羅博 楊太榮 胡云亮

摘 要：旋轉(zhuǎn)開關(guān)又稱為“波段開關(guān)”，在電子儀器和通信設(shè)備中起電路和信號轉(zhuǎn)換或選擇作用。隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，元件的全密封及電磁屏蔽功能成為必不可少的要素?，F(xiàn)提供一種全金屬密封、電磁屏蔽、多刀位插銷式旋轉(zhuǎn)開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，為元件的多功能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇拓展了方向。

關(guān)鍵詞：全密封;電磁屏蔽;旋轉(zhuǎn)開關(guān)

0? ? 引言

電子信息技術(shù)的快速發(fā)展及現(xiàn)代電子設(shè)備的功能集成化趨勢，使得元件的使用環(huán)境變得復(fù)雜化，需要去適應(yīng)新的電磁屏蔽、全密封、抗振動(dòng)沖擊等各類環(huán)境要求。如何在元件結(jié)構(gòu)本身上來實(shí)現(xiàn)新環(huán)境要求功能，滿足用戶現(xiàn)在及未來對元件的特殊需求，對元件的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更大的挑戰(zhàn)。下面以一種全密封電磁屏蔽插銷式旋轉(zhuǎn)開關(guān)（LW-2WD6D）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇為例，介紹其設(shè)計(jì)思路，為該類旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)計(jì)提供了參考。

1? ? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開關(guān)外形為長方體，其外形圖如圖1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。外殼腔體內(nèi)部裝配絕緣座，對開關(guān)電接觸部分與外殼實(shí)現(xiàn)絕緣處理;使用鉚釘將轉(zhuǎn)子組件（導(dǎo)電塊經(jīng)塑壓成型）與轉(zhuǎn)軸鉚接固定，裝配在絕緣座腔體內(nèi)部;通過模具將6組接觸片對塑壓成型（基座組件）固定，裝配在絕緣座上方，同時(shí)封閉絕緣座腔體，使用螺釘及銷釘固定;最后再通過螺釘將引線蓋固定。轉(zhuǎn)軸與外殼間裝配橡膠圈，引線蓋與外殼間、絕緣座與外殼間使用環(huán)氧樹脂膠密封固定。

開關(guān)總體結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分，分別為接觸機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、安裝防護(hù)機(jī)構(gòu)，3個(gè)機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸同心連接。其工作原理為：在開關(guān)的插銷孔上插上工作插銷，轉(zhuǎn)輪受到推力的作用，克服扭簧阻力繞軸心作90°旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子組作同步運(yùn)動(dòng)，促使導(dǎo)電塊與接觸片脫開和接通，實(shí)現(xiàn)電路通斷功能。當(dāng)拔出工作插銷后，轉(zhuǎn)輪在扭簧力的作用下產(chǎn)生復(fù)位運(yùn)動(dòng)，促使導(dǎo)電塊復(fù)位，實(shí)現(xiàn)電路選擇功能。

開關(guān)內(nèi)部為6組接觸片，轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)導(dǎo)電塊作90°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其電路接通、斷開為6組接觸片的接通斷開。調(diào)整導(dǎo)電塊的位置關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)不同組接觸片通斷關(guān)系。本開關(guān)初始時(shí)兩組接觸片導(dǎo)通，四組斷開;拔出插銷后兩組斷開，四組接通。同時(shí)，可根據(jù)實(shí)際使用情況刪減接觸片組數(shù)，改變電路組數(shù)。

開關(guān)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：外殼、引線蓋均采用金屬材料，導(dǎo)線焊接處通過引線蓋封閉，同時(shí)集束引出，避免焊腳外漏，提高了開關(guān)的電磁屏蔽功能;運(yùn)動(dòng)摩擦處均使用橡膠圈密封，外部裝配間隙處均填充環(huán)氧樹脂膠，實(shí)現(xiàn)開關(guān)全密封功能;同時(shí)，在金屬外殼四周打孔作為開關(guān)安裝孔，保證開關(guān)的安裝強(qiáng)度。

2? ? 參數(shù)設(shè)計(jì)

開關(guān)的電接觸由導(dǎo)電塊和接觸片實(shí)現(xiàn)。開關(guān)的接觸電阻是接觸可靠性的重要指標(biāo)之一，根據(jù)賓德（Binder）導(dǎo)出公式：

R=ρ/2α

式中，R為接觸電阻（Ω）;ρ為材料的導(dǎo)電率;α為圓形接觸面的半徑（m）。

接觸面是由接觸點(diǎn)間的接觸壓力P的大小及接觸點(diǎn)材料的機(jī)械性能來決定的，根據(jù)赫茲（Herts）導(dǎo)出公式：

α=

式中，P為接觸壓力（N）;H為材料硬度;π為常數(shù)，取3.14。

影響接觸電阻的主要因素有材料的導(dǎo)電率、彈性模量和硬度、接觸壓力，另外，接觸電阻和材料的抗電弧能力、耐熔焊能力、耐磨能力和耐腐蝕能力、材料表面狀態(tài)如有無薄膜和灰塵等均有很大的關(guān)系。

接觸電阻與接觸壓力的關(guān)系如圖3所示，接觸電阻與接觸壓力成反比關(guān)系。隨著接觸壓力的增大，接觸電阻減小。在0～0.2 N接觸電阻急劇減小，變化率較大，大于0.2 N后接觸電阻隨著接觸壓力增大接近線性關(guān)系逐漸減小。

開關(guān)接觸電阻≤0.01 Ω，同時(shí)考慮換向力的大小、壽命次數(shù)、隨機(jī)振動(dòng)的要求和制造誤差，接觸壓力取0.7 N以上較為合理。

3? ? 材料選擇

（1）外殼、引線蓋選用鋁合金材料，具有良好的電磁屏蔽功能，同時(shí)具有很強(qiáng)的抗振動(dòng)沖擊性能。轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)輪、扭簧為開關(guān)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，需要具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)滿足嚴(yán)酷環(huán)境指標(biāo)要求，所以選用不銹鋼材料。

（2）導(dǎo)電塊為載流零件，需要良好的電導(dǎo)率，材料選用銅板，表面鍍鎳金處理。接觸片作為載流零件，同時(shí)為彈性零件，需要選用導(dǎo)電性好、彈性好、抗疲勞材料，最終選用鈹青銅帶，表面鍍鎳金處理。

（3）絕緣座為絕緣隔絕零件，需要良好的絕緣性能、耐高低溫性能，最終選用聚醚砜PES，該材料具有耐高溫、絕緣性能良好等特點(diǎn)。

4? ? 結(jié)語

本文闡述了一種全密封電磁屏蔽插銷式旋轉(zhuǎn)開關(guān)的設(shè)計(jì)思路，從結(jié)構(gòu)上和材料選用上實(shí)現(xiàn)了元件的全密封、電磁屏蔽功能，對未來元件的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 周茂祥.低壓電器設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2] 電子元器件專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)教材編寫組.接插件工藝學(xué)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1985.

收稿日期：2020-03-27

作者簡介：羅博（1992—），男，貴州安順人，助理工程師，主要從事旋轉(zhuǎn)開關(guān)、鈕子開關(guān)的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。