杨华
摘要：开关行业是当今电子化，信息化时代的一个充满生机，市场逐年递增的产业，且高科技信息电子设备已向高可靠、多功能发展。多方向拨动开关具有结构紧凑、寿命长、功能多、高可靠等特性，具有较高的技术含量，属当今开关行业中的高新产品。
关键词：多方向拨动开关设计
1功能及结构特性
该产品综合了按钮开关和钮子开关的功能特点，它是一种多功能、多方向（左右、上下几个方向均能动作）且自动复位的组合开关，既具有垂直按动（按钮）功能及肘节左右扳动（钮子）功能。
当进入拨动状态时，按动状态停止动作；当进入按动状态时，拨动状态停止动作。
2主要参数分析和计算
2.1绝缘电阻的分析绝缘电阻是开关的重要指标之一，是保证开关安全使用的保障，绝缘电阻越大开关安全性越高，因此，在选用塑料材料时（特别是基座），除考虑热变形温度、收缩率外，需重点考虑绝缘电阻的大小。根据理论依据，绝缘电阻是体积电阻和表面电阻的并联结果，即绝缘电阻R为：
式中:R—绝缘电阻，MΩ；Rv—体积绝缘电阻，MΩ；Rs—表面绝缘电阻，MΩ；Rv=ρv×d&pide;S；Rs=ρs×b&pide;S；
式中:ρv—体积电阻率，Ω；ρs—表面电阻率，Ωcm；d—导体间最短距离；b—爬电距离；S—导体间相对应的面积。
从上面这些公式中可以看出，影响绝缘电阻的主要因素有：体积绝缘电阻（体积绝缘电阻系数）、表面绝缘电阻（表面绝缘电阻系数）、导体间最短距离、爬电距离；还与材料的吸水率等有关。
基座材料的确定：经过对比和综合考虑，决定选用聚苯硫醚PPS，该材料绝缘性能良好，并且具有热变形温度高、韧性好，强度高、阻燃、耐化学腐蚀、耐磨等优点，吸水率低，收缩率小成型后收缩变形小等特点。使用该材料可以满足开关的设计要求。
2.2接触电阻分析接触电阻是开关接触可靠性的重要指标之一，根据宾德（Binder）导出公式：式中：R—接触电阻；ρ—材料的导电率；α—圆形接触面的半径。
接触面是由接触点间的接触压力P的大小及接触点材料的机械性能来决定的，根据赫兹（Herts）导出公式：
式中：P—接触压力；H—材料硬度；π—常数，取3.14。
从上面这些公式中可以看出，影响接触电阻的主要因素有：材料的导电率、弹性模量和硬度，接触压力，还有材料的抗电弧能力，耐熔焊能力，耐磨能力和耐腐蚀能力，材料表面状态，如有无薄膜和灰尘，等等均有很大的关系。
根据接触电阻与接触压力的关系（引自《接插件工艺学》），接触电阻与接触压力成反比关系。随着接触压力的增大,接触电阻减小。在0～0.2N之间接触电阻急剧减小，变化率较大，大于0.2N后接触电阻与接触压力的增大接近线性关系逐渐减小。
为保证开关接触可靠，接触电阻≤0.025Ω，同时考虑换向力的大小、寿命次数、高频振动的要求和制造误差，接触压力取0.6以上较为合理。
2.3接触压力的确定拨动方向的接触压力的确定，首先计算压簧(甲)的弹力，压簧(甲)见图3所示，该压簧是执动机构中决定动作力、接触电阻的关键零件，其设计参数直接影响开关的拨动力、抗环境能力（如振动、冲击），动作、寿命等，材料选用不锈弹簧钢丝，绕制成形后经油炉回火处理和表面去油处理。
根据如下公式：
式中:F－压力；λ－轴向变形量，mm；G—切变模量，不锈弹簧钢丝G=73000Mpa；d－弹簧钢丝直径，mm；D2－弹簧中径，mm；n－弹簧的有效圈数；λ=16.1-5=11.1mm；G=73000MPa；d=φ0.6mm；D2=φ4.8mm；n=8圈。将相关数据代入式（5.4）得到：
弹簧指数（旋绕比）C值的确定：
查机械设计手册，得知C值规定在4～14之间，C值越小，在成形时金属丝的变形越大，卷绕越困难；C值过大时，弹簧不稳定。
8在4～14之间，弹簧指数合理，即设计合理。
校核弹簧切应力：
式中：K－曲度系数（应力修正系数）；查得K=1.17
将数据代入公式得:
查表:不锈弹簧钢丝的许用切应力［τ］=1020N/mm2
因τ＜［τ］，表明弹簧强度满足设计要求，证明前面设定参数正确。
触点接触压力的计算:
①拨动方向的接触力计算:
根据开关工作时滑头所处的最高位置，对动触片进行受力分析如下：
F1—为弹簧通过滑头对动触片施加的力(F1=8.5N)；F2—为F1的分力；F3—触点接触压力
F2＝cos13°F1＝0.97×8.5＝8.28(N)；F3＝1.2×8.28/3.4＝2.9(N)
触点接触压力2.9N，能满足接触电阻对接触压力的设计要求。
②按动方向的接触压力计算:
按动方向的接触压力主要是弓簧片变形产生的。
现计算弓簧片的接触压力：
由公式(2.6)代入公式（2.5）
式中：[σ]—材料的许用应力；L—悬臂长度（L为6.7mm），见图5；S—材料厚度（S为0.3mm）；E—银铜合金材料弹性模量（132000N/mm2）。
式中：σB—材料的抗拉强度，银铜合金为1300N/mm2；G—安全系数，取1.2。
由公式（2.9）求:
将数据代入公式(2.8)中:
接触压力0.82N＞0.6N，设计合理。
3结论
多方向拨动开关，经过多次攻关和试验,通过了定型鉴定试验。该产品具有多方向、多功能组合、结构紧凑、换向灵活、自动复位、防尘、耐大电流、接触稳定等特点。该产品的研制、开发成功，满足了用户使用，在研制过程中提高了我厂的设计和工艺水平。由于其功能多、负荷大、寿命长、操作方便等优点，它将有可能逐渐取代传统的扳柄式钮子开关，其市场空间正逐年扩大。
参考文献：
[1]航空机械设计手册编写组.航空机械设计手册.国防工业出版社，1975.
[2]接插件工艺学.电子工业出版社，1985
[3]罗河胜.塑料材料手册.广东科学出版社，1988.
[4]机械零件设计手册.国防工业出版社，1986.
[5]朱余钊.电子材料.南京大学出版社，1994.
[6]连接器与开关.第二界学术论文集.
[7]吴宗泽.清华大学机械设计教研组、中央广播电视大学机械组.机械零件设计.中央广播电视大学出版社，1986.