分析方法，還不能真正能找到故障產生的單一的確切原因，還需反復多次試驗來驗證導致故障的產生確切原因。
因此在進行微電機試驗的工作實踐中，對故障進行深入物性的、機制的研究以尋找解決辦法而不斷探索不斷總結，從中歸納出一套科學的、規范化與行之有效的分析故障方法，仍然是擺在我們從事微電機試驗特別是微電機例行試驗科技人員面前一項緊迫不可忽略而又中分重要的探索課題。
參考文獻
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[2]電工手冊,上海科學技術出版社，1985，1
[3]微電機原理及工藝北京：電子工業出版社出版，1984，11
[4]劉博偉,產品可靠綜述,微電機，2005(6)
作者簡介：張耀安，男，****工程師，豐要從事微電機設計與制造技術研究。 |
