自復位功能旋轉開關的設計

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

目前市場上的旋轉開關產品，大都不具有機械式自復位功能。我們所開發的這種旋轉開關具有自動復位功能。產品性能穩定。機械操作機構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，當旋桿旋轉時彈簧被拉伸并旋轉一個角度，開關的動觸片隨之動作，并與靜觸片接觸，開關處于通電狀態；釋放施加的外力時，彈簧回縮帶動旋桿反向旋轉，開關處于斷電狀態，實現開關的自動復位功。自復位旋轉開關在整機中是一個重要的信號傳輸、控制元件，通過開關觸點的接通與斷開，實現信號的通斷。

1 工作原理

自復位旋轉開關是一種常開式自復位、軸與軸套密封、面板和機殼密封結構的開關，帶止端，1 層、1 位，轉換角為30°。自復位旋轉開關由撥輪組件、撥輪殼體組件、定位片、定位環、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、卡釘等零部件組成，其工作原理如圖1 所示。

圖1 產品裝配結構與工作原理示意圖

1）彈簧在自由狀態時，開關處于斷開狀態，當旋動旋鈕時帶動旋桿組件同時運動，拉伸簧被拉伸，動接觸片和靜接觸片接觸，開關處于通電狀態；釋放外力，拉伸簧在彈力作用下回縮，帶動旋桿組件和旋鈕轉動，回到初始狀態，動、靜接觸片分離，開關斷電；完成開關的一次動作循環，實現開關電路轉換；

2）開關均為多節裝配結構，旋桿上雙扁與動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）開關的貫穿螺栓穿出固定開關尾部的最后一個開關片的螺母之外大于1mm，其螺紋類型為粗牙M1。

2 自復位旋轉開關的設計

2.1 設計內容

1）拉伸簧在旋桿和撥輪殼體之間實現伸縮功能，雙向旋轉，旋桿組件可順時針、逆時針雙向旋轉；

2）開關的動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硅橡膠密封圈實現深海密封；

4）開關旋鈕由發光材料直接注塑成型，以便在黑暗環境下準確辨認。

2.2 自復位旋轉開關設計的主要技術參數

1）開關外形尺寸：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）介質耐電壓：≥500Vd.c；

8）轉換力矩：0.005～3N·m；

9）電轉換壽：50000 次；

10）靜水壓力：1.0；

11）鹽霧：1000h；

12）照明特性：發光顯示；

13）靜水壓力：1.0MPa；

14）材料：抗海水腐蝕；

15）振動：20g；

16）沖擊：20g；

17）耐濕：95%。

2.3 可靠性設計

開關撥輪殼體組件及旋桿組件模具的設計：開關的撥輪殼體組件為增強尼龍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構，提高了產品的穩定性。模具設計時考慮到零件的尺寸精度和加工的可操作性，將成型腔設計為活動鑲塊式，便于注塑時連接螺母及旋桿的裝入。由于條件苛刻，成型時容易出現充不滿和粘模現象，加上組件均帶有鑲件、結構復雜，型芯、盲孔多、成型困難，所以要求模具結構合理，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料結構，縮短充料時間；3）型腔四周鑲嵌加熱棒，保證塑料流動性；4）型腔和型芯設計2°的拔模斜度，便于出模；5）模具四壁增設打料桿，保證零件順利出模；6）精確計算并嚴格控制合模壓力，成型壓力、保壓時間和保持模具溫度，設置排氣孔，保證材料在合模過程中充滿型腔。

拉伸簧的壽命決定旋轉開關的機械壽命，在設計過程中認真計算了拉伸簧拉力與其變形量之間的關系，確定了拉伸簧的長度為11.8mm，有效圈數為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大，使掛鉤在內能自由活動，并涂上低溫潤滑脂，減小拉伸簧掛鉤在轉動過程的磨損

2.4 工藝難點

接觸件是開關的關鍵零件，工藝上有以下兩個個難點：1）料薄（厚度0.1mm）沖制時容易出現毛刺，影響零件的尺寸和位置精度，因此對激進模的設計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）觸點鼓小，難成形；接觸片的加工質量是保證開關可靠性、電性能的關鍵。

為此設計制作了跳步模具，分5 部：1）沖外形；2）預引觸點鼓；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，嚴格按照設計文件和工藝要求進行加工，控制加工過程中的積累偏差。接觸片的熱處理是保證開關可靠性性能的關鍵工藝，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，放進真空熱處理爐中烘干。

3 結論

該產品經鑒定試驗，生產試制，各項性能指標滿足用戶要求。已進行批量供貨，產品性能穩定，用戶反應良好。其應用前景廣闊。

[1]國防科學技術工業委員會.GJB809A-97微動開關通用規范，北京：國防科工委軍標出版發行部，1987.

[2]機械設計手冊.5版，機械工業出版社，2010.