非密封鈕子開關(guān)的設(shè)計(jì)思路構(gòu)建

， ，

(貴州振華華聯(lián)電子有限公司，貴州省凱里市)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，作為信號傳輸與檢測的重要元件，鈕子開關(guān)的品種和種類也越來越多。對于開關(guān)的技術(shù)性能的可靠性提出了更高的要求。機(jī)電電子元件中，鈕子開關(guān)承擔(dān)著控制和檢測的任務(wù)，屬于控制元件范疇。在進(jìn)行電路電子設(shè)計(jì)的過程中，需要對其轉(zhuǎn)換和控制作用進(jìn)行分析，保證完成斷開和接通的電路任務(wù)。例如KNF-003型的非密封電子鈕子開關(guān)，采用雙刀雙擲和中間位保持開關(guān)的運(yùn)行，在設(shè)計(jì)要求上和總體設(shè)計(jì)方案中，需要進(jìn)行認(rèn)真的研究。

1 開關(guān)設(shè)計(jì)的基本要求和技術(shù)指標(biāo)

鈕子開關(guān)是是電子設(shè)備中常用的開關(guān)，主要用于交直流電源電路的通斷控制，采用手動(dòng)控制開關(guān)方式，操作方便。鈕子開關(guān)的鈕柄種類包括塑料圓錐、金屬圓錐、熒光、塑套、鎖桿、波形、扁桿、球形、槳式等[1]。鈕柄其上加有彈簧，螺管口端有銑槽。非密封鈕子開關(guān)的設(shè)計(jì)原理，是撥動(dòng)手柄帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)的方式，驅(qū)動(dòng)簧片足尖上的動(dòng)靜觸點(diǎn)，產(chǎn)生閉合，然后放棄手柄，在復(fù)位彈簧的作用下，使得手柄能夠回到中間位，斷開動(dòng)靜觸點(diǎn)。非密封牛子開關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)包括了額定負(fù)載為27V，扳動(dòng)角度為25度，工作溫度范圍為-55攝氏度到85攝氏度之間，電壽命能夠達(dá)到兩萬次。

2 開關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

非密封牛子開關(guān)的設(shè)計(jì)，是為了滿足產(chǎn)品的國產(chǎn)化要求進(jìn)行的?；疽笫峭ㄟ^手柄的扳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，然后通過自動(dòng)復(fù)位功能讓手柄復(fù)位。

對于自動(dòng)復(fù)位結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以采用在手柄的兩邊加裝彈簧和彈簧架的方式，將彈簧貫穿在彈簧夾的兩個(gè)腳部的位置，通過手柄，彈簧架外罩上的兩個(gè)孔，實(shí)現(xiàn)了橫向的定位，手柄可以手動(dòng)擺動(dòng)，彈簧架被推動(dòng)后，產(chǎn)生了彈簧的壓縮，此時(shí)將手柄放開，可以推動(dòng)彈簧架回到初始的位置，實(shí)現(xiàn)手柄的自動(dòng)復(fù)位[2]。

KNF-003型的非密封電子開關(guān)包含了滑塊組件、驅(qū)動(dòng)組件、彈簧片組件等部分，還有殼體組件、彈簧附件。

1為驅(qū)動(dòng)組件，2為殼體組件，3為動(dòng)簧片組件，4為滑塊組件，5為壓板，6為彈簧，7為彈簧架。

驅(qū)動(dòng)組件的設(shè)計(jì)需要對手柄、外罩等進(jìn)行設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)關(guān)系到手柄的扳動(dòng)角度?；瑝K的形成與觸點(diǎn)的接觸壓力，影響著螺套的內(nèi)徑的尺寸，進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要講打孔中心的距離設(shè)置好，充分考慮零件的加工因素，設(shè)置理論數(shù)值為25度，經(jīng)過計(jì)算，得到相關(guān)的零件尺寸。

滑塊組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行彈簧、滑塊、壓簧三部分的設(shè)計(jì)?；瑝K的兩個(gè)孔包含了彈簧和動(dòng)簧片組件，在進(jìn)行耐腐蝕性和強(qiáng)度、韌性的選擇的時(shí)候，充分考慮滑塊的功能，挑選具有優(yōu)異潤滑性和耐磨性的滑塊。如果發(fā)現(xiàn)開關(guān)有基礎(chǔ)不良的情況，則需要進(jìn)行接觸點(diǎn)的檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)的時(shí)候通過增加壓縮彈簧的方法，改變彈簧力的大小，將動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)之間的正壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證觸點(diǎn)的接觸的可靠性[3]。

動(dòng)簧片組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用導(dǎo)電體設(shè)計(jì)的思路，選取具有良好導(dǎo)電性能的鋼板，將表面進(jìn)行鍍銀，然后對觸點(diǎn)材料進(jìn)行開關(guān)的額定電負(fù)載的試驗(yàn)，選用導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能良好的銀鋼復(fù)合觸點(diǎn)最為適宜。

動(dòng)簧片的組件采用鈕子開關(guān)常用的蹺蹺板式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的接觸，滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。

