一種全密封電磁屏蔽插銷旋轉開關的設計思路分析

羅博 楊太榮 胡云亮

摘 要：旋轉開關又稱為“波段開關”，在電子儀器和通信設備中起電路和信號轉換或選擇作用。隨著電子信息技術的快速發(fā)展，元件的全密封及電磁屏蔽功能成為必不可少的要素?，F(xiàn)提供一種全金屬密封、電磁屏蔽、多刀位插銷式旋轉開關的結構設計思路，為元件的多功能化結構設計和材料選擇拓展了方向。

關鍵詞：全密封;電磁屏蔽;旋轉開關

0? ? 引言

電子信息技術的快速發(fā)展及現(xiàn)代電子設備的功能集成化趨勢，使得元件的使用環(huán)境變得復雜化，需要去適應新的電磁屏蔽、全密封、抗振動沖擊等各類環(huán)境要求。如何在元件結構本身上來實現(xiàn)新環(huán)境要求功能，滿足用戶現(xiàn)在及未來對元件的特殊需求，對元件的材料選擇、結構設計提出了更大的挑戰(zhàn)。下面以一種全密封電磁屏蔽插銷式旋轉開關（LW-2WD6D）的結構設計、材料選擇為例，介紹其設計思路，為該類旋轉開關設計提供了參考。

1? ? 結構設計

開關外形為長方體，其外形圖如圖1所示，內部結構圖如圖2所示。外殼腔體內部裝配絕緣座，對開關電接觸部分與外殼實現(xiàn)絕緣處理;使用鉚釘將轉子組件（導電塊經塑壓成型）與轉軸鉚接固定，裝配在絕緣座腔體內部;通過模具將6組接觸片對塑壓成型（基座組件）固定，裝配在絕緣座上方，同時封閉絕緣座腔體，使用螺釘及銷釘固定;最后再通過螺釘將引線蓋固定。轉軸與外殼間裝配橡膠圈，引線蓋與外殼間、絕緣座與外殼間使用環(huán)氧樹脂膠密封固定。

開關總體結構分為3個部分，分別為接觸機構、轉換機構、安裝防護機構，3個機構通過轉軸同心連接。其工作原理為：在開關的插銷孔上插上工作插銷，轉輪受到推力的作用，克服扭簧阻力繞軸心作90°旋轉，并帶動轉軸和轉子組作同步運動，促使導電塊與接觸片脫開和接通，實現(xiàn)電路通斷功能。當拔出工作插銷后，轉輪在扭簧力的作用下產生復位運動，促使導電塊復位，實現(xiàn)電路選擇功能。

開關內部為6組接觸片，轉輪帶動導電塊作90°旋轉運動，其電路接通、斷開為6組接觸片的接通斷開。調整導電塊的位置關系，可實現(xiàn)不同組接觸片通斷關系。本開關初始時兩組接觸片導通，四組斷開;拔出插銷后兩組斷開，四組接通。同時，可根據實際使用情況刪減接觸片組數，改變電路組數。

開關結構特點為：外殼、引線蓋均采用金屬材料，導線焊接處通過引線蓋封閉，同時集束引出，避免焊腳外漏，提高了開關的電磁屏蔽功能;運動摩擦處均使用橡膠圈密封，外部裝配間隙處均填充環(huán)氧樹脂膠，實現(xiàn)開關全密封功能;同時，在金屬外殼四周打孔作為開關安裝孔，保證開關的安裝強度。

2? ? 參數設計

開關的電接觸由導電塊和接觸片實現(xiàn)。開關的接觸電阻是接觸可靠性的重要指標之一，根據賓德（Binder）導出公式：

R=ρ/2α

式中，R為接觸電阻（Ω）;ρ為材料的導電率;α為圓形接觸面的半徑（m）。

接觸面是由接觸點間的接觸壓力P的大小及接觸點材料的機械性能來決定的，根據赫茲（Herts）導出公式：

α=

式中，P為接觸壓力（N）;H為材料硬度;π為常數，取3.14。

影響接觸電阻的主要因素有材料的導電率、彈性模量和硬度、接觸壓力，另外，接觸電阻和材料的抗電弧能力、耐熔焊能力、耐磨能力和耐腐蝕能力、材料表面狀態(tài)如有無薄膜和灰塵等均有很大的關系。

接觸電阻與接觸壓力的關系如圖3所示，接觸電阻與接觸壓力成反比關系。隨著接觸壓力的增大，接觸電阻減小。在0～0.2 N接觸電阻急劇減小，變化率較大，大于0.2 N后接觸電阻隨著接觸壓力增大接近線性關系逐漸減小。

開關接觸電阻≤0.01 Ω，同時考慮換向力的大小、壽命次數、隨機振動的要求和制造誤差，接觸壓力取0.7 N以上較為合理。

3? ? 材料選擇

（1）外殼、引線蓋選用鋁合金材料，具有良好的電磁屏蔽功能，同時具有很強的抗振動沖擊性能。轉軸、轉輪、扭簧為開關的轉換機構，需要具有良好的機械強度，同時滿足嚴酷環(huán)境指標要求，所以選用不銹鋼材料。

（2）導電塊為載流零件，需要良好的電導率，材料選用銅板，表面鍍鎳金處理。接觸片作為載流零件，同時為彈性零件，需要選用導電性好、彈性好、抗疲勞材料，最終選用鈹青銅帶，表面鍍鎳金處理。

（3）絕緣座為絕緣隔絕零件，需要良好的絕緣性能、耐高低溫性能，最終選用聚醚砜PES，該材料具有耐高溫、絕緣性能良好等特點。

4? ? 結語

本文闡述了一種全密封電磁屏蔽插銷式旋轉開關的設計思路，從結構上和材料選用上實現(xiàn)了元件的全密封、電磁屏蔽功能，對未來元件的設計有一定的參考價值。

[參考文獻]

[1] 周茂祥.低壓電器設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

[2] 電子元器件專業(yè)技術培訓教材編寫組.接插件工藝學[M].北京：電子工業(yè)出版社，1985.

收稿日期：2020-03-27

作者簡介：羅博（1992—），男，貴州安順人，助理工程師，主要從事旋轉開關、鈕子開關的設計與開發(fā)工作。