電磁開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作+1

1、電磁開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作 一、概述 起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)是由激磁線圈和動(dòng)鐵心組成，由電提供能量，是一種由電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的并帶輔助裝置的柱塞式電磁鐵（圖1）。圖1 圖2 以開關(guān)裝配形成來分分可分為整體式電磁開關(guān)（圖2）和分體式電磁開關(guān)（圖3）。 圖3 圖4以起動(dòng)機(jī)的嚙合來分，可分為強(qiáng)制嚙合式（圖4）和輔助嚙合式電磁開關(guān)（圖5）。圖5各種形式的電磁開關(guān)，是針對(duì)起動(dòng)機(jī)來講的，離開起動(dòng)機(jī)來講電磁開關(guān)，就失去了其根本意義。電磁開關(guān)典型的電路圖及起動(dòng)機(jī)電路圖如下：電路圖二、電磁開關(guān)在起動(dòng)機(jī)上的安裝形式的要求1、安裝方式與起動(dòng)機(jī)連接有凸緣式(見圖4）和平底式的（見圖3），通過螺釘、螺栓緊固。鐵心與起動(dòng)機(jī)連接，通

2、常有直推式（圖6）、鉤式（圖7）、凹槽式（見圖2）、螺栓（圖8）等。 圖6 圖7 圖8 電磁開關(guān)電壓等級(jí)通常分為12V和24V兩種電壓等級(jí)。因而導(dǎo)致電磁開關(guān)始吸電壓、釋放電 a壓也為兩種,分別為8.4V、16.8V 和4.8V、9.6V，作為電磁開關(guān)的生產(chǎn)，對(duì)斷電能力的要求應(yīng)充分 b考慮，否則,難于正常工作,甚至 損壞整個(gè)起動(dòng)機(jī)。每個(gè)電磁開關(guān)，均有斷電能力設(shè)計(jì)（圖9）。 c d e f 圖9 主觸點(diǎn)壓降應(yīng)作為專門考慮的，否則，將大大降低起動(dòng)機(jī)的扭矩及輸出功率。對(duì)強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)的電磁開關(guān)和輔助嚙合式起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)的工作狀況不同，要求也不同。一般來講，強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)的電磁開關(guān)工作時(shí)間稍長些，對(duì)

3、保持線圈的要求相對(duì)稍高一些，而對(duì)于輔助起動(dòng)的電磁開關(guān)來講，狀況有所不同，吸引線圈的要求要更高一些，因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)要輸出很大的電流，并要考慮起動(dòng)機(jī)在偶然的頂齒狀態(tài)下還能工作，因而選材也不同。任何電磁開關(guān)都是本身產(chǎn)生力，又利用彈簧抵消力，從而保持一定的力而滿足起動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，并不是電磁開關(guān)的吸力越大越好（當(dāng)然要考慮在發(fā)熱狀態(tài)下也能正常工作），否則將會(huì)損壞起動(dòng)機(jī)，損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。三、有關(guān)電磁的基本原理1、磁場和磁力線在磁源周圍的一定的空間，所有鐵磁物均要受磁源的磁力影響，這磁源影響的范圍叫磁場。磁場由無數(shù)的假想的線來描繪，統(tǒng)稱磁力線。磁力線的多少，可表示磁場的強(qiáng)弱，用磁力線的流向表示磁場的方向。在一物體

4、的外部，磁力線由N極流向S極的，在內(nèi)部卻又連續(xù)地由S極流向N極的。2、磁通和磁感應(yīng)強(qiáng)度通過某一截面的磁力線數(shù)稱為磁通，在規(guī)定單位截面積內(nèi)穿過的磁力線數(shù)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。3、電和磁的關(guān)系右手定則確定了電流方向和磁力線的方向，電磁開關(guān)就是應(yīng)用這一原理，而使動(dòng)鐵心向一個(gè)方向動(dòng)作，而組成電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)構(gòu)。4、磁阻和磁導(dǎo)磁能流過導(dǎo)磁體和空氣隙時(shí)，同樣要受到一定的阻力，這就是磁阻。磁阻的倒數(shù)即為磁導(dǎo)。磁阻的大小與磁場的長度成正比，而與磁路的截面積成反比。相反地，磁導(dǎo)的大小與截面積成正比，而與長度成反比。四、電磁開關(guān)的磁路和吸力計(jì)算1、電磁開關(guān)的磁路電磁開關(guān)通過靜鐵心、動(dòng)鐵心、開關(guān)殼形成一個(gè)磁路，產(chǎn)生一