殼體組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包含了觸點(diǎn)、接線片等構(gòu)件。在進(jìn)行開關(guān)的內(nèi)部設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般在殼體足尖上，有兩個(gè)腔體，擔(dān)負(fù)著對殼體進(jìn)行加強(qiáng)的作用。滑塊的導(dǎo)向作用，能夠起到蟲咬的滅弧效果。由于外殼經(jīng)常受到絕緣、介質(zhì)壓力等考驗(yàn)，因此，對于絕緣材料的要求是能夠耐高溫，能夠具有很好的耐磨性。選取的酚醛塑一般是具有很好的強(qiáng)度和硬度的。絕緣性良好，耐熱性較高。內(nèi)部的零件的定位和安裝，不僅產(chǎn)品重量輕，而且選用了金屬零件作為導(dǎo)電的零件，保證了產(chǎn)品能夠在接觸電阻上保持較低的水平，同時(shí)具有良好的耐腐蝕性[4]。

3 非密封鈕子開關(guān)總體設(shè)計(jì)原則

非密封鈕子開關(guān)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要注意由于其開關(guān)的獨(dú)立動(dòng)作由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，一般用于固定到設(shè)備面板上，包括螺母和墊片，構(gòu)成了完整的產(chǎn)品。產(chǎn)品的性能指標(biāo)的要求很高，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，這關(guān)系到產(chǎn)品的性能和使用。接觸電阻、產(chǎn)品的耐壓性，并且要具有良好的手感。在設(shè)計(jì)前期可以通過有限元分析、動(dòng)力學(xué)分析等方法，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算。

非密封鈕子開關(guān)外形示意圖

進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，保證產(chǎn)品的性能是關(guān)鍵。在機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)組件中，彈簧是一個(gè)非常關(guān)鍵的零件，進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要進(jìn)行材料的選型，通過壽命試驗(yàn)可以得到彈簧材料的質(zhì)量結(jié)果，通過分析，如果發(fā)現(xiàn)彈簧的彈性不足以支持工作需要，可以對彈簧進(jìn)行換取，當(dāng)前彈性較好的65MN彈簧鋼絲，能夠滿足耐鹽霧的要求。銅鼓特種潤滑油脂的涂模，更加具有抗腐蝕的性能。

在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，對于壓片的厚度要特別注意，任何構(gòu)件的誤差都是在加工過程中產(chǎn)生了。例如手柄達(dá)到極限位置的時(shí)候，壓片不一定能將微動(dòng)開關(guān)的按鈕壓到位，壓片本身可能會產(chǎn)生彎曲，壓片的厚度如果不足也可能會導(dǎo)致按鈕的壓制不到位[5]。

對于開關(guān)的抗何從機(jī)型進(jìn)行校核，需要在電路轉(zhuǎn)換的時(shí)候擺動(dòng)手柄實(shí)現(xiàn)，手柄在極限位置上，依靠彈簧的推動(dòng)力保持穩(wěn)定，進(jìn)行產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)，就是驗(yàn)證彈簧的剛度是否能夠滿足手柄的長度的要求[6]。如果滿足不了產(chǎn)品的抗沖擊性的測驗(yàn)，則表明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是無效的。采用抗沖擊性校核的方式，擺動(dòng)手柄達(dá)到位置，測試彈簧的作用力，設(shè)置三維模型進(jìn)行分析，得到手柄的軸線上距離手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離。在手柄沖擊的過程中不能過于擺動(dòng)，產(chǎn)生的力矩如果過大，則說明沖擊過程中手柄的擺動(dòng)概率不大，產(chǎn)品能夠滿足沖擊的要求。

由于開關(guān)的測試壽命明顯地和測試時(shí)的板動(dòng)速度有關(guān), 因此在設(shè)計(jì)重要考慮使用壽命, 利用毫秒儀測試出導(dǎo)通中斷時(shí)間可測得鈕子開關(guān)手柄從一個(gè)極限位置扳到另一個(gè)極限位置的扳動(dòng)時(shí)間。就應(yīng)有一個(gè)正確的測試扳動(dòng)速度[7]。由于測試壽命應(yīng)反映手動(dòng)操作時(shí)的使用壽命, 因此這一機(jī)動(dòng)測試扳動(dòng)速度應(yīng)和手動(dòng)扳動(dòng)速度相一致。也就是應(yīng)測試出手動(dòng)扳動(dòng)速度的數(shù)值。由扳動(dòng)時(shí)間及扳動(dòng)距離可計(jì)算出扳動(dòng)速度。而且，該速度是扳動(dòng)距離內(nèi)的平均速度，據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，手動(dòng)扳動(dòng)速度會因操作人員的不同而出現(xiàn)差異性，即使是同一操作人員，也會在不同測試中出現(xiàn)差異，平均差異在一毫米秒之間。目前，國內(nèi)尚未制定鈕子開關(guān)測試扳動(dòng)速度的標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要參考國外的標(biāo)準(zhǔn)要求，如借鑒美國對密封鈕子開關(guān)的規(guī)范。

結(jié)語

經(jīng)過設(shè)計(jì)原則的分析和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的分析，我們可以看到對于非密封鈕子開關(guān)產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要在合理性和可靠性上進(jìn)行研究，達(dá)到結(jié)構(gòu)精巧、設(shè)計(jì)合理的目的。通過對部分零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，可以使得非密封鈕子開關(guān)產(chǎn)品的最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)達(dá)到優(yōu)化。經(jīng)過設(shè)計(jì)定型鑒定，經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化的非密封鈕子開關(guān)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能夠滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)出的產(chǎn)品性能可靠，技術(shù)指標(biāo)高。