自復(fù)位功能旋轉(zhuǎn)開關(guān)的設(shè)計(jì)

尋麗紅，郝 英

石家莊八五零電子有限公司，河北石家莊 050021

0 引言

目前市場(chǎng)上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)產(chǎn)品，大都不具有機(jī)械式自復(fù)位功能。我們所開發(fā)的這種旋轉(zhuǎn)開關(guān)具有自動(dòng)復(fù)位功能。產(chǎn)品性能穩(wěn)定。機(jī)械操作機(jī)構(gòu)是懸掛在旋桿及撥輪殼體之間的兩根拉伸簧，撥輪殼體固定，當(dāng)旋桿旋轉(zhuǎn)時(shí)彈簧被拉伸并旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，開關(guān)的動(dòng)觸片隨之動(dòng)作，并與靜觸片接觸，開關(guān)處于通電狀態(tài)；釋放施加的外力時(shí)，彈簧回縮帶動(dòng)旋桿反向旋轉(zhuǎn)，開關(guān)處于斷電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的自動(dòng)復(fù)位功。自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)在整機(jī)中是一個(gè)重要的信號(hào)傳輸、控制元件，通過開關(guān)觸點(diǎn)的接通與斷開，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的通斷。

1 工作原理

自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)是一種常開式自復(fù)位、軸與軸套密封、面板和機(jī)殼密封結(jié)構(gòu)的開關(guān)，帶止端，1 層、1 位，轉(zhuǎn)換角為30°。自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)由撥輪組件、撥輪殼體組件、定位片、定位環(huán)、靜接觸片、接觸片、基座、旋鈕、旋桿、拉伸簧、密封圈、蓋板、螺柱、墊圈、卡釘?shù)攘悴考M成，其工作原理如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖

1）彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，開關(guān)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)旋動(dòng)旋鈕時(shí)帶動(dòng)旋桿組件同時(shí)運(yùn)動(dòng)，拉伸簧被拉伸，動(dòng)接觸片和靜接觸片接觸，開關(guān)處于通電狀態(tài)；釋放外力，拉伸簧在彈力作用下回縮，帶動(dòng)旋桿組件和旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)，回到初始狀態(tài)，動(dòng)、靜接觸片分離，開關(guān)斷電；完成開關(guān)的一次動(dòng)作循環(huán)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路轉(zhuǎn)換；

2）開關(guān)均為多節(jié)裝配結(jié)構(gòu)，旋桿上雙扁與動(dòng)接觸片所在的撥輪組件配合，另一端圓形銑扁，與旋鈕配合；

3）開關(guān)的貫穿螺栓穿出固定開關(guān)尾部的最后一個(gè)開關(guān)片的螺母之外大于1mm，其螺紋類型為粗牙M1。

2 自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

1）拉伸簧在旋桿和撥輪殼體之間實(shí)現(xiàn)伸縮功能，雙向旋轉(zhuǎn)，旋桿組件可順時(shí)針、逆時(shí)針雙向旋轉(zhuǎn)；

2）開關(guān)的動(dòng)觸片均與撥輪鉚接成一體；

3）軸與軸套的密封通過旋桿和殼體之間的兩個(gè)硅橡膠密封圈實(shí)現(xiàn)深海密封；

4）開關(guān)旋鈕由發(fā)光材料直接注塑成型，以便在黑暗環(huán)境下準(zhǔn)確辨認(rèn)。

2.2 自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)

1）開關(guān)外形尺寸：φ25×46.5；

2）工作溫度：-20℃～+60℃；

3）額定工作電壓：24V；

4）額定工作電流：10mA；

5）接觸電阻：≤40mΩ；

6）絕緣電阻：≥1000MΩ；

7）介質(zhì)耐電壓：≥500Vd.c；

8）轉(zhuǎn)換力矩：0.005～3N·m；

9）電轉(zhuǎn)換壽：50000 次；

10）靜水壓力：1.0；

11）鹽霧：1000h；

12）照明特性：發(fā)光顯示；

13）靜水壓力：1.0MPa；

14）材料：抗海水腐蝕；

15）振動(dòng)：20g；

16）沖擊：20g；

17）耐濕：95%。

2.3 可靠性設(shè)計(jì)

