非密封鈕子開關的設計思路構建

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(貴州振華華聯電子有限公司，貴州省凱里市)

隨著信息技術的不斷發展，作為信號傳輸與檢測的重要元件，鈕子開關的品種和種類也越來越多。對于開關的技術性能的可靠性提出了更高的要求。機電電子元件中，鈕子開關承擔著控制和檢測的任務，屬于控制元件范疇。在進行電路電子設計的過程中，需要對其轉換和控制作用進行分析，保證完成斷開和接通的電路任務。例如KNF-003型的非密封電子鈕子開關，采用雙刀雙擲和中間位保持開關的運行，在設計要求上和總體設計方案中，需要進行認真的研究。

1 開關設計的基本要求和技術指標

鈕子開關是是電子設備中常用的開關，主要用于交直流電源電路的通斷控制，采用手動控制開關方式，操作方便。鈕子開關的鈕柄種類包括塑料圓錐、金屬圓錐、熒光、塑套、鎖桿、波形、扁桿、球形、槳式等[1]。鈕柄其上加有彈簧，螺管口端有銑槽。非密封鈕子開關的設計原理，是撥動手柄帶動滑塊運動的方式，驅動簧片足尖上的動靜觸點，產生閉合，然后放棄手柄，在復位彈簧的作用下，使得手柄能夠回到中間位，斷開動靜觸點。非密封牛子開關的主要技術指標包括了額定負載為27V，扳動角度為25度，工作溫度范圍為-55攝氏度到85攝氏度之間，電壽命能夠達到兩萬次。

2 開關結構的設計

非密封牛子開關的設計，是為了滿足產品的國產化要求進行的。基本要求是通過手柄的扳動，實現動靜觸點的轉換，然后通過自動復位功能讓手柄復位。

對于自動復位結構進行設計，可以采用在手柄的兩邊加裝彈簧和彈簧架的方式，將彈簧貫穿在彈簧夾的兩個腳部的位置，通過手柄，彈簧架外罩上的兩個孔，實現了橫向的定位，手柄可以手動擺動，彈簧架被推動后，產生了彈簧的壓縮，此時將手柄放開，可以推動彈簧架回到初始的位置，實現手柄的自動復位[2]。

KNF-003型的非密封電子開關包含了滑塊組件、驅動組件、彈簧片組件等部分，還有殼體組件、彈簧附件。

1為驅動組件，2為殼體組件，3為動簧片組件，4為滑塊組件，5為壓板，6為彈簧，7為彈簧架。

驅動組件的設計需要對手柄、外罩等進行設計，此設計關系到手柄的扳動角度。滑塊的形成與觸點的接觸壓力，影響著螺套的內徑的尺寸，進行設計的時候要講打孔中心的距離設置好，充分考慮零件的加工因素，設置理論數值為25度，經過計算，得到相關的零件尺寸。

滑塊組件的結構設計，需要進行彈簧、滑塊、壓簧三部分的設計。滑塊的兩個孔包含了彈簧和動簧片組件，在進行耐腐蝕性和強度、韌性的選擇的時候，充分考慮滑塊的功能，挑選具有優異潤滑性和耐磨性的滑塊。如果發現開關有基礎不良的情況，則需要進行接觸點的檢驗。設計的時候通過增加壓縮彈簧的方法，改變彈簧力的大小，將動觸點和靜觸點之間的正壓力進行調節，保證觸點的接觸的可靠性[3]。

動簧片組件的結構設計，采用導電體設計的思路，選取具有良好導電性能的鋼板，將表面進行鍍銀，然后對觸點材料進行開關的額定電負載的試驗，選用導熱和導電性能良好的銀鋼復合觸點最為適宜。

