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限位开关的工作原理、特性、材质、用途、组成形式
录入时间:2012-5-4   浏览次数:1767
      行程限位开关又称限位开关,用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中,将行程限位开关安装在预先安排的位置,当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时, 行程限位开关的触点动作,实现电路的切换。因此, 行程限位开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器,它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械,用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中,还利用行程限位开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位,轿厢的上、下限位保护。
行程限位开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。

限位开关特性,指为保护内置微动开关免受外力、水、油、气体和尘埃等的损害,而组装在外壳内的开关,尤其适用于对机械强度和环境适应 性有特殊要求的地方。
形状大致分为横向型、竖向型和复合型。下图表示典型的竖向型限位开关的构造。限位开关大致上是由五个构成要素组成的。

内置微动开关驱动机构

对于限位开关来说,微动开关的驱动机构是与密封性能和动作特性直接相关的重要部分。其构造分为三类,如下表所示。

(1)活塞型
根据密封方法不同,有表中的A型和B型2个种类。A型是用O型环 或薄膜密封的,由于密封橡胶没有外露,在抵制工作机械的切割碎 屑方面功能较强大,但其反面影响是,有可能会将砂子、切割粉末 等压入活塞的滑动面。B型虽然不会把砂子、切割粉末等压入,且 密封性能优于A型,但由于炽热的切割碎屑飞溅过来,有可能会损 坏橡胶帽。因此,要根据使用场所的不同选用A型或B型。而柱塞 型仍然通过柱塞的往复运动压缩或吸进空气。 为此,如果长时间将柱塞压入,限位开关内的压缩空气逸失,内部 压力将与大气压相同,即使急于让柱塞复位,柱塞却有迟缓复位的 倾向。为了避免发生这种故障,设计时,根据柱塞的压入将空气的 压缩量控制在限位开关内部全部空气量的20%以内。另外,为了延 长微动开关的寿命,在这一构造内部设置了一个OT吸收机构,该 OT吸收机构采用OT吸收弹簧,用以吸收残余的柱塞的行程。该机 构相对于柱塞的运动,在中途停止按压微动开关辅助柱塞的行程。

(2)铰链摆杆型
在摆杆端部(滚珠),柱塞的行程量根据摆杆的比例扩大,因此, 一般不使用OT吸收机构。

(3)旋转摆杆型
举一个典型的示例,来示例WL的构造,但除此之外,还有两个类 型:将复位柱塞的功能赋予柱塞的类型;通过线圈弹簧获取复位 力、用凸轮带动辅助柱塞的类型。
■开关的构成材料