5、個(gè)較大的力。電磁開關(guān)的激磁線圈與動(dòng)鐵心之間產(chǎn)生一個(gè)磁路，形成一個(gè)螺線管力。吸力公式：F=9.8×（B/5000）2·S式中： F電磁吸力（N）B 磁感應(yīng)強(qiáng)度（wb/cm2）S磁極表面總面積（cm2）在計(jì)算氣隙較大時(shí)的吸力，應(yīng)引入一個(gè)修正系數(shù)。公式為：F=9.8×（B/5000）2·S·1/（1+a）式中： a為修正系數(shù)，一般取35； 氣隙長度（cm）為了便于計(jì)算，可以忽略鐵磁阻所推導(dǎo)出來的數(shù)值，可以列為：F=9.8×6.4×10-8(IW)2兀r2/2+g/u0(z2/Lc)2式中： IW為安匝數(shù)，即電流×匝數(shù) g

6、比磁導(dǎo)，即G/L五、電磁磁開關(guān)的設(shè)計(jì)1、對(duì)各部分的彈簧的分析電磁開關(guān)的形式不同，采用的彈簧數(shù)也不同，但受力情況均為一致的。（1）動(dòng)觸點(diǎn)初壓力動(dòng)觸點(diǎn)初壓力，即裝配成一體的彈簧預(yù)壓力。增大初壓力，可以有效地改善始吸過程中的撞擊，減少粘連現(xiàn)象，改善動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)之間往復(fù)沖擊，避免往復(fù)過程中的拉弧現(xiàn)象。根據(jù)起動(dòng)機(jī)的功率及工作電流的大小，合理選用，常用為2050N，對(duì)于大功率的輔助嚙合式起動(dòng)機(jī)的電磁開關(guān)，這初壓力還應(yīng)大一些，可為4080N。（2）動(dòng)觸點(diǎn)終壓力動(dòng)觸點(diǎn)終壓力，既要考慮動(dòng)鐵心完全吸合狀態(tài)，又要考慮復(fù)位（可能有2只）彈簧的反力，可采用5080N的壓力，因?yàn)檫@要考慮動(dòng)、靜觸點(diǎn)，要通過很大的電流，（

7、甚至考慮起動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)的電流）而盡可能減少兩者的接觸電阻，使之不易溫度過高而損壞。2、斷電距離對(duì)整體式電磁開關(guān)而言，這個(gè)問題不存在，因動(dòng)鐵心的行程較大，斷電距離已大大滿足。對(duì)分體式強(qiáng)制嚙合式的電磁開關(guān)這個(gè)問題較重要。斷電距離就是電磁開關(guān)靜止時(shí)的動(dòng)觸點(diǎn)距靜觸點(diǎn)的間隙。電磁開關(guān)工作時(shí)將產(chǎn)生較大的火花，而帶負(fù)荷斷開時(shí)，其火花更大，而引起拉弧。其溫度高達(dá)13002000。間隙過小，更為引弧，燒蝕觸點(diǎn)。起動(dòng)機(jī)小于1.5kw時(shí)，斷電距離應(yīng)大于2mm，其它一般應(yīng)大于3mm。3、附加行程附加行程即動(dòng)觸點(diǎn)剛接觸到靜觸點(diǎn)時(shí)至動(dòng)、靜觸點(diǎn)完全閉合終停時(shí)頂桿的位移量。這個(gè)距離要根據(jù)起動(dòng)機(jī)功率大小而確定，一般取14mm。起

8、動(dòng)機(jī)功率小時(shí)，可取小值，反之取大值。應(yīng)該注意的是，附加行程大小可影響起動(dòng)機(jī)的始吸電壓高低及保持電壓的高低。附加行程的最后確定，因根據(jù)起動(dòng)機(jī)的檢測(cè)情況而最后經(jīng)修正后確定。4、動(dòng)、靜鐵心端部形狀的確定電磁開關(guān)是螺管式電磁鐵，這種形式的動(dòng)靜鐵心由于受到兩個(gè)吸力的作用，即動(dòng)、靜鐵心之間的表面力F1和另一個(gè)漏磁通所產(chǎn)生的螺管力F2，因此，電磁開關(guān)的電磁吸力等于兩者之和。根據(jù)電磁開關(guān)的氣隙大小及實(shí)際工作情況，可選為平頂和錐頂?shù)男螤睢?、設(shè)計(jì)程序根據(jù)起動(dòng)機(jī)的要求，首先確定開關(guān)殼和動(dòng)鐵心的連接方式，再確定磁路計(jì)算、吸力的近似計(jì)算，根據(jù)等截面的原則（輔助嚙合式除外）確定動(dòng)、靜鐵心的直徑，確定激磁線圈的參數(shù)。（1