動簧片的組件采用鈕子開關常用的蹺蹺板式的結構設計，這種設計結構簡單，能夠實現可靠的接觸，滿足產品的設計要求。

殼體組件的結構設計，包含了觸點、接線片等構件。在進行開關的內部設計的時候，一般在殼體足尖上，有兩個腔體，擔負著對殼體進行加強的作用。滑塊的導向作用，能夠起到蟲咬的滅弧效果。由于外殼經常受到絕緣、介質壓力等考驗，因此，對于絕緣材料的要求是能夠耐高溫，能夠具有很好的耐磨性。選取的酚醛塑一般是具有很好的強度和硬度的。絕緣性良好，耐熱性較高。內部的零件的定位和安裝，不僅產品重量輕，而且選用了金屬零件作為導電的零件，保證了產品能夠在接觸電阻上保持較低的水平，同時具有良好的耐腐蝕性[4]。

3 非密封鈕子開關總體設計原則

非密封鈕子開關進行總體結構設計的時候，要注意由于其開關的獨立動作由驅動機構組成，一般用于固定到設備面板上，包括螺母和墊片，構成了完整的產品。產品的性能指標的要求很高，在進行機構的設計的時候，要考慮驅動機構的設計原則，這關系到產品的性能和使用。接觸電阻、產品的耐壓性，并且要具有良好的手感。在設計前期可以通過有限元分析、動力學分析等方法，進行產品設計參數的計算。

非密封鈕子開關外形示意圖

進行機構設計的原則，保證產品的性能是關鍵。在機構的驅動組件中，彈簧是一個非常關鍵的零件，進行產品的設計的時候，需要進行材料的選型，通過壽命試驗可以得到彈簧材料的質量結果，通過分析，如果發現彈簧的彈性不足以支持工作需要，可以對彈簧進行換取，當前彈性較好的65MN彈簧鋼絲，能夠滿足耐鹽霧的要求。銅鼓特種潤滑油脂的涂模，更加具有抗腐蝕的性能。

在驅動機構的設計中，對于壓片的厚度要特別注意，任何構件的誤差都是在加工過程中產生了。例如手柄達到極限位置的時候，壓片不一定能將微動開關的按鈕壓到位，壓片本身可能會產生彎曲，壓片的厚度如果不足也可能會導致按鈕的壓制不到位[5]。

對于開關的抗何從機型進行校核，需要在電路轉換的時候擺動手柄實現，手柄在極限位置上，依靠彈簧的推動力保持穩定，進行產品的沖擊試驗，就是驗證彈簧的剛度是否能夠滿足手柄的長度的要求[6]。如果滿足不了產品的抗沖擊性的測驗，則表明產品的設計是無效的。采用抗沖擊性校核的方式，擺動手柄達到位置，測試彈簧的作用力，設置三維模型進行分析，得到手柄的軸線上距離手柄的轉動中心的距離。在手柄沖擊的過程中不能過于擺動，產生的力矩如果過大，則說明沖擊過程中手柄的擺動概率不大，產品能夠滿足沖擊的要求。

由于開關的測試壽命明顯地和測試時的板動速度有關, 因此在設計重要考慮使用壽命, 利用毫秒儀測試出導通中斷時間可測得鈕子開關手柄從一個極限位置扳到另一個極限位置的扳動時間。就應有一個正確的測試扳動速度[7]。由于測試壽命應反映手動操作時的使用壽命, 因此這一機動測試扳動速度應和手動扳動速度相一致。也就是應測試出手動扳動速度的數值。由扳動時間及扳動距離可計算出扳動速度。而且，該速度是扳動距離內的平均速度，據實驗表明，手動扳動速度會因操作人員的不同而出現差異性，即使是同一操作人員，也會在不同測試中出現差異，平均差異在一毫米秒之間。目前，國內尚未制定鈕子開關測試扳動速度的標準，因此，需要參考國外的標準要求，如借鑒美國對密封鈕子開關的規范。

結語

經過設計原則的分析和設計環節的分析，我們可以看到對于非密封鈕子開關產品的機構設計，需要在合理性和可靠性上進行研究，達到結構精巧、設計合理的目的。通過對部分零件的結構進行修改，可以使得非密封鈕子開關產品的最終設計結構達到優化。經過設計定型鑒定，經過設計優化的非密封鈕子開關，各項技術指標均能夠滿足規定標準，生產出的產品性能可靠，技術指標高。