开关材料


零件 材料 材料记号 特征
接点 金 Au 抗腐蚀性非常优越,用于微小负载。因为其质地较柔软(维氏硬度HV25~65),因此较易黏着(接点黏着),并且在接点接触力较大的情况下接点容易凹陷。
金、银合金 AuAg 90%金、10%银的合金抗腐蚀性非常优越,硬度为HV30~90,比金高,因此广泛用于微小负载用开关。
白金、金、银合金 PGS 69%金、25%银、6%白金的合金抗腐蚀性非常优越,硬度也与金银合金相同,广泛用于微小负载用开关。称为作“1号合金”。
银、钯合金 AgPd 抗腐蚀性较好,但较易吸附有机气体生成聚合物。50%银、50%钯的情况下,硬度为HV100 ~200。
银 Ag 导电率、热传导率在金属中是最大的。虽然表现出较低的接触电阻,但其缺点是,在硫化气体的环境中较易生成硫化膜,在微小负载区域较易产生接触不良。硬度为HV25~45。多用于一般负载用开关。
银、镍合金 AgNi 90%银、10%镍的银、镍合金导电率与银接近,在抗电弧、抗熔化方面表现优良。硬度为 HV65~115。
银、铟、锡合金 AgInSn 硬度、熔点较高,抗电弧性优越,不易熔化或转移。
可动弹簧、可动片 弹簧用磷青铜 C5210 压延性、抗疲劳性及抗腐蚀性优良。已进行退火处理。如果弹簧临界值(Kb0.075)C5210-H 为40kgf/mm2以上、C5210-EH为47kgf/mm2以上,较低,广泛用于小型微动开关的可动片。
用于弹簧用铍铜
(时效硬化处理型) C1700 C1720 压延加工后进行时效硬化处理。导电率较高,并且进行硬化处理后,如果弹簧临界值(Kb0.075)C1700-H在90kgf/mm2以上、C1720-H在47kgf/mm2以上,非常高,用于弹簧临界值必须为较高的微动开关。
弹簧用铍铜(mill-hardend材料) C1700-□M C1720-□M 出厂时,材料厂商已进行过时效硬化处理(称为密尔哈敦材料),零件加工后(压延)无需进行时效硬化处理。如果弹簧临界值(Kb0.075)在65kgf/mm2以上(参考值),就会比弹簧用磷青铜高,广泛用于小型微动开关的可动弹簧。
弹簧用不锈钢(奥氏体系列) SUS301-CSP SUS304-CSP 抗腐蚀性优良。临界值(Kb0.075)SUS301-CSP-H在50kgf/mm2以上、SUS304-CSP-H在40kgf/mm2以上。
外壳、保护帽 苯酚树脂 PF 热硬化性树脂。广泛用于微动开关的外壳材料。UL温度指数为150℃,UL阻燃级别在94V-1 以上,吸水率为0.1~0.3%。微动开关多使用无氨材料。
PBT树脂 PBTP 热可塑性树脂。玻璃纤维强化型多用于微动开关的外壳材料。UL温度指数为130℃,UL阻燃级别在94V-1以上,吸水率为0.07~0.1。
PBT树脂 PETP 热可塑性树脂。玻璃纤维强化型用于微动开关的外壳材料。UL温度指数为130℃,UL阻燃级别在94V-1以上,吸水率为0.07~0.1。
聚酰胺(尼龙)树脂 PA 热可塑性树脂。与PBT和PET相比,玻璃纤维强化型的耐热性较好。由于吸水率较高,因此请尽量选用吸水率较低的品种。UL温度指数为180℃,UL阻燃级别在94V-1以上,吸水率为0.2 ~1.2。
聚苯硫醚 PPS 热可塑性树脂。与PA相比,其耐热性更为优越。UL温度指数为200℃,UL阻燃级别在94V-1 以上,吸水率为0.1。
开关盒 铝(铸件) ADC 多用于限位开关的开关(箱)盒的材料。JIS H5302中有标准。
锌(铸件) ZDC 与铝铸件相比,适用于较薄的部位,抗腐蚀性也比铝铸件优越。JIS H5301中有标准。
密封橡胶 丁腈橡胶 NBR 耐油性优良,广泛应用于限位开关。根据结合腈的量将腈的等级分为5类,即极高(43%以上)、高(36~42%)、中高(31~35%)、低(24%以下),耐油性、耐热型、耐寒性稍有不同。使用温度范围为-40~130℃。
硅胶 SIR 耐热型、耐寒性优良,使用温度范围为-70~280℃,但耐油性较差。
氟化胶 FRM 与腈丁二烯、硅胶相比,耐热型、耐寒性、耐油性优良,但在耐油性方面根据油的成分不同有时会比腈丁二烯还差。
氯丁二烯橡胶 CR 耐臭氧性、耐气候性较好。广泛应用于对耐气候性有特殊要求的微动开关。
限位开关 用语说明

■一般用语


限位开关:
为保护小型开关不受外力、水、油、尘 埃等的侵害而将其装入金属外壳或者塑料 外壳中的开关。(以下称开关)
额定值
一般指作为开关特性和性能的保证标准的 量, 如额定电流, 额定电压等, 以特定 的条件为前提。
有接点
指利用接点的机械开合来实现开关的功能。
接触形式
根据各种用途构成接点的电气输入输出电路的方式。
树脂固定(塑封端子)
用导线对端子部分完好配线, 通过充填树 脂使该部分固定, 消除暴露在外的带电部 分, 提高密封性的一种方法。
■与结构、构造相关的用语


