非密封钮子开关的设计思路构建

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(贵州振华华联电子有限公司，贵州省凯里市)

随着信息技术的不断发展，作为信号传输与检测的重要元件，钮子开关的品种和种类也越来越多。对于开关的技术性能的可靠性提出了更高的要求。机电电子元件中，钮子开关承担着控制和检测的任务，属于控制元件范畴。在进行电路电子设计的过程中，需要对其转换和控制作用进行分析，保证完成断开和接通的电路任务。例如KNF-003型的非密封电子钮子开关，采用双刀双掷和中间位保持开关的运行，在设计要求上和总体设计方案中，需要进行认真的研究。

1 开关设计的基本要求和技术指标

钮子开关是是电子设备中常用的开关，主要用于交直流电源电路的通断控制，采用手动控制开关方式，操作方便。钮子开关的钮柄种类包括塑料圆锥、金属圆锥、荧光、塑套、锁杆、波形、扁杆、球形、桨式等[1]。钮柄其上加有弹簧，螺管口端有铣槽。非密封钮子开关的设计原理，是拨动手柄带动滑块运动的方式，驱动簧片足尖上的动静触点，产生闭合，然后放弃手柄，在复位弹簧的作用下，使得手柄能够回到中间位，断开动静触点。非密封牛子开关的主要技术指标包括了额定负载为27V，扳动角度为25度，工作温度范围为-55摄氏度到85摄氏度之间，电寿命能够达到两万次。

2 开关结构的设计

非密封牛子开关的设计，是为了满足产品的国产化要求进行的。基本要求是通过手柄的扳动，实现动静触点的转换，然后通过自动复位功能让手柄复位。

对于自动复位结构进行设计，可以采用在手柄的两边加装弹簧和弹簧架的方式，将弹簧贯穿在弹簧夹的两个脚部的位置，通过手柄，弹簧架外罩上的两个孔，实现了横向的定位，手柄可以手动摆动，弹簧架被推动后，产生了弹簧的压缩，此时将手柄放开，可以推动弹簧架回到初始的位置，实现手柄的自动复位[2]。

KNF-003型的非密封电子开关包含了滑块组件、驱动组件、弹簧片组件等部分，还有壳体组件、弹簧附件。

1为驱动组件，2为壳体组件，3为动簧片组件，4为滑块组件，5为压板，6为弹簧，7为弹簧架。

驱动组件的设计需要对手柄、外罩等进行设计，此设计关系到手柄的扳动角度。滑块的形成与触点的接触压力，影响着螺套的内径的尺寸，进行设计的时候要讲打孔中心的距离设置好，充分考虑零件的加工因素，设置理论数值为25度，经过计算，得到相关的零件尺寸。

滑块组件的结构设计，需要进行弹簧、滑块、压簧三部分的设计。滑块的两个孔包含了弹簧和动簧片组件，在进行耐腐蚀性和强度、韧性的选择的时候，充分考虑滑块的功能，挑选具有优异润滑性和耐磨性的滑块。如果发现开关有基础不良的情况，则需要进行接触点的检验。设计的时候通过增加压缩弹簧的方法，改变弹簧力的大小，将动触点和静触点之间的正压力进行调节，保证触点的接触的可靠性[3]。

动簧片组件的结构设计，采用导电体设计的思路，选取具有良好导电性能的钢板，将表面进行镀银，然后对触点材料进行开关的额定电负载的试验，选用导热和导电性能良好的银钢复合触点最为适宜。

动簧片的组件采用钮子开关常用的跷跷板式的结构设计，这种设计结构简单，能够实现可靠的接触，满足产品的设计要求。

壳体组件的结构设计，包含了触点、接线片等构件。在进行开关的内部设计的时候，一般在壳体足尖上，有两个腔体，担负着对壳体进行加强的作用。滑块的导向作用，能够起到虫咬的灭弧效果。由于外壳经常受到绝缘、介质压力等考验，因此，对于绝缘材料的要求是能够耐高温，能够具有很好的耐磨性。选取的酚醛塑一般是具有很好的强度和硬度的。绝缘性良好，耐热性较高。内部的零件的定位和安装，不仅产品重量轻，而且选用了金属零件作为导电的零件，保证了产品能够在接触电阻上保持较低的水平，同时具有良好的耐腐蚀性[4]。

3 非密封钮子开关总体设计原则

非密封钮子开关进行总体结构设计的时候，要注意由于其开关的独立动作由驱动机构组成，一般用于固定到设备面板上，包括螺母和垫片，构成了完整的产品。产品的性能指标的要求很高，在进行机构的设计的时候，要考虑驱动机构的设计原则，这关系到产品的性能和使用。接触电阻、产品的耐压性，并且要具有良好的手感。在设计前期可以通过有限元分析、动力学分析等方法，进行产品设计参数的计算。

非密封钮子开关外形示意图

进行机构设计的原则，保证产品的性能是关键。在机构的驱动组件中，弹簧是一个非常关键的零件，进行产品的设计的时候，需要进行材料的选型，通过寿命试验可以得到弹簧材料的质量结果，通过分析，如果发现弹簧的弹性不足以支持工作需要，可以对弹簧进行换取，当前弹性较好的65MN弹簧钢丝，能够满足耐盐雾的要求。铜鼓特种润滑油脂的涂模，更加具有抗腐蚀的性能。

在驱动机构的设计中，对于压片的厚度要特别注意，任何构件的误差都是在加工过程中产生了。例如手柄达到极限位置的时候，压片不一定能将微动开关的按钮压到位，压片本身可能会产生弯曲，压片的厚度如果不足也可能会导致按钮的压制不到位[5]。

对于开关的抗何从机型进行校核，需要在电路转换的时候摆动手柄实现，手柄在极限位置上，依靠弹簧的推动力保持稳定，进行产品的冲击试验，就是验证弹簧的刚度是否能够满足手柄的长度的要求[6]。如果满足不了产品的抗冲击性的测验，则表明产品的设计是无效的。采用抗冲击性校核的方式，摆动手柄达到位置，测试弹簧的作用力，设置三维模型进行分析，得到手柄的轴线上距离手柄的转动中心的距离。在手柄冲击的过程中不能过于摆动，产生的力矩如果过大，则说明冲击过程中手柄的摆动概率不大，产品能够满足冲击的要求。

由于开关的测试寿命明显地和测试时的板动速度有关, 因此在设计重要考虑使用寿命, 利用毫秒仪测试出导通中断时间可测得钮子开关手柄从一个极限位置扳到另一个极限位置的扳动时间。就应有一个正确的测试扳动速度[7]。由于测试寿命应反映手动操作时的使用寿命, 因此这一机动测试扳动速度应和手动扳动速度相一致。也就是应测试出手动扳动速度的数值。由扳动时间及扳动距离可计算出扳动速度。而且，该速度是扳动距离内的平均速度，据实验表明，手动扳动速度会因操作人员的不同而出现差异性，即使是同一操作人员，也会在不同测试中出现差异，平均差异在一毫米秒之间。目前，国内尚未制定钮子开关测试扳动速度的标准，因此，需要参考国外的标准要求，如借鉴美国对密封钮子开关的规范。

结语

经过设计原则的分析和设计环节的分析，我们可以看到对于非密封钮子开关产品的机构设计，需要在合理性和可靠性上进行研究，达到结构精巧、设计合理的目的。通过对部分零件的结构进行修改，可以使得非密封钮子开关产品的最终设计结构达到优化。经过设计定型鉴定，经过设计优化的非密封钮子开关，各项技术指标均能够满足规定标准，生产出的产品性能可靠，技术指标高。