變速箱檔位開關(guān)觸點燒蝕故障原因分析及設(shè)計改進

馮夢麗

摘要：本文結(jié)合開關(guān)產(chǎn)品故障件的拆解情況，對開關(guān)觸點燒蝕現(xiàn)象的原因進行了深入分析，并從材料厚度和接觸結(jié)構(gòu)兩方面對觸點進行優(yōu)化。利用對比試驗，確認改進效果，通過綜合考慮各方面因素，最終確定優(yōu)化方案，提高觸點可靠性，提升開關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：翹板開關(guān);觸點燒蝕;電侵蝕

1前言

檔位開關(guān)是重型汽車機械式變速器總成上配備的一種用以指示變速器檔位信息的電器元件，一般采用的為翹板式開關(guān)。作為一種傳感機構(gòu)，檔位開關(guān)將接收到的來自操縱機構(gòu)的壓力信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)型電信號，從而將變速箱的檔位信息傳遞至整車的顯示儀表及控制電路。檔位開關(guān)發(fā)生故障后，將會嚴重的影響整車的安全可靠使用。

根據(jù)不完全統(tǒng)計，檔位開關(guān)產(chǎn)品的故障數(shù)量約占變速器總成故障數(shù)量的近十分之一。因此檔位開關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性提升對于變速器總成質(zhì)量的提升具有重要意義。通過對失效件的拆解，發(fā)現(xiàn)觸點燒蝕現(xiàn)象占比最高，達56.86%。我們針對該失效模式進行了深入研究。

2觸點燒蝕原因分析

翹板式開關(guān)目前所有開關(guān)中布局最簡易、安裝最方便、功能最全面的開關(guān)之一。在翹板開關(guān)的翹板上，有一個圓形的觸點，用來控制開關(guān)電流的接通和關(guān)斷。按觸點初始狀態(tài)可將開關(guān)分為“常開（NO）”和“常閉（NC）”兩種。

本文以當下變速箱上使用最為廣泛的常閉式翹板開關(guān)作為研究對象。

工作原理：自由狀態(tài)時，開關(guān)內(nèi)部的動片與靜片貼合，電路接通。工作狀態(tài)時，開關(guān)頂桿受到外力，經(jīng)由一系列力的傳遞，塑料襯套壓縮彈簧，同時帶動接線片（動片）向上運動，兩觸點與靜接線片（靜片）斷開，開關(guān)由常閉轉(zhuǎn)換為斷開。當外力消失，在彈簧力的作用，按鈕回位，動片回位，開關(guān)又由斷開轉(zhuǎn)換為閉合。

根據(jù)研究資料發(fā)現(xiàn)，在大氣中開斷電路時，只要電壓超過12V-20V，被開斷電流超過0.25A～1A，在觸點間隙中通常會產(chǎn)生一團溫度極高，發(fā)出強光且能夠?qū)щ姷膱A柱形的氣體，一直到電弧熄滅，觸點間隙成為絕緣介質(zhì)之后，電流才被斷開，這種現(xiàn)象就是電弧。電弧是有觸點開關(guān)電器動作過程中必然發(fā)生的物理現(xiàn)象。目前，變速箱上的檔位檔位開關(guān)的工作電壓12V～24V，工作電流一般不超過1A。因此，開關(guān)在正常工作過程中，必然會頻繁發(fā)生電弧現(xiàn)象。

觸點在工作過程中由于接觸電阻和電弧放電而產(chǎn)生很大熱量，使材料發(fā)生融化和蒸發(fā)，并導(dǎo)致觸點熔焊、材料消耗、材料轉(zhuǎn)移等現(xiàn)象，稱之為電侵蝕。但同時在動、靜觸頭的接觸中，相互摩擦，接觸面也得以自動清掃，這稱之為自潔作用。觸點燒蝕現(xiàn)象就是電侵蝕累積到一定程度而產(chǎn)生的。

3觸點設(shè)計改進

在不改變工況的條件下，要想動靜觸點在工作分斷時不產(chǎn)生電弧是不可能的，只能通過改善觸點的抗電弧侵蝕性能，減緩觸點材料的燒蝕速度和轉(zhuǎn)移速度，從而延長觸點使用壽命。

當前開關(guān)觸點大多采用銀合金（銀鎳合金.銀鉻合金等）。由于在開關(guān)的使用過程中，開關(guān)觸點除承擔電路的接通、分斷和隔離等功能外，還需承擔一定的載流作用，而一般載流件的首選材質(zhì)多為銅合金?，F(xiàn)有開關(guān)產(chǎn)品觸點使用的即為銅基銀合金材料AgCdO12/Cu，其中AgCdO12覆層的厚度為0.2～0.3。從目前拆解的情況來看，AgCdO12層耐電侵蝕的能力尚不能滿足實際使用需求。研究表明，銀觸點的厚度大小直接影響著其導(dǎo)電性能的優(yōu)劣。因此可以考慮增大銀合金的覆蓋厚度以減少開關(guān)閉合時電火花的產(chǎn)生、延長使用壽命。

對于開關(guān)觸點的接觸形式，一般有面接觸、線接觸和點接觸三種。作為一種低壓開關(guān)，我們現(xiàn)有開關(guān)產(chǎn)品采用的為面接觸結(jié)構(gòu)，但由于其自潔作用較差，受電侵蝕影響較大，縮短了觸點壽命。因此可以嘗試其它的觸點接觸形式，提高觸點的自潔作用，延長觸點壽命。

根據(jù)以上分析，我們對開關(guān)觸點的改進嘗試著從兩個方面著手。首先，調(diào)整觸點銀合金材質(zhì)的厚度。其次，調(diào)整觸點接觸結(jié)構(gòu)的接觸方式。結(jié)合當下的實際情況，我們對開關(guān)產(chǎn)品設(shè)計了以下四種優(yōu)化方案，并進行對比試驗：方案一， 觸點材料為銅基銀合金AgCdO12/Cu，AgCdO12層厚度為0.4～0.5;方案二，觸點材料為銀合金AgCdO12;方案三，平面觸點改為弧面觸點且觸點材料為銀合金AgCdO12;方案四，平面觸點改為弧面觸點且觸點材料為銅基銀合金AgCdO12/Cu，AgCdO12層厚度為0.4～0.5。

4試驗驗證

將四種方案的產(chǎn)品樣件按照相關(guān)企業(yè)標準中電負荷試驗的方法，同時進行對比測試。

通過試驗情況來看，前三種試驗方案都可以使開關(guān)電負荷壽命得到提高，滿足當下企業(yè)標準的要求。但純銀合金AgCdO12觸點成本較高，且AgCdO12硬度較低，觸點的鉚接工藝不易控制。因此，綜合考慮各方面因素，最終選取方案一的改進措施。

5結(jié)論

目前針對開關(guān)觸點燒蝕的改進措施已經(jīng)逐步落實到位，改進后的產(chǎn)品也已投入到生產(chǎn)使用之中。我們也在對新產(chǎn)品的市場使用情況進行積極的跟進。造成觸點燒蝕的原因有很多種，這種優(yōu)化方案只能提高觸點的耐電侵蝕壽命，但并不能徹底的解決觸點燒蝕問題。同時引起開關(guān)失效的原因不止觸點燒蝕一種，因此開關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的提升還需要我們繼續(xù)研究，逐步優(yōu)化。

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