9、）初步考慮的內(nèi)容A、氣隙較大的電磁開關(guān)根據(jù)初步需要的吸力、行程，首先確定鐵心的直徑，開關(guān)殼的內(nèi)、外徑，其次確定激磁線圈的尺寸，再考慮激磁線圈的安匝數(shù)，然后計(jì)算線徑。最后根據(jù)以上數(shù)據(jù)構(gòu)畫出其他尺寸。B、氣隙較小的電磁開關(guān)這與前者的根本區(qū)別在于，前者借用其較大的螺管力，而后者考慮的是動(dòng)、靜鐵心的表面吸力。此類電磁開關(guān)的設(shè)計(jì)程序：確定動(dòng)、靜鐵心的直徑開關(guān)殼的內(nèi)外徑線圈厚度線圈長度導(dǎo)線直徑確定安匝數(shù)其它零部件。六、設(shè)計(jì)和制作過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)1、開關(guān)殼開關(guān)殼一般采用材料為鋼10，有冷擠成形的、拉伸成形的，甚至有鋼管鉚壓或焊接的，應(yīng)該說冷擠和拉伸的性能較好，可優(yōu)先采用。開關(guān)殼尺寸標(biāo)注應(yīng)考慮起動(dòng)機(jī)因素。安

10、裝靜鐵心的內(nèi)圓最好設(shè)計(jì)成過盈配合。根據(jù)開關(guān)的大小，收口內(nèi)包的壁厚0.8-1.2mm（圖10）。 圖10開關(guān)殼的線圈繞組、靜鐵心的裝配，應(yīng)考慮分二個(gè)步驟：第一步向下壓緊靜鐵心；第二步再收口，在夾具上應(yīng)有所考慮。既考慮壓緊又不能把開關(guān)殼壓塌。在開關(guān)殼上一般有防轉(zhuǎn)凸臺(tái)，根據(jù)每種開關(guān)均應(yīng)制定不同的防轉(zhuǎn)扭矩。2、靜鐵心靜鐵心的材料一般為鋼08、10。有鉚壓式的、一次成形的，一次成形的性能較好。鉚壓式的磁阻較大，如考慮不周，在耐久試驗(yàn)中，可能會(huì)產(chǎn)生電磁開關(guān)無力現(xiàn)象。靜鐵心小外圓應(yīng)比動(dòng)鐵心的外徑略大些，與線圈架內(nèi)襯套過渡配合，便于動(dòng)鐵心定心，避免錐頂式鐵心卡??；靜鐵心大外圓與開關(guān)殼可過盈配合；靜鐵心軸向尺寸

11、應(yīng)注意，一方面考慮電磁開關(guān)的附加行程，另一方面要考慮起動(dòng)機(jī)的單向器打出位置（圖11）。 圖11靜鐵心中間的孔是安置頂桿的，孔的內(nèi)徑和粗糙度要控制，國外有的加工成錐孔，對(duì)頂桿動(dòng)作有其幫助的。靜鐵心的檔板的厚度不應(yīng)小于4mm，既有磁路的需要，又要滿足機(jī)械緊固及剛性上的需要。3、動(dòng)鐵心動(dòng)鐵心采用材料一般為鋼08、10。大部分加工形式是采用先冷拉，然后再切削加工，國外有拉槽式的，一般外徑不加工，部分要磨加工。動(dòng)鐵心的外圓與線圈架內(nèi)襯的間隙不應(yīng)太小,否則在工作中，由于塵埃、泥水，包括電鍍層脫落，會(huì)引起動(dòng)作不靈，甚至卡滯而不能工作。動(dòng)鐵心的端面與起動(dòng)機(jī)撥叉連接的尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有所考慮，否則附加行程一致性也

