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[摘 要]本文从工作原理、结构设计、热设计的方面简单阐述了小型微动开关的设计理论，实现开关性能指标。
[关键词]小型 接触 微动 开关
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0046-01
1 引言
随着现代信息技术的飞速发展，开关作为信号传输的重要电子元器件，其品种繁多，应用广泛。微动开关作为一种电路的控制元件，在电子设备及电路中起转换、控制作用，接通或断开一定的电路。
2 开关设计的技术要求
（1）工作电压：24VDC
（2）工作电流：1A
（3）绝缘电阻：≥1000 MΩ
（4）接触电阻：≤25 mΩ
（5）耐电压（海平面）： 500Vrms
（6）耐电压（11.59kPa） ：100Vrms
（7）工作温度范围： -65℃～+125℃
（8）按力： 0.6 N～3 N
（9）行程： 0.1 mm～0.5 mm
（10）振动：10～2000Hz，150m/s2
（11）冲击：1000 m/s2
（12）机械寿命：15000次
（13）电寿命：10000次
3 开关的结构设计
3.1 开关工作原理
KW-812型微动开关产品结构如图1所示：
KW-812型微动开关是单刀双掷、非密封精密微动开关，是由基座、盖板、按扭、动簧片组、上下接触片及接线端组成。开关接线端和定接触片、支撑簧片、动簧片均采用反铆结构。
开关电路转换形式如图2，其工作原理为：
（1）上接触片与接线端组成引出端3；下接触片与接线端组成引出端2；动簧片与接线端组成引出端1，做为公用接线端。
（2）自由状态下动簧片组中弓簧片受压，其作用力使动触点与上接触片相接，形成一组常闭接点。
（3）按动促动件（按钮）使动簧片组中的平簧片运动，断开常闭接点，接通下接触片，实现了一次动作转换。
（4）当外力消除，弓簧片带动动簧片恢复初始位置，接通常闭触点，完成开关的一次动作循环。
3.2 开关基本结构设计
3.2.1 接触系统设计
微动开关接触系统由动、静簧片组件、支撑簧片等组成，是开关的核心部分，接触系统的稳定性直接影响产品的接触电阻、触点抖动、寿命、振动、冲击等性能指标。
（1）开关触点
开关触点要求具有良好的导电性、较高的耐熔焊、耐电弧腐蚀等性能，触点材料选用了银镍合金或银氧化镉合金，银镍合金触点具有较高的硬度、耐磨性和抗电弧烧损能力，也具有较好的抗金属转移能力；氧化镉具有灭弧作用，使银氧化镉合金具有良好的抗电磨损和抗熔焊性，交流接触电阻低而稳定。
（2）开关接触簧片
开关接触簧片是该项产品的关键零件，它对电性能和机械性能起主要作用。动接触簧片和支撑簧片属弹性零件，长期处在弯曲应力或反复转换应力作用下，同时承受一定电流；在长期工作过程中，因应力松弛，会使触点间的接触压力减小，导致接触不良。因此动簧片材料要具有良好的弹性、导电性和抗疲劳强度，在微动开关型谱设计时我们根据具体产品结构和电性能要求，选用具有较高弹性、韧性及导电性能的铍青铜QBe2材料，材料厚度0.1mm，零件成型后进行时效处理。静接触簧片属于载流体，要求具有良好的导电性、较低的电阻率和较高的强度，产品选用了锡青铜或黄铜材料。
（3）接触压力
接触对间应有一定的接触压力，保证开关接触电阻不大于25mΩ的要求。在一定范围内，开关的接触电阻随着接触压力的增大而减小，但当接触压力增加到一定值时，接触电阻无明显减小，从而影响驱动动簧片的按力，增加动簧片和支撑簧片的负荷，加快运动簧片的疲劳，造成失效。为保证开关接触稳定、可靠、抗冲击振动，要精确计算确定接触压力数值。
3.2.2 产品精确度保证
要实现开关动作行程、差动行程、超行程的要求，保证产品动作精确，产品设计时考虑了如下因素：
（1）在结构尺寸设计中，严格控制上下引出端和动簧片组之间的位置、尺寸，保证开关动作的一致性及精度要求。
（2）合理设计触点的分断，转换工作状态和接触压力。
（3）严格控制簧片的时效处理硬度和弹性，提高传动机构的灵敏度和可靠性。
（4）制作专用工具，提高触点定位的准确度和部件组装的一致性。
3.2.3 产品的热设计
为了限制开关元件的发热及腔体内的温升，以减小因过热引起的绝缘材料性能劣化及产品性能的失效，提高产品可靠性。应采取如下措施：
（1）严格控制接触件的弹性，保证开关接触压力、选择适合的触点材料和形式，最大程度减小开关的接触电阻；银氧化镉具有良好的导电性能、抗熔焊性、耐电腐蚀及耐电磨损性能，并具有灭弧作用，适合大中功率电器中使用。故选用银氧化镉作为开关的触点材料。将其动触点设计成球面形状，使动、静触点更加有效可靠地接触，从材料和结构上满足大电流、功率型开关的要求。
（2）严格控制开关零件的机加工精度，保证开关转换时通断到位；合理选择触点材料，减小拉弧。
（3）加大触点工作区附近的空间，同时选择耐温性能好的基座材料，消除由于温升对产品造成的影响。
4 结论
