首先取一额定电流为250A某型号低压限流式塑壳断路器为例来说明操作机构的工作原理，如图2-1所示。动触头转轴O上的扭簧约束了动导电杆和触头支架的相对运动。手动分闸时，分断弹簧随着手柄的转动被伸长贮能，当弹簧力的作用线与上连杆重合时，处于最大位能状态，一旦超过上连杆，B点向左运动脱离死区，触头支架被下连杆迅速上提，绕主轴O1转动，从而带动动导电杆和其上的动触头向上运动而分断。......
2025-09-29
评估低压断路器操作机构疲劳寿命的方法
【摘要】：本章采用刚柔耦合分析方法计算断路器典型工况下操作机构的载荷谱。3）使用ANSYS有限元软件对断路器操作机构关键零件进行模态分析，并通过模态叠加，生成包含关键零件几何、质量、模态形变和模态应力等信息的模态中性文件。图3-10 基于虚拟样机技术的断路器操作机构疲劳寿命仿真分析流程
根据疲劳载荷谱的获取方式，疲劳耐久性仿真分析主要分为基于有限单元计算的方法和基于刚柔耦合模态叠加的方法。有限元计算方法能够计算出准确的应力应变，但是疲劳问题往往是由机构运动过程中承受的交变载荷引起，有限元法的边界条件施加比较困难，而且难以模拟机构的实际运动情况；刚柔耦合方法基于虚拟样机的整机多体动力学分析，能够完全模拟物理样机的运动情况，因此计算得到的载荷谱与实际载荷谱更接近。本章采用刚柔耦合分析方法计算断路器典型工况下操作机构的载荷谱。
现阶段使用虚拟样机技术进行机械系统疲劳寿命仿真的方法主要包括：
MSC系列：MSC.PATRAN+MSC.NASTRAN+MSC.Fatigue+MSC.ADAMS；
ANSYS系列：ANSYS+FE-Safe+MSC.ADAMS；
不同系列软件组合：ANSYS+nCode+MSC.ADAMS；
采用不同系列软件的组合，综合利用ANSYS软件的模态分析功能和ADAMS软件的刚体动力学分析功能进行断路器操作机构的刚柔耦合仿真分析，得到典型工况下操作机构主要零部件的载荷时间历程，并通过软件接口导入疲劳分析软件nCode中进行疲劳寿命分析。采用的断路器操作机构疲劳寿命仿真分析流程如图3-10所示。
仿真分析的主要步骤包括：
1）运用SolidWorks三维建模软件建立断路器整机模型。(https://www.chuimin.cn)
2）在MSC.ADAMS多体动力学仿真软件中建立断路器的虚拟样机模型，对断路器进行刚体动力学分析。
3）使用ANSYS有限元软件对断路器操作机构关键零件进行模态分析，并通过模态叠加，生成包含关键零件几何、质量、模态形变和模态应力等信息的模态中性文件。
4）将模态中性文件引入断路器虚拟样机中，建立断路器刚柔耦合仿真分析模型，通过动力学分析得到易损零件较为准确的载荷情况，并通过ADAMS/Durability插件将载荷转换为时间载荷文件。
5）通过nCode疲劳分析软件的Designlife模块读取ADAMS软件的计算结果，并对柔性体进行疲劳寿命计算；通过Studio模块读取ANSYS有限元软件模态分析的结果文件（.RST文件）和疲劳分析的结果文件（.FER文件），显示柔性体的疲劳寿命分布云图。
图3-10 基于虚拟样机技术的断路器操作机构疲劳寿命仿真分析流程
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