■关于寿命的用语


机械寿命
将过行程(OT)设为规格值,在未通电状态下的开关寿命。
电气寿命
将过行程(OT) 设为规格值,在额定负载(阻性负载)下的开关寿命。
FP (自由位置)
没有施加外力时驱动杆的位置。
OP (动作位置)
向驱动杆施加外力,使可动接点刚从自由位置的状态开始反转时的位置。
TTP (总行程位置)
驱动杆到达驱动杆停止档时的位置。
RP (返回位置)
减少对驱动杆的外力,使可动接点刚从动作位置反转到自由位置状态时驱动杆的位置。
OF (动作力)
为了从自由位置移动到工作位置所必须给驱动杆施加的力。
RF (回复力)
为了从总行程位置移动到回复位置,必须对驱动杆施加的力。
PT (预行程)
驱动杆从自由位置到动作位置的移动距离 或移动角度。
OT (过行程)
驱动杆从动作位置到总行程位置的移动距离或移动角度。
MD (应差行程)
驱动杆从动作位置到返回位置的移动距离或移动角度。
TT (总行程)
驱动杆从自由位置到总行程位置的移动距离或移动角度。
■EN60947-5-1规格用语
对目录中使用的上述规格用语说明如下。
EN60947-5-1
「电气机械控制电路设备」的EN规格。和IEC60947-5-1的内容相同。
使用范围


开关按用途来分类。请参考下面的例子。
电流类别 种类 典型用途
AC AC-15 超过72VA(伏安)的电磁负载的控制
AC-14 72VA(伏安)以下的电磁负载的控制
DC DC-12 阻性负载和半导体负载的控制

额定动作电流(le)
使开关动作的额定电流值
额定动作电压(Ue)
使开关动作的额定电压值。不能超过额定绝缘电压(Ui)。
额定绝缘电压(Ui)
开关保持绝缘性的最大额定电压值。是耐压值和爬电距离的参数。
额定密闭热电流(I the)
在开关带电部位为密封型的开关中, 持续通电时也不会超过规格规定的临界温升值的电流值。
材质为黄铜的端子部位的规格规定的临界温升值为65℃。
额定脉冲耐压(Uimp)
开关在绝缘不被损坏的情况下可承受的脉冲电压的峰值。
有条件的短路电流
开关在短路保护装置动作前可承受的电流值。
短路保护装置(SCPD)
在短路时通过切断保护开关的装置。(断路器, 保险丝等)
污染度


开关的使用环境


环境有以下4个等级, 限位开关属于污染度3。
等级 内容
污染度 1 没有污染,或者只产生干燥的非导电性污染。
污染度 2 通常只产生非导电性污染,但由于结露可能导致一时的导电性。
污染度 3 产生导电性污染。或者非导电性污染由于结露而产生导电性污染。
污染度 4 由于尘埃或雨雪等原因产生持续的导电性的污染。

防触电保护等级
 
Class 0 仅用基本绝缘来防止触电。
Class I 除了基本绝缘,还用接地来防止触电。
Class II 使用双重绝缘或加强绝缘来防止触电,不需要接地。
Class III 使用了超低压电路防止触电,因此不需要采取防触电措施。

开关的组成形式


(1)直动式行程限位开关 其结构原理如图1所示,其动作原理与按钮开关相同,但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度,不宜用于速度低于0.4m/min的场所。

直动式行程限位开关组成
1-推杆 2-弹簧 3-动断触点 4-动合触点
(2)滚轮式行程限位开关 其结构原理,当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时,撞杆转向右边,带动凸轮转动,顶下推杆,使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时,在复位弹簧的作用下,各部分动作部件复位。

滚轮式行程限位开关组成
1-滚轮 2-上转臂 3、5、11-弹簧 4-套架 6-滑轮 7-压板 8、9-触点 10-横板
滚轮式行程限位开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮(羊角式)非自动复位式,双滚轮行移开关具有两个稳态位置,有“记忆”作用,在某些情况下可以简化线路。
(3)微动开关式行程限位开关的组成: 常用的有LXW-11系列产品
1.推杆 2.弹簧 3.压缩弹簧4.动断触点 5.动合触点

 

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限位开关的工作原理、特性、材质、用途、组成形式

 
 
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