電喇叭的工作原理、故障原因及改進(jìn)措施

上汽通用五菱汽車股份有限公司質(zhì)量部 李文順

喇叭是汽車信號裝置中必不可少的一個零件，電喇叭相對于氣動喇叭而言，具有質(zhì)量小、裝配方便、聲音悅耳的優(yōu)點，在汽車上得到了廣泛的使用。

一、電喇叭的作用

通過發(fā)出響聲警告行人和過往車輛，以保障行車安全。

二、電喇叭的分類

電喇叭分為觸點式電喇叭和無觸點式電喇叭兩種。

三、電喇叭的結(jié)構(gòu)及工作原理

（一）觸點式電喇叭

盆形觸點式電喇叭結(jié)構(gòu)如圖1所示。電喇叭初始狀態(tài)為觸點閉合狀態(tài)，按下電喇叭按鈕，電喇叭內(nèi)部形成通路，電流流向為：蓄電池正極→線圈2→觸點7→喇叭按鈕10→搭鐵→蓄電池負(fù)極。線圈通電產(chǎn)生磁力后，吸動上鐵芯及銜鐵下移，使膜片下拱，上鐵心及下鐵心發(fā)生撞擊，銜鐵下移過程中將觸點頂開，線圈電路被切斷，磁力消失，由于膜片自身有彈性，膜片帶動上鐵芯及銜鐵一起回位，觸點又閉合。于是，線圈中又有電流流過而產(chǎn)生磁力，上鐵心和銜鐵又被吸下，膜片下拱，上鐵心及下鐵心發(fā)生撞擊。如此循環(huán)，膜片因振動發(fā)出聲音，同時，共鳴板與膜片發(fā)生諧振，把聲音放大，并使聲音變得悅耳。

（二）無觸點式電喇叭

無觸點電喇叭用晶體管代替觸點，電路原理圖如圖2所示。三極管VT5處于導(dǎo)通狀態(tài)時，線圈通電產(chǎn)生磁力；三極管VT5處于截止?fàn)顟B(tài)時，線圈斷電，磁力消失。VT5導(dǎo)通、截止相當(dāng)于觸點式電喇叭的觸點閉合、斷開。按下喇叭按鈕的瞬間，VT1導(dǎo)通，VT2、VT3截止，VT4、VT5導(dǎo)通，喇叭線圈通電，產(chǎn)生磁力。此時，電容C1充電，充電電流流向為：蓄電池正極→R1→R3、R4組成的并聯(lián)電路→可調(diào)電阻R6→R7→電容C1→VT1的c極→VT1的e極→VD2→喇叭按鈕→搭鐵→蓄電池負(fù)極。C1電容充電使VT2 的b極電壓上升，當(dāng)VT2 b極電壓上升至導(dǎo)通電壓時，VT2、VT3導(dǎo)通，VT1、VT4、VT5截止，喇叭線圈斷電，磁力消失。此時，電源對電容C1反向充電（相對于上次的充電電流方向），充電電流方向為：蓄電池正極→R1→R2→電容C1→VT2的b極→VT2的e極→VT3的b極→VT3的e極→VD2→喇叭按鈕→搭鐵→蓄電池負(fù)極，使VT2的b極電壓下降。同時，電容C2充電，充電電流方向：蓄電池正極→R1→R3、R4組成的并聯(lián)電路→R5→電容C2→VT2的c極→VT2的e極→VT3的b極→VT3的e極→VD2→喇叭按鈕→搭鐵→蓄電池負(fù)極，使VT1的b極電壓上升。當(dāng)VT1的b極電壓上升至導(dǎo)通電壓時，VT1導(dǎo)通。此時，VT2由于b極電壓下降而迅速截止。于是，VT3截止，VT4、VT5導(dǎo)通，喇叭線圈通電，產(chǎn)生磁力。周而復(fù)始，使膜片在下拱和復(fù)位之間循環(huán)。

圖1 盆形觸點式電喇叭

圖2 無觸點電喇叭電路圖

圖2中VT1、VT2、VT3構(gòu)成一多諧振蕩器，穩(wěn)壓管VS的作用為給此振蕩器提供穩(wěn)壓電源，使其振蕩頻率穩(wěn)定。二極管D1的作用為穩(wěn)壓管提供溫度補償。VD2起到電源反接保護(hù)作用。調(diào)節(jié)R6的大小，可調(diào)節(jié)音量的大小。VT4、VT5組成一藕合放大器，電流經(jīng)過放大后，通過喇叭線圈時，能夠產(chǎn)生足夠大的磁力，使膜片振動。

四、電喇叭故障原因及改進(jìn)措施

（一）電喇叭不響

1.膜片開裂

膜片開裂的初始階段，電喇叭聲音沙啞；如果繼續(xù)使用，由于喇叭內(nèi)部進(jìn)泥水、灰塵，觸點、觸點臂被腐蝕，喇叭會無法鳴響。

故障原因：膜片厚薄不均勻，喇叭折彎處沒有圓滑過渡，棱角明顯。膜片振動時，較薄處或折彎處為應(yīng)力集中區(qū)域。

改進(jìn)措施：修整或更換沖壓膜片的沖頭，使沖頭表面平整，且沖頭的折彎處修整成R角圓滑過渡。

2.喇叭觸點碎裂

故障原因：觸點材料脆性大。電喇叭工作時，汽車用盆形電喇叭觸點閉合、斷開的頻率一般為250～300Hz，使得觸點溫度較高，觸點在高溫下的抗拉強度變小，脆性變大，觸點閉合所產(chǎn)生的沖擊能量使觸點碎裂。