小型微动开关设计合理，随整机试验考核后，性能指标满足使用要求。经批量供货，产品性能稳定，获得用户一致好评。
[关键词]小型 接触 微动 开关
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0046-01
1 引言
随着现代信息技术的飞速发展，开关作为信号传输的重要电子元器件，其品种繁多，应用广泛。微动开关作为一种电路的控制元件，在电子设备及电路中起转换、控制作用，接通或断开一定的电路。
2 开关设计的技术要求
（1）工作电压：24VDC
（2）工作电流：1A
（3）绝缘电阻：≥1000 MΩ
（4）接触电阻：≤25 mΩ
（5）耐电压（海平面）： 500Vrms
（6）耐电压（11.59kPa） ：100Vrms
（7）工作温度范围： -65℃～+125℃
（8）按力： 0.6 N～3 N
（9）行程： 0.1 mm～0.5 mm
（10）振动：10～2000Hz，150m/s2
（11）冲击：1000 m/s2
（12）机械寿命：15000次
（13）电寿命：10000次
3 开关的结构设计
3.1 开关工作原理
KW-812型微动开关产品结构如图1所示：
KW-812型微动开关是单刀双掷、非密封精密微动开关，是由基座、盖板、按扭、动簧片组、上下接触片及接线端组成。开关接线端和定接触片、支撑簧片、动簧片均采用反铆结构。
开关电路转换形式如图2，其工作原理为：
（1）上接触片与接线端组成引出端3；下接触片与接线端组成引出端2；动簧片与接线端组成引出端1，做为公用接线端。
（2）自由状态下动簧片组中弓簧片受压，其作用力使动触点与上接触片相接，形成一组常闭接点。
（3）按动促动件（按钮）使动簧片组中的平簧片运动，断开常闭接点，接通下接触片，实现了一次动作转换。
（4）当外力消除，弓簧片带动动簧片恢复初始位置，接通常闭触点，完成开关的一次动作循环。
3.2 开关基本结构设计
3.2.1 接触系统设计
微动开关接触系统由动、静簧片组件、支撑簧片等组成，是开关的核心部分，接触系统的稳定性直接影响产品的接触电阻、触点抖动、寿命、振动、冲击等性能指标。
（1）开关触点
开关触点要求具有良好的导电性、较高的耐熔焊、耐电弧腐蚀等性能，触点材料选用了银镍合金或银氧化镉合金，银镍合金触点具有较高的硬度、耐磨性和抗电弧烧损能力，也具有较好的抗金属转移能力；氧化镉具有灭弧作用，使银氧化镉合金具有良好的抗电磨损和抗熔焊性，交流接触电阻低而稳定。
（2）开关接触簧片
开关接触簧片是该项产品的关键零件，它对电性能和机械性能起主要作用。动接触簧片和支撑簧片属弹性零件，长期处在弯曲应力或反复转换应力作用下，同时承受一定电流；在长期工作过程中，因应力松弛，会使触点间的接触压力减小，导致接触不良。因此动簧片材料要具有良好的弹性、导电性和抗疲劳强度，在微动开关型谱设计时我们根据具体产品结构和电性能要求，选用具有较高弹性、韧性及导电性能的铍青铜QBe2材料，材料厚度0.1mm，零件成型后进行时效处理。静接触簧片属于载流体，要求具有良好的导电性、较低的电阻率和较高的强度，产品选用了锡青铜或黄铜材料。
（3）接触压力
接触对间应有一定的接触压力，保证开关接触电阻不大于25mΩ的要求。在一定范围内，开关的接触电阻随着接触压力的增大而减小，但当接触压力增加到一定值时，接触电阻无明显减小，从而影响驱动动簧片的按力，增加动簧片和支撑簧片的负荷，加快运动簧片的疲劳，造成失效。为保证开关接触稳定、可靠、抗冲击振动，要精确计算确定接触压力数值。
3.2.2 产品精确度保证
要实现开关动作行程、差动行程、超行程的要求，保证产品动作精确，产品设计时考虑了如下因素：
（1）在结构尺寸设计中，严格控制上下引出端和动簧片组之间的位置、尺寸，保证开关动作的一致性及精度要求。
（2）合理设计触点的分断，转换工作状态和接触压力。
（3）严格控制簧片的时效处理硬度和弹性，提高传动机构的灵敏度和可靠性。
（4）制作专用工具，提高触点定位的准确度和部件组装的一致性。
3.2.3 产品的热设计
为了限制开关元件的发热及腔体内的温升，以减小因过热引起的绝缘材料性能劣化及产品性能的失效，提高产品可靠性。应采取如下措施：
（1）严格控制接触件的弹性，保证开关接触压力、选择适合的触点材料和形式，最大程度减小开关的接触电阻；银氧化镉具有良好的导电性能、抗熔焊性、耐电腐蚀及耐电磨损性能，并具有灭弧作用，适合大中功率电器中使用。故选用银氧化镉作为开关的触点材料。将其动触点设计成球面形状，使动、静触点更加有效可靠地接触，从材料和结构上满足大电流、功率型开关的要求。
（2）严格控制开关零件的机加工精度，保证开关转换时通断到位；合理选择触点材料，减小拉弧。
（3）加大触点工作区附近的空间，同时选择耐温性能好的基座材料，消除由于温升对产品造成的影响。
4 结论
小型微动开关设计合理，随整机试验考核后，性能指标满足使用要求。经批量供货，产品性能稳定，获得用户一致好评。