浅析一种直压式行程开关功能故障原因及解决方案

浅析一种直压式行程开关功能故障原因及解决方案

郑风云

贵州航天电器股份有限公司 贵州  贵阳  550009

摘要：行程开关又称为限位开关，属于一种小电流主令电器，主要用于控制生产机械的运动方向、行程大小等，广泛使用在航空航天、工程机械及家用电器等领域。根据其驱动结构不同可分为滚轮式及直动式等，本文主要探讨一种直压式行程开关功能故障原因及解决方案。

关键词：直压，行程开关，失效

本文探讨的直压式行程开关外形为圆柱形，主要由外壳、密封结构（含促动件）、动接触系统、导向套、静接触系统、弹簧、导线及连接器组成。开关由一对常开触点和一对常闭触点组成，动、静接触系统被密封结构完全包裹住，外壳用于保护密封结构，开关底部通过引脚引出导线，导线另一端带有连接器，开关就通过连接器与外部控制系统之间传输信号。静接触系统上有两对相互独立的静触点，分别为一对常开触点和一对常闭触点；动接触系统触点为一定高度的圆柱，初始状态下，静接触系统常闭触点通过动触点接通；当促动件受到外力时，在外力的作用下推动动接触系统并压缩弹簧沿开关轴向向壳体内部缩进，当到达设计转换行程后，静接触系统常闭触点断开，静接触系统常开触点闭合，若持续给开关施加外力，那么促动件将继续带动动接触系统向下运动，直到全行程，动接触系统受到限位机构限制，不在向下运动，撤除给开关施加的压力，动接触系统将在弹簧的反作用力下复位，当到达给定的行程后，开关常开触点断开，常闭触点闭合，直到动接触系统恢复到初始位置。

行程开关安装在使用器械上后，在使用的过程中，总会因为各种各样的原因导致行程开关功能故障，下面就来探讨此类行程开关功能故障的主要原因，并给出相应的解决方案。

一、连接器失效

当连接器失效后，开关通、断信号就不能通过连接器传输到控制系统。连接器失效原因主要有插针锈蚀、插针偏针、弯针甚至断针等。针对插针锈蚀，极大可能是因为在包装过程中尚未对插 头进行保护，插针长期裸露在空气中就容易被腐蚀生锈。而插针偏针、弯针以及断针的现象，可能从以下两个方面分析，一是连接器防错结构不合理，工作人员对插时 在不正确的方向强制插入，造成插针偏针、弯针甚至断针；二是连接器孔与插针尺寸配合间隙不合理，当两者配合间隙过大时，在对插过程中插针晃动量大，连接器公端 插针不能精准插入母端对应孔没，强行对插后导致插针偏针、弯针甚至断针。针对以上问题，需要做到以下几点，一是在开关装配和运输过程中，一定对连接器做密封 保护，严谨暴露在空气中。二是在连接器设计时，应该遵循装配唯一性原则，设计防错结构，当操作方向相反连接器就无法对插，另外，应合理控制公端插针与其孔的配 合间隙，这样，就能避免针偏针、弯针甚至断针等问题。

二、导线损坏

由于导线损坏阻断开关与控制系统之间的信号传输。导线损坏原因主要有以下几个方面，一是开关导线装配空间设计过小，导线装配后与其他 零件之间有摩擦；二是装配工艺不合理，装配过程中没对导线才去保护措施，导线裸露且与其他零件之间直接接触；三是包装不合理，导致运输过程中导线受损。所 以，在设计过程中需考虑导线所到之处的空间结构，避免导线在装配或运输过程中因与其他零部件摩擦受损，且在装配过程中需要采取合理的措施对导线进行保护， 如采用芳纶丝套等包扎导线；另外，开关包装时也需把对导线的保护措施纳入考虑范围，必要时可在外包装张贴轻拿轻放等标识。

三、触点断裂

触点断裂导致动、静接触系统之间不能接通。造成触点断裂的原因主要有以下两点，一是触点材料选择不合理，由于动接触系统来回运动过程 中，静接触系统也在来回做扩张——收缩运动，当静接触系统中触点材料柔韧度不够时，将会出现断裂现象；二是开关结构设计不合理，动接触系统与导向结构配合 间隙过大，动接触系统运动过程中晃动量过大，来回撞击静接触系统触点，导致静接触系统触点断裂。固在开关设计过程中，应合理设计静接触系统与导向结构之间 的间隙，控制动接触系统的晃动量，且静接触系统触点材料既要具有足够的硬度也需保持良好的柔韧性，比如可选择银镁镍合金，且触点厚度适中，就能避免由于材 料原因导致的静接触系统触点断裂问题。