改進(jìn)措施：選用鎢合金作觸點材料。鎢銅合金由于擁有抗拉強度高、熱膨脹系數(shù)低的的優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。

3.喇叭觸點柄斷裂

電喇叭觸點的裝配工藝為：先把觸點柄鉚接在觸點臂上，然后把觸點焊接在觸點柄上。觸點柄如斷裂，則會導(dǎo)致線圈回路斷路。

故障原因：

（1）觸點柄材料抗拉強度低，無法承受觸點閉合時所產(chǎn)生的沖擊能量。

（2）觸點柄的制造工藝存在缺陷。例如，一喇叭制造商的制造工藝為：先把材料由Φ2.5圓鋼冷擠到Φ5圓柱體，再切削到小端直徑為Φ4及大端直徑為Φ4.7的凸臺（即加工成直徑大小不等的兩個相連圓柱體）。此加工工藝易造成觸點內(nèi)部有氣孔，使觸點的抗拉強度變得較低。

改進(jìn)措施：

（1）選用抗拉強度較高的不銹鋼材料，抗拉強度≥350MPa，對每一批次的入庫材料均抽樣檢測抗拉強度。如發(fā)現(xiàn)抗拉強度不合格的材料，則作退貨處理。

（2）改進(jìn)制造工藝，觸點柄直接冷墩成形，可避免材料加工過程中產(chǎn)生塑性變形。

4.喇叭觸點氧化或燒蝕

喇叭觸點被氧化后，電阻變大；喇叭觸點如被燒蝕，則會導(dǎo)致上、下觸點間的接觸壓力小，甚至離空。

故障原因：觸點表面未鍍防護(hù)層或防護(hù)層所用材料未起到保護(hù)作用。

改進(jìn)措施：觸點表面鍍鎳，有條件的，可先鍍銀，再鍍鎳。

5.觸點臂斷裂

故障原因：觸點臂選用材料抗腐蝕性能差（某一喇叭制造商選用型號為60Si2Mn的鋼材，結(jié)果觸點臂在表面處理過程中，被氯離子點腐蝕。由于喇叭工作時，內(nèi)部溫度較高，經(jīng)氯離子點腐蝕的觸點臂很容易被氧化，抗拉強度變低，在觸點閉合、斷開所產(chǎn)生的沖擊能量作用下斷裂）。

改進(jìn)措施：觸點臂材料改為不銹鋼材料。

6.喇叭進(jìn)水

喇叭進(jìn)水后，導(dǎo)致內(nèi)部元件被氧化，加劇觸點的燒蝕。故障原因：喇叭密封不嚴(yán)，選用敞開式透氣孔。

改進(jìn)措施：改善密封性能，透氣孔改為隱敝式透氣孔，使水無法進(jìn)入電喇叭內(nèi)部。

（二）電喇叭聲音沙啞

膜片開裂可導(dǎo)致聲音沙啞，這在電喇叭不響的原因分析及改進(jìn)措施中介紹過。電喇叭與周圍零件干涉也會發(fā)生聲音沙啞現(xiàn)象，改進(jìn)措施為把電喇叭與周圍零件的距離更改為15mm以上。

（三）電喇叭間歇性不響

此類故障多發(fā)生于帶喇叭柱的車型。故障原因為喇叭柱彈簧力過小，導(dǎo)致喇叭柱與方向盤上的導(dǎo)電盤接觸力不夠大，從而導(dǎo)致兩者之間接觸電阻過大。改進(jìn)措施為適當(dāng)增大喇叭柱與導(dǎo)電盤的接觸力。以下為電喇叭間歇性不響的質(zhì)量改進(jìn)案例：

為了解決售后方向盤轉(zhuǎn)向異響問題，某汽車制造商于2011-7-30把某一車型的喇叭柱彈簧壓縮量達(dá)到3mm時的彈力由2.5±0.3N改為1.5±0.3N。更改后，生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)電喇叭間歇性不響的故障。故障表現(xiàn)為：方向盤轉(zhuǎn)到某一角度，按電喇叭按鈕，電喇叭不響。

攻關(guān)小組用更改前的喇叭柱彈簧更換故障車上的喇叭柱彈簧，故障消失；把方向盤錐孔下端面至導(dǎo)電盤的距離增大0.5mm，故障也消失。這說明，適當(dāng)增大彈簧力，或適當(dāng)增大方向盤錐孔下端面至導(dǎo)電盤的距離，均是解決電喇叭間歇性不響問題的方法，但必須以不發(fā)生轉(zhuǎn)向異響為前提。該公司最終采取了把方向盤錐孔下端面至導(dǎo)電盤的距離增大0.5mm的措施。措施實施后，故障消除。

觸點式電喇叭由于故障率高，即使采取改進(jìn)措施提升質(zhì)量，平均使用壽命也比無觸點電喇叭短。但由于無觸點電喇叭價格較貴，是同類型觸點式電喇叭價格的2倍以上，未能廣泛投入使用。因此，電喇叭的發(fā)展方向為研發(fā)性能優(yōu)越、價格低廉的無觸點電喇叭。

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