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1、三江学院本科生毕业设计（论文）原创三 江 学 院本科生毕业设计（论文）题 目 机械式大功率旋转开关设计 机械工程学院 机械设计制造及其自动化（汽车技术）专业学生姓名 徐成龙 学号 32011155019 指导教师 季 丰 职称 工程师 指导教师工作单位 三江学院 起讫日期 2015年3月2日 至 2015年6月2日 摘 要近年来，大功率旋转开关在工业生产，家用电气，小区物业，路灯管控，医疗设备，车站电路等需要频繁切换用电器的场所得到了大范围的应用。常规的机械式电控开关多采用黄铜触片或碳刷接触切换形式，切换电路的时候都是依靠滑动摩擦方式从一个电路切换至他路，长期频繁切换就会发生触点磨损严重，烧蚀
2、。造成接触不良，旋转开关失灵，漏电，短路等不良情况，对产品生产，工人生命安全照成威胁。本课题设计一种适合在大电流高功率条件下进行电路切换的机械式开关。取代传统的依靠黄铜触片或碳刷接触的形式，利用滚针轴承作为接触触点，在工作时依靠滚动摩擦的接触形式来切换不同的电路，大大的提高了开关切换接触的工作寿命，并同时保证了接触的可靠性。本课题涉及了多种材料强度的计算，轴系弯扭复合强度的校核，轴承使用寿命的计算，以及材料之间的接触电阻及工作电流计算等内容，并做了一些简要的核算和介绍。关键词：旋转开关；滚动摩擦；机械设计；电路切换ABSTRACTIn recent years, high-power rota
3、ry switch in industrial production, household appliances, residential property, street lighting control, medical equipment, such as the need for frequent switching station circuit appliances place to get a wide range of applications. Conventional mechanical electronically controlled switch contacts
4、or use more brass brushes switch contact form, when switching circuit are relying on sliding friction way to switch from one circuit to his way, long-term wear contact occurs frequently switched serious burn eclipse. Resulting in poor contact, rotary switch failure, leakage, short circuit and other
5、adverse conditions, for production, according to a security threat to the lives of workers.The purpose of this paper is to design of a switching circuit switching high power at high current conditions. Replace traditional forms rely brass contacts or brushes in contact with, the use of needle bearin
6、gs as a contact contacts at work rely on rolling friction contact form to switch to a different circuit, which greatly improves the switching contacts of working life, while ensuring the reliability of the contact.This issue relates to the calculation of a variety of materials strength, flexural and
7、 torsional strength of the composite check, bearing life calculation, and the contact resistance and the operating current and other content between the materials, and made some brief accounting and presentation.Key words：Mechanical rotation power switch; rolling friction; mechanical design; circuit