12、不好，影響使用效果（見圖12a、b）。 a b 圖12 還有Bosch拉桿形式鐵心、Mitubishi內(nèi)凹式鐵心，要保證尺寸，有一定難度，在設(shè)計(jì)和加工時(shí)應(yīng)注意。4、動(dòng)觸組合動(dòng)觸組合有單獨(dú)式（圖13a）、散件式（圖13b）。 a b 圖13 絕緣墊圈及檔圈絕緣墊圈一般用酚醛玻璃布板，厚度1.2mm；檔圈不贊成用GB896開口檔圈（圖GB896）。 圖GB896 絕緣襯套絕緣襯套采用酚醛棉纖維模塑料,禁止采用酚醛壓塑粉,因?yàn)榉尤核芊蹮o纖維,既不耐高溫,更不耐沖擊。絕緣襯套一般采用加熱壓制成型（圖14）。在設(shè)計(jì)時(shí),2，因尺寸過小，纖維流動(dòng)性差， 圖14僅粘合劑填充進(jìn)去，沒有強(qiáng)度。如動(dòng)觸點(diǎn)為圓形的，

13、應(yīng)比動(dòng)觸點(diǎn)厚度高0.2mm；如動(dòng)觸點(diǎn)為條狀的，應(yīng)比動(dòng)觸點(diǎn)厚度小0.3mm左右。如電磁開關(guān)為整體式的，外圓盡可能大一些，厚度也應(yīng)可能厚些。 動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)材料大都為T2，一般均為沖壓式冷擠成形，形狀為圓片狀、條狀等（見圖15a、b、c、d）。采用硬的交貨狀態(tài)或進(jìn)行壓平工藝，主要考慮材料組織緊密、剛性好。日本Nikko公司的動(dòng)觸點(diǎn)采用T2沖壓后，再在表面沖制數(shù)十個(gè)凸點(diǎn)，意在增大散熱面積，改善接觸狀況。表面要進(jìn)行酸洗。 a b c d 圖15 頂桿頂桿材料多為馬氏體型不銹鋼，如1Cr13及H68、Q195等。近年來國外采用硬鋁材料，性能均不錯(cuò)。頂桿材料一般采用非導(dǎo)磁材料，如電磁開關(guān)有充足的吸力，可采用

14、Q195等導(dǎo)磁材料，但對(duì)于靜鐵心的內(nèi)孔，以及頂桿連接的垂直度另有要求。如中間有凸臺(tái)形式的頂桿,且較長的,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮冷鐓工藝的要求，可以在長端設(shè)計(jì)成略大一點(diǎn)，這樣工藝性較好，便于加工（圖16）。 圖16 在動(dòng)觸組合裝配中和裝配后，對(duì)頂桿端部到動(dòng)觸點(diǎn)平面的尺寸要進(jìn)行測(cè)量和控制，必要時(shí)要采用矯正和調(diào)整，便于控制附加行程。5、開關(guān)盒開關(guān)盒的材料常用熱固性塑料，比較普通的是4110酚醛棉纖維模塑料或534酚醛碎布模塑料，也有部分廠家采用4330酚醛玻璃纖維增強(qiáng)壓塑料。這許多材料的加工均為加熱模壓而成的。國外有采用141、151等酚醛壓塑粉的，但由于和我們國情有些不相符，使用較少。由于棉纖維和碎布混和在

15、塑料里，流動(dòng)性差，因而設(shè)計(jì)開關(guān)盒的時(shí)候，對(duì)筋等薄壁部位要有所考慮，厚度小于2mm的筋盡量不用，否則，壓制出來的工件合格率很低，且筋的部位大都是酚醛樹脂，沒有強(qiáng)度。 在開關(guān)盒的頂部盡可能設(shè)計(jì)隔離凸臺(tái)（圖17），把B端、M端和S端的接線部位隔開。隔離凸臺(tái)的高度應(yīng)高于接線柱第一個(gè)鎖緊墊圈2mm以上。 圖17如開關(guān)盒在電磁開關(guān)上采用螺釘固定的，要考慮臺(tái)階高度，避免使用非標(biāo)準(zhǔn)長度的螺釘；如整體收口鉚壓的，考慮S端位置，盡可能對(duì)壓裝模不產(chǎn)生干涉。開關(guān)盒在裝配前，有條件的要采用風(fēng)浴工藝。6、靜觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)大都采用T2材料，經(jīng)冷鐓成形，螺紋經(jīng)碾壓而成（圖18）。 圖18靜觸點(diǎn)工作端部形狀，大都采用球形，端部刻紋