開關(guān)撥輪殼體組件及旋桿組件模具的設(shè)計(jì)：開關(guān)的撥輪殼體組件為增強(qiáng)尼龍1010，注塑成型。連接螺母、旋桿分別塑在撥輪殼體組件和旋桿組件中，撥輪殼體組件和旋桿組件均為一體結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮到零件的尺寸精度和加工的可操作性，將成型腔設(shè)計(jì)為活動(dòng)鑲塊式，便于注塑時(shí)連接螺母及旋桿的裝入。由于條件苛刻，成型時(shí)容易出現(xiàn)充不滿和粘?，F(xiàn)象，加上組件均帶有鑲件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，型芯、盲孔多、成型困難，所以要求模具結(jié)構(gòu)合理，制造精度高，主要采取措施：1）型腔為整體型腔，電打拋光成型，保證基座表面的光潔度；2）澆口形式為直式繞口進(jìn)料結(jié)構(gòu)，縮短充料時(shí)間；3）型腔四周鑲嵌加熱棒，保證塑料流動(dòng)性；4）型腔和型芯設(shè)計(jì)2°的拔模斜度，便于出模；5）模具四壁增設(shè)打料桿，保證零件順利出模；6）精確計(jì)算并嚴(yán)格控制合模壓力，成型壓力、保壓時(shí)間和保持模具溫度，設(shè)置排氣孔，保證材料在合模過程中充滿型腔。

拉伸簧的壽命決定旋轉(zhuǎn)開關(guān)的機(jī)械壽命，在設(shè)計(jì)過程中認(rèn)真計(jì)算了拉伸簧拉力與其變形量之間的關(guān)系，確定了拉伸簧的長(zhǎng)度為11.8mm，有效圈數(shù)為12，把殼體組件上的鑲件和旋桿與拉伸簧掛鉤連接處的銳角倒鈍，將與拉伸簧掛鉤相配合孔的直徑擴(kuò)大，使掛鉤在內(nèi)能自由活動(dòng)，并涂上低溫潤(rùn)滑脂，減小拉伸簧掛鉤在轉(zhuǎn)動(dòng)過程的磨損

2.4 工藝難點(diǎn)

接觸件是開關(guān)的關(guān)鍵零件，工藝上有以下兩個(gè)個(gè)難點(diǎn)：1）料?。ê穸?.1mm）沖制時(shí)容易出現(xiàn)毛刺，影響零件的尺寸和位置精度，因此對(duì)激進(jìn)模的設(shè)計(jì)加工提出了很高的要求，減小沖裁間隙，保證接觸件的精度；2）觸點(diǎn)鼓小，難成形；接觸片的加工質(zhì)量是保證開關(guān)可靠性、電性能的關(guān)鍵。

為此設(shè)計(jì)制作了跳步模具，分5 部：1）沖外形；2）預(yù)引觸點(diǎn)鼓；3）二次引鼓；4）折U 字彎；5）整形、切斷。凸、凹模的沖切間隙為0.015mm 消除零件毛刺。沖制零件過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件和工藝要求進(jìn)行加工，控制加工過程中的積累偏差。接觸片的熱處理是保證開關(guān)可靠性性能的關(guān)鍵工藝，熱處理前欺清洗后，接觸片上不得沾有油脂等贓物。清洗時(shí)先用汽油浸泡、刷洗，再用無水乙醇溶液浸泡，曬干后充分散開，放進(jìn)真空熱處理爐中烘干。

3 結(jié)論

該產(chǎn)品經(jīng)鑒定試驗(yàn)，生產(chǎn)試制，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足用戶要求。已進(jìn)行批量供貨，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，用戶反應(yīng)良好。其應(yīng)用前景廣闊。

[1]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB809A-97微動(dòng)開關(guān)通用規(guī)范，北京：國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部，1987.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).5版，機(jī)械工業(yè)出版社，2010.