一種大功率帶鎖旋轉(zhuǎn)開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計

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(宜賓紅星電子有限公司，四川宜賓, 644000)

1 前言

該帶鎖大功率型旋轉(zhuǎn)開關(guān)，主要通過旋轉(zhuǎn)鑰匙帶動接觸件旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)電源的聯(lián)通與斷開兩種狀態(tài)間的切換功能。由于開關(guān)需要配備鑰匙，因此廣泛應(yīng)用于需要保障電路安全的地方。這就要求對開關(guān)的防誤動作即解鎖機構(gòu)和觸點通斷機構(gòu)和跳步機構(gòu)的設(shè)計進行研究，也就是對開關(guān)的解鎖機構(gòu)和觸點通斷機構(gòu)和跳步機構(gòu)進行合理設(shè)計。

2 產(chǎn)品研制

2.1 產(chǎn)品概述

本鑰匙鎖開關(guān)為功率型旋轉(zhuǎn)開關(guān)，主要通過人為撥動實現(xiàn)電源的聯(lián)通與斷開兩種狀態(tài)間的切換功能。開關(guān)具備三組聯(lián)動刀位切換、電纜接口以及用于完成狀態(tài)切換的鑰匙。本大功率帶鎖旋轉(zhuǎn)開關(guān)主要由解鎖結(jié)構(gòu)、觸點通斷機構(gòu)和跳步機構(gòu)三大部分組成。

2.2 技術(shù)要求

2.2.1電路要求

額定工作電壓為直流100V±10V，額定工作電流10A，旋轉(zhuǎn)開關(guān)具有三組聯(lián)動切換功能，共6個電氣接觸點。具備三組觸點同時分別通過200ms、30A電流的短時過載能力(通過總電流200ms、90A)。

狀態(tài)1接通關(guān)系為三組線路同時接通，狀態(tài)2接通關(guān)系為三組線路同時斷開斷。

2.2.2動作要求

旋轉(zhuǎn)開關(guān)是通過旋轉(zhuǎn)中心軸來驅(qū)動開關(guān)的切換機構(gòu)作繞軸線運動，從而實現(xiàn)狀態(tài)1與狀態(tài)2電路的切換功能。

旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于狀態(tài)1時，鑰匙不能自由轉(zhuǎn)動，但可以自由插入、拔出；處于狀態(tài)2時鑰匙被鎖定，既不能自由轉(zhuǎn)動，也不能自由拔出。

2.3 解鎖機構(gòu)設(shè)計

本大功率帶鎖旋轉(zhuǎn)開關(guān)解鎖機構(gòu)利用高低差的原理進行解鎖。解鎖機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：轉(zhuǎn)軸與端蓋外端面接觸，當(dāng)鑰匙插如轉(zhuǎn)軸并用力按下后，轉(zhuǎn)軸解鎖。此時轉(zhuǎn)軸可以自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到一定位置后，轉(zhuǎn)軸在底部彈簧作用力下向上彈起，與端蓋卡口接觸，轉(zhuǎn)軸鎖定。

為了保證密封性能，在轉(zhuǎn)軸上開有密封槽，通過密封圈達到密封效果。同時，為了防止開關(guān)處于狀態(tài)1時，鑰匙脫落。在鑰匙上設(shè)計一個R型槽，轉(zhuǎn)軸上打一個小孔，將鋼球壓入其中，與鑰匙上的R槽接觸，防止鑰匙脫落。

1.底座 2.彈簧 3.轉(zhuǎn)軸 4.密封圈5.鑰匙 6.壓簧 7.鋼球 8.端蓋圖1 解鎖機構(gòu)示意圖

2.4 觸點通斷機構(gòu)設(shè)計

觸點通斷機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示：機構(gòu)主要由1接觸件、2滾針、3壓簧、4動片芯組成。接觸件是電連接器件的核心，為了滿足產(chǎn)品短時大電壓和電流的要求，接觸結(jié)構(gòu)采用滾針式接觸，零件采用銀合金，表面鍍金處理。

1.接觸件 2.滾針 3.壓簧 4.動片芯圖2 觸點通斷機構(gòu)示意圖

圖3 觸點通斷機構(gòu)立體示意圖

接觸機構(gòu)立體圖如圖3所示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)動片芯時將帶動滾針旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)到一定位置后，滾針與接觸件接觸，上下接觸件導(dǎo)通。滾針后設(shè)計有彈簧，使其能有預(yù)壓力，能更好的與接觸件接觸。當(dāng)動片芯旋轉(zhuǎn)到另一位置時，接觸件斷開。為了時旋轉(zhuǎn)過程中能光滑過渡，在通和斷兩個位置之間設(shè)計有R型襯墊。

2.5 跳步機構(gòu)設(shè)計

本大功率帶鎖旋轉(zhuǎn)開關(guān)跳步機構(gòu)采用傳統(tǒng)的鋼球加內(nèi)齒形槽的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠，跳步清晰，有更好的操作感覺。

為了減小整體結(jié)構(gòu)的體積，滿足輕量化的設(shè)計要求，本結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)換動作部分設(shè)計在動片芯上。使產(chǎn)品更緊湊，整體重量更小。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，該跳步機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)由內(nèi)齒定位套、動片芯、彈簧、鋼球組成。

當(dāng)動片芯旋轉(zhuǎn)時，帶動鋼球一起旋轉(zhuǎn)。鋼球到達內(nèi)齒定位套的下一齒形時，在彈簧的作用力下順勢滑入，完成跳步。

為了保證換位的準(zhǔn)確性，在內(nèi)齒套上設(shè)計有限位槽，動片芯上有卡齒。當(dāng)動片芯旋轉(zhuǎn)，換位完成時，卡齒到達限位槽底部，動片芯不在旋轉(zhuǎn)。從而即保證了換位的準(zhǔn)確，又保證了接觸的可靠性。

1.內(nèi)齒定位套 2.動片芯 3.壓簧 4.鋼球圖4 跳步機構(gòu)示意圖

3 效果驗證

通過生產(chǎn)產(chǎn)品進行實物驗證，產(chǎn)品在額定工作電壓直流100V±10V，額定工作電流10A的條件下，靜態(tài)轉(zhuǎn)換。滿足技術(shù)要求，且跳步清晰，換位準(zhǔn)確，接觸可靠，操控性較好。

4 結(jié)論

通過對實際產(chǎn)品的電性能分析及實驗驗證，可以得出以下結(jié)論：在滿足產(chǎn)品電性能及動作要求的同時，根據(jù)產(chǎn)品是實際使用情況，選擇合適的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計保證。此外，還應(yīng)盡可能的考慮產(chǎn)品重量，減小體積，以及后續(xù)的批量生產(chǎn)。本次的滾針式接觸結(jié)構(gòu)設(shè)計，較好的解決了產(chǎn)品要求接觸電阻小的問題，經(jīng)實際應(yīng)用驗證滿足要求。通過本次開關(guān)設(shè)計，不僅為后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗，降低了生產(chǎn)成本。