一種自回中波段開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路分析

楊太榮 羅博 楊代發(fā)

摘要：波段開(kāi)關(guān)是指通過(guò)旋轉(zhuǎn)中心軸來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)各機(jī)構(gòu)繞軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多組電路轉(zhuǎn)換的開(kāi)關(guān)。這類波段開(kāi)關(guān)只能實(shí)現(xiàn)跳步轉(zhuǎn)換功能和單路電路轉(zhuǎn)換接通功能，不具備自動(dòng)復(fù)位回中、無(wú)切斷遞增同時(shí)接通的特點(diǎn)?，F(xiàn)提供一種自回中波段開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，為該元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇拓展了方向。

關(guān)鍵詞：自回中波段開(kāi)關(guān);設(shè)計(jì)思路;無(wú)切斷遞增同時(shí)接通

0? ? 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代電子設(shè)備功能集成化趨勢(shì)下，元件的使用環(huán)境也變得復(fù)雜化和多元化。如何在元件結(jié)構(gòu)本身上實(shí)現(xiàn)新環(huán)境要求功能，滿足用戶現(xiàn)在及未來(lái)對(duì)元件的特殊需求，對(duì)元件的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更大的挑戰(zhàn)。下面以一種自回中、無(wú)切斷遞增同時(shí)接通的波段開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇為例，介紹其設(shè)計(jì)思路，為該類波段開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)提供了參考。

1? ? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)自上而下三維立體布局，模塊化組合設(shè)計(jì)，部件間通過(guò)長(zhǎng)螺桿連接緊固為一體，采用螺母安裝方式，增加軸套及面板密封功能，產(chǎn)品的電路引線采用水平回轉(zhuǎn)布局設(shè)計(jì)，焊接式接線端。開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，總體結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分，分別為轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)和電路接觸機(jī)構(gòu)（開(kāi)關(guān)單元）。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為第一層，復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在第二層，電路接觸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在第三層，并形成開(kāi)關(guān)單元。上述三個(gè)機(jī)構(gòu)采用同心軸連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)同步驅(qū)動(dòng)。開(kāi)關(guān)電接觸方式采用切入式結(jié)構(gòu)，通過(guò)接觸片的彈性變形實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)對(duì)導(dǎo)通。

2? ? 換向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

換向機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)軸、基座組、壓簧、鋼球、跳步凸輪等零件組成，如圖2所示。開(kāi)關(guān)的換向采用鋼球、壓簧式結(jié)構(gòu)，工作原理是轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)換力矩的作用下開(kāi)始帶動(dòng)跳步輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使壓簧開(kāi)始?jí)嚎s，鋼球沿跳步輪內(nèi)壁滑動(dòng)，轉(zhuǎn)換至b位置，壓簧的壓縮量達(dá)到最大值，此時(shí)轉(zhuǎn)換力矩達(dá)到最大值，越過(guò)該位置后，壓簧被釋放，鋼球跳轉(zhuǎn)到下一位置，開(kāi)關(guān)完成轉(zhuǎn)換動(dòng)作。

3? ? 復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)位機(jī)構(gòu)為開(kāi)關(guān)自回中功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由轉(zhuǎn)軸、基座（甲）、墊片（乙）、扭簧座、扭簧、蓋板組成，如圖3所示。復(fù)位機(jī)構(gòu)工作原理是采用轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)中的“雙腳型”扭簧，利用扭簧兩端與基座凸臺(tái)的限位產(chǎn)生平衡力矩及反方向力矩，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)自動(dòng)回中的功能。當(dāng)開(kāi)關(guān)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，扭簧座在轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針轉(zhuǎn)換30°，使得扭簧產(chǎn)生彈性變形，產(chǎn)生反向力矩，轉(zhuǎn)矩釋放后，開(kāi)關(guān)在反向力矩的作用下自回中，完成復(fù)位回中功能。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同理。

4? ? 接觸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

接觸機(jī)構(gòu)為開(kāi)關(guān)電路切換或電路控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)最為核心的部分。接觸機(jī)構(gòu)主要由層板、上定觸片、動(dòng)觸片組件、動(dòng)觸片基座、基座（乙）、定觸片基座組件等組成，如圖4所示。接觸機(jī)構(gòu)工作原理是將V字形接觸片和定觸片壓鉚固定在定觸片基座上，動(dòng)觸片采用新型扇形平面結(jié)構(gòu)，動(dòng)觸片組件在轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下做同步運(yùn)動(dòng)，V字形接觸片在動(dòng)觸片組件的擠壓下產(chǎn)生彈性形變，從而產(chǎn)生彈力，為接觸機(jī)構(gòu)提供接觸壓力。動(dòng)觸片組件上端面的動(dòng)觸點(diǎn)與上定觸片接觸，轉(zhuǎn)換過(guò)程中扇形動(dòng)觸片能同時(shí)接通多個(gè)接觸片，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)無(wú)切斷遞增同時(shí)接通功能。接觸機(jī)構(gòu)為模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)使用要求進(jìn)行層數(shù)疊加，滿足不同環(huán)境的使用要求。

5? ? 材料選擇

（1）轉(zhuǎn)軸、扭簧、扭簧座為開(kāi)關(guān)的復(fù)位機(jī)構(gòu)載荷零件，需要具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、彈性強(qiáng)度，同時(shí)滿足嚴(yán)酷環(huán)境指標(biāo)要求。所以，轉(zhuǎn)軸選用不銹鋼材料，扭簧選用不銹彈簧鋼絲材料，扭簧座選用銅棒材料。

（2）導(dǎo)電件為開(kāi)關(guān)接觸結(jié)構(gòu)的載流零件，需要良好的電導(dǎo)率和可焊性。通過(guò)綜合分析，導(dǎo)電件材料選用銅帶，表面鍍鎳金處理。

（3）接觸片為開(kāi)關(guān)接觸結(jié)構(gòu)彈性零件，需具備良好的彈性能力、載流能力、抗疲勞能力。通過(guò)綜合分析，接觸片材料選用鈹青銅帶，表面鍍鎳金處理。

（4）基座為絕緣隔絕零件，需要良好的絕緣性能、耐高低溫性能。通過(guò)綜合分析，基座材料選用聚醚砜，該材料具有耐高溫、絕緣性能好等特點(diǎn)。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了一種自回中無(wú)切斷遞增同時(shí)接通的波段開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，從結(jié)構(gòu)上和材料選用上進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)元件自回中、電路無(wú)切斷遞增同時(shí)接通功能，對(duì)未來(lái)元件的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

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收稿日期：2020-04-15

作者簡(jiǎn)介：楊太榮（1990—），男，貴州平塘人，助理工程師，主要從事旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。