哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
微动开关是一种按照设定行程和操作力完成电路接通与开断的电器，广泛
应用于航空航天器舱门、仪表台和驾驶舱的电气控制系统中。近年来，由于簧
片疲劳、应力松弛、触点电弧烧蚀、环境腐蚀等导致微动开关电接触失效的现
象时有发生，极大地影响了航空电气系统的可靠性。本文以单刀双掷型航空微
动开关为研究对象，对其机械反力特性和动作特性进行分析，研究微动开关最
大操作力、动作行程、燃弧能量和接触电阻等参数的退化规律，揭示电接触失
效机理。
首先，建立微动开关机械反力特性的理论分析模型。通过分析微动开关的
结构特征与工作原理，推导压缩弹簧和柔性簧片的弹性力计算公式。进一步结
合各阶段弹性零件的几何变形与受力状态，获得微动开关机械反力与按键位移
的关系表达式，并分析压缩弹簧和簧片的弹性模量和初始压缩量对机械反力特
性的影响。
然后，仿真分析微动开关的动作特性。建立微动开关的三维实体模型，应
用COMSOLMultiphysics商用有限元软件实现微动开关按压动作和释放动作的
仿真计算，获得微动开关动作过程的操作力曲线。仿真分析压缩弹簧刚度和初
始压缩量、常闭触点对接触压力、按键驱动速度对接触压力、动触点运动速度
和操作力的影响。同时，应用开发的微动开关综合参数测试分析系统，实现微
动开关按压模拟、操作力和电性能参数测试等功能。通过比较操作力曲线的实
验结果与仿真结果，验证仿真模型的准确性。
最后，实验揭示微动开关寿命实验条件下的电接触失效机理。通过微动开
关电寿命实验，获得回跳次数、回跳能量、接触电阻、燃弧时间、燃弧能量的
退化规律。结合仿真分析确定了簧片弹性模量降低是引起操作力减小的主要原
因。实验研究机械特性、负载电流和环境温度对微动开关电寿命的影响，复现
触点粘接失效现象。通过电性能参数退化规律和扫描电子显微镜照片确认微动
开关触点熔焊粘接的失效机理。
本研究可为微动开关电接触失效分析提供依据，对于提高微动开关电接触
可靠性具有实用价值。
关键词：微动开关；动作特性；操作力；有限元仿真；失效机理
-I-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Snap-actionswitchisanelectricalappliancethatperformedthecircuitconnection
anddisconnectionunderthesetstrokeandoperatingforce,andarewidelyusedinthe
electricalcontrolsystemsofaircraftandspacecrafthatches,instrumentpanels,and
cockpits.Inrecentyears,electricalcontactfailureofsnap-actionswitchisoccurred
frequentlyduetoleafspringfatigue,stressrelaxation,contactarcerosion,
environmentalcorrosion,etc.,greatlyaffectingthereliabilityofaviationelectrical
systems.Thisarticletakesthesinglepoledoublethrowaviationsnap-actionswitch
astheresearchobject,analyzesthemechanicalreactionforceandaction
characteristics.Throughtheexperiment,thedegradationlawsofthemaximum
operati