四、触点上杂物或腐蚀

触点异物或腐蚀导致动、静接触系统之间接触电阻过大或直接阻断两者的导通，触点异物原因主要考虑由以下几个方面造成，一是开 关密封性结构设计不合理，装配后外部环境杂物进去开关，附着在触点上，或者空气中的有害元素直接进入开关，造成开关接触不良；二是开关密封结构外装配前清 洁度不够，导致装配后掉落在触点上；如果在生产过程中已经避免了以上两点，那么第三个原因主要是由于装配过程导致，开关在装配之前没对触点进行清洁处理， 或者没在无尘的环境下操作等都会造成触点受到污染；另外，开关设计是，材料的选择也是一个非常重要的因素，某些非金属材料的挥发也会造成开关触点不洁净或 者镀层被腐蚀。所以，在开关装配工艺应明确在装配之前对触点的进行清洁处理，针对不同密封性（如水密封或者气密封）要求的开关应采用响应的密封结构进行保 护，且密封结构在装配之前必须完全清理干净，如采用半导体等级清理等，并尽量要求在无尘空间进行装配，开关零部件材料选择时，尽量避免选择易挥发性材料，这样将大大降低触点被污染或者被腐蚀的风险，保证开关可靠接触。

五、触点表面镀层磨损
触点表面镀层磨损将会导致开关接触电阻增大，影响接触可靠性。造成开关表面镀层磨损的因素主要有以下几点，一是开关触点镀层材 料及工艺不合理，触点镀层附着力不够，开关在动作过程中，触点镀层容易脱落，影响开关可靠接触；二是开关动、静触点之间的接触过盈量过大，动接触系统在轴 向上下运动的过程中，与静接触系统产生过大的摩擦力，迫使静接触系统或动接触系统触点上的镀层脱落，增大了两者的接触电阻；三是由于动、静接触系统之间接 触压力过大，导致动接触系统在轴向上下运动的过程中，与静接触系统产生过大的摩擦力，造成静接触系统或动接触系统触点上的镀层脱落。针对以上第一点镀层脱 落的问题，触点了选择恰当的基础材料，并镀上与附着力相对较强的材料，如动接触系统基材选择银氧化镉线（ AgCd○），镀层为金镍合金，静接触系统触点基材选择银镁镍合金（AgMgNi），镀层为金镍合金；其次，针对动、静接触系统之间过盈量大的问题，了从结构设计上考虑，控制两者接触过盈量，如0.35mm—0.5mm，经经验测算，以上区间过盈量产生 的触点接触压力仅约为0.4——0.5N，两者之间产生的摩擦力不足以对触点镀层造成很大的磨损；第三，为了解决动、静触点压力过大问题，了从静接触系统 触点的结构上考虑，触点材料合适的情况下，触点应尽量薄，如当采用银镁镍合金材料是，静接触系统触点厚度设计为0.14mm，这样可以提高触点的柔韧性， 在动、静接触系统相对运动是，静接触系统的触点将在根据不同情况进行弹性收缩，不至于造成两者的触点镀层磨损。

七、行程不够

当行程开关导通行程不够或刚好在临界点时，总会造成开关不工作或者似通非通的现象。
开关行程不够主要由以下因素造成，一是 开关行程设计错误直接导致开关动、静接触系统无法实现接通；二是开关零部件尺寸或公差设计不合理，导致在生产制造过程中由于尺寸过量的制造偏差，缩短了开 关的动作行程；三是零部件结构设计配合不合理，加上零件制造过程控制不到位，导致零件装配后尺寸偏差，最终造成开关动作行程偏短，比如我们会经常遇到此类 问题，也即是因为某些零部件根部未做清根处理，出现了台阶或者毛刺等，造成两个零件装配不到位，极大可能将会影响开关的行程，；四是由于装配偏差造成开关 行程偏短。因此，为避免开关行程偏短问题出现，首先在设计之前应明确开关的动作行程指标，避免设计错误，其次，在设计开关零部件时，应充分与开关行程相关 联的尺寸，并严格进行尺寸链计算，精准控制每一个尺寸的公差，即使零件尺寸都走极限也不能影响开关动作行程；再者，在进行零部件结构设计时，也需要注意零 部件之间的配合，在零件设计时，两个零件配根部合处最好做个倒角，或者直接指出某处需清根处理等；最后，在装配过程中，需要明确装配工艺，严格把控装配过 程，保证每一个零件装配到位，做到以上几点，基本可以避免开关行程过短的问题。