16、。裝配前進(jìn)行酸洗。對(duì)于24V以上的電磁開關(guān)靜觸點(diǎn)，為了減少粘連和液橋現(xiàn)象，采用含接觸點(diǎn)的工藝。觸電材料為銅鎢合金、銀鉬合金、銀氧化鎘等。由于觸點(diǎn)生產(chǎn)工藝基本為內(nèi)氧化法和粉末冶金法，對(duì)于粉末冶金法生產(chǎn)的觸點(diǎn)不能進(jìn)行酸洗，否則將對(duì)電磁開關(guān)帶來嚴(yán)重的缺陷。靜觸點(diǎn)的材料采用鋼件的，對(duì)端點(diǎn)的電壓降難以達(dá)到JB/T 6706-2006中3.20的要求。7、彈簧電磁開關(guān)彈簧常用材料為碳素彈簧鋼絲C級(jí)。采用彈簧機(jī)卷繞而成，后經(jīng)過回火、立定、表面處理。彈簧最常用的公式：彈簧剛度P=Gd4/8D3n式中： P 彈簧剛度（N/mm） G - 剪切彈性模量（N/mm2）,79×103 d - 鋼絲直徑（mm

17、）D - 彈簧中徑（mm）n - 彈簧有效圈數(shù) 考慮到彈簧工藝，一般在高度上可保留一定范圍，在預(yù)壓力、工作壓力、極限壓力應(yīng)有所標(biāo)注及控制（圖19）。 考慮到防止彈簧的失效，一般彈簧的 螺旋角在5°9°之間，特殊情況下可略大些。為了保證彈簧穩(wěn)定的剛度，有效工作圈數(shù)一般不少于3圈，特殊情況不少于2圈。 圖19 彈簧的表面處理，如無特殊需要，盡可能采用氧化處理，避免電鍍處理帶來不良后果。8、線圈及漆包線的選用GB6109.1規(guī)定了漆包線的漆膜厚度、熱級(jí)。漆膜厚度分為3級(jí)：1級(jí)表示薄漆型；2級(jí)表示厚漆型；3級(jí)表示特厚漆型。在電磁開關(guān)中大都采用2級(jí)型。熱級(jí)：表示漆包線的耐熱等級(jí)。米電

18、阻：在20時(shí)測(cè)量1m長的銅線的電阻。 =1/581/59 (·mm2/m)如果電阻Rt在溫度t而不是在20環(huán)境下測(cè)量，20時(shí)的電阻R20可按下式換算而得： R20=Rt/1+(t-20)式中： t 測(cè)量時(shí)實(shí)際溫度 （） 溫度系數(shù)在15-25溫度范圍內(nèi)，溫度系數(shù)為3.96×10-3。電磁開關(guān)選用漆包線，應(yīng)根據(jù)起動(dòng)機(jī)情況而定。對(duì)強(qiáng)制式嚙合的起動(dòng)機(jī)，吸引線圈可用130級(jí)的，保持線圈可用155級(jí)的；而對(duì)于輔助嚙合的起動(dòng)機(jī)，吸引線圈甚至用200級(jí)聚酯亞胺/聚酰胺亞胺復(fù)合線。這些還應(yīng)參照發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)，有所變化。吸引線圈與保持線圈一般同向繞制，建議采用保持線圈的末端接地，可以避免帶來麻煩。對(duì)于規(guī)格較小的銅線去漆，建議化學(xué)除漆法，采用剝漆機(jī)去漆，可能影響電磁開關(guān)性能。兩組線圈匝數(shù)一般相符，根據(jù)電阻變化，可適當(dāng)有所變化。整體式電磁開關(guān)的兩組線圈的匝數(shù)差不應(yīng)超過50匝，但在彈簧設(shè)計(jì)上相應(yīng)改變。至于保持線圈的反饒幾十匝，在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以彌補(bǔ)。保持線圈的電流密度控制在30A范圍內(nèi)。吸引線圈的電流密度可大些，但相應(yīng)的措施應(yīng)跟上。9、橡膠密封件的確定和選用電磁開關(guān)用橡膠件，常用為丁腈橡膠。主要在電磁開關(guān)上起兩個(gè)作用：一、密封