8、 switched目 录第一章 绪论11.1课题的来源 11.2课题目的和意义 11.3国内外产品现状 11.4本文的研究内容 2第二章 总体方案设计32.1机械式大功率旋转开关的整体设计 42.2本设计解决的技术问题 52.2.1旋转主轴的导电方式 52.2.2输入电流的分配方式 62.2.3保证开关长久使用的设计 7第三章 机械部件的设计与计算 103.1压紧弹簧的选择103.2滚针轴承的选择及校核计算113.3旋转主轴的设计及校核计算12第四章 电气部分的设计计算 154.1输入与输出导线截面积的计算154.2旋转导电块最小截面积的计算164.3接触电阻的校核计算16结束语 19致谢 2
9、1参考文献 22三江学院2015届本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1课题的来源在现代工业中，大功率旋转开关是必不可少的电气设备，大功率旋转开关可以有利于更好的满足工业生产需要，可以调换多个不同档位，完成各个不同机械设备的定时切换工作，以提高生产效率，降低生产成本，降低劳动强度。目前，大功率旋转开关已在许多生产企业得到广泛应用。大功率旋转开关是一种可以在大电流条件下长期连续工作的切换开关，目前在许多工业生产，家用电气，小区物业，路灯管控，医疗设备，车站电路等方面都有着广泛的应用。常规机械式电控开关多采用黄铜触片或碳刷接触，工作时依靠滑动摩擦相互接触导电，传导大电流，这样的话长时间工作就会有
10、较大的磨损，时间久了就会照成接触不良，导电效率下降，卡滞，异响，因此不适合长时间连续性工作。1.2课题目的和意义本课题的研究意义在于综合运用机械设计理论，机械结构优化，工程力学分析原理，在保证整个1进6出机械式大功率旋转开关具有足够的强度，刚度和稳定性的基础上，利用滚动轴承作为开关触点，用滚动摩擦方式取代滑动摩擦方式，提高开关切换接触的工作寿命，并同时保证接触可靠性，减少开关切换时的触点磨损，采用大面积触点接触，保证大电流的通过能力，提高开关切换接触的工作寿命。并以合理的尺寸结构适合工业企业的生产安装，以满足生产需要。1.3国内外产品的现状现如今随着工业生产，家用电气，小区物业，路灯管控，医疗
11、设备，车站电路等设备的不断发展更新，大功率旋转开关已经得到广泛的应用。然而目前市场上的大多数旋转开关都是以黄铜片接触为主，如图1-1所示。外壳为阻燃绝缘材料，如图1-2所示。只能供手动不频繁的换挡，如经频繁换挡就会造成触点烧蚀，照成接触不良，长时间频繁使用会照成塑料外壳破损，旋转开关失灵，导致漏电，短路等不良情况，对产品生产，工人生命安全照成威胁。 图1-1黄铜导片式旋转开关 图1-2塑料外壳式旋转开关1.4本文的研究内容基于传统的大功率的开关依靠黄铜片滑动接触，长时间大电流工作就会照成接触点磨损，烧蚀，接触不良，无法实现大功率工作的弊端。本课题提出并改变传统的触点滑动接触为滚动接触，解决传统
12、大功率开关的因磨损而照成的接触问题，使机械式旋转开关能够长时间，大功率的频繁切换工作，达到一个持久稳定良好的工作状态。该机械式大功率旋转开关具有制造成本低，体积小，可靠性高，具有广阔的市场前景。论文主要包括以下几方面内容：（1）机械式大功率旋转开关整体方案的设计及所需解决的技术问题；（2）机械式大功率旋转开关机械部分的设计计算，包括旋转主轴的导电方式，轴的设计和计算，输入电流的分配方式，滚针轴承的压紧结构；（3）机械式大功率旋转开关导电体部分的设计计算，包括水银滑环与轴的导电接触，轴与旋转块的导电接触，旋转块与轴承的接触电阻；第二章 总体方案设计根据课题整个设计的要求为“机械式的大功率旋转开关
13、”，因此，本设计在大多数部件方面将采用纯机械结构。因为从多方面的新型电器产品可以发现机械设备大多要比电气设备的稳定性要强，如：家用电气，工程电气设备，军用电气设备，传统汽车电气，新能源汽车电气等。可以发现在很多追求稳定的产品，会尽可能的减少电气部件的应用，在军用装甲车，越野车，坦克等野外设备上可以发现它们的基本设备很少采用大范围的电气设施，而是以纯机械设施为基础，配合完成达到所需要的应用目的，即提高了设备的稳定性，又达到了应用目的。从而，在本课题的机械式大功率旋转开关上，本设计将以机械结构为基础，以机械配合完成课题所需求的长期大功率的机械切换要求，其中的设计涉及的计算、导电块结构，压紧弹簧结构，触点的结构，旋转主轴的结构等。为达到稳定性的需要，在很多结构上，本设计以求简单合理，将诸多结构简化设计，由繁杂加以梳理变成简单实用的工业产品。为了使得本设计以合理的机械结构取代传统小功率小电流旋转开关，使得本产品所需要的稳定性，经济性，便利性得以提高，可以更好的应用到最合适的工业要求上去。在本课题简化精良设计的过程中所涉及的技术要点是1. 旋转主轴的导电方式：本设计的工作电压范围为6380V，工作电流也要不小于100安培。 2. 输入电流的分配方式：本设计需要达到1路电流进入切换为6路输出的分配形式。
