触头设计之三

第 47 卷 第 5 期 2011 年 5 月
High Voltage Apparatus
Vol.47 No.5 May 2011
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触头设计与材料专题
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弹簧触头设计（Ⅲ）
张正周 1， 宋新锋 2， 独田娃 3， 黎 斌 1
（1. 陕西维柯瑞电气有限责任公司， 西安 710077； 2. 西安西电开关电气有限公司， 西安 710077； 3. 大全集团， 扬中 212200）
Abstract: To make the design and manufacture of the spring contact more standardized， the text analysed the characteristics of the spring contacts detailedly， and introduced the contact resistance、 conductivity and structure design of the CuCo2Be contact spring. The conclusions have some significance in design， manufacture， operation and maintenance of CuCo2Be contact spring. Key words: contact pressure； contact resistance； conductive capacity； material elasticity
3 150~6 300
E 1.8 14.5 12.0 56 16
>6 300
注：表 1、2 中， H、α3 为弹簧槽结构参数。
弹簧触头及弹簧槽的形状和尺寸参数见图 1[1]。
第 47 卷 第 5 期
2 弹簧触头单圈接触压力的测试。
测量滑动电接触中的弹簧触头(如 GCB 气缸与 压气活塞间、DES 及 DS/ES 中的动触头与触座间)的 接触压力特性， 对于计算分合闸操动摩擦损耗功和 操动机构操作功的核算都是必要的，通过 A、B、C、D 4 种弹簧触头置于导电杆弹簧槽的试样， 测出导电 干拉动摩擦力 Fm，考虑弹簧触头圈数 nr 及摩擦系数 0.2，弹簧触头每圈接触压力为 Fj = Fm /(0.2nr)。
摘要： 为了使弹簧触头结构的设计制造更加标准和规范，笔者在详细分析弹簧触头的特点的基础上，介绍了
钴青铜合金弹簧触头的基本结构、电接触特性、导电能力及结构设计要领，结果对钴青铜合金弹簧触头的设
计、制造、运行维护有一定的指导意义。
关键词： 接触压力； 接触电阻； 通流能力； 材料弹性
中图分类号： TM56
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2011 年 5 月
(750~970 MPa)也比铍青铜 Cu2Be—Y(1 275~1 500 MPa) 小，因此弹性变形范围内的允许工作应力(及弹簧触 头允许变形量 f 的极值)也比铍青铜小。 钴青铜弹簧 触头的基本结构与铍青铜弹簧触头也有些差别，见 表 1、2。
表 1 弹簧触头基本结构(铍青铜丝)
过介绍， 文中所介绍的设计计算方法的合理性在一 些产品成功(失败)的设计中得到了正面(反面)的检 验。 鉴于一些电器产品设计者对弹簧触头工作特性 的不熟悉或对外来不成熟技术的机械模仿， 而出现 了一些弹簧触头接触电阻不稳定以至导电功能失效 的故障，笔者对其原因进行了分析并于 2009 年在文 [2]中作了介绍，纠正了一些不良设计。 为提高弹簧 触 头 设 计 可 靠 性 和 制 造 质 量 的 稳 定 性 ， 在 文 [2] 中 还 提出了弹簧触头标准化设计概念， 规范弹簧触头结 构设计对于保障其电接触可靠性是必不可少的。 文 [2]中 还 提 出 了 导 电 率 更 高 的 钴 青 铜 的 电 接 触 特性 和导电性能的研究课题。
0 引言
近年来，笔者对新型弹簧触头的材质特性、电接 触特性、结构设计方法、制造工艺进行了多方面的试 验研究，并与平高电气、西开电气、泰开电气、泰山高 压开关以及 ABB、西门子等高(中)压开关厂合作，对 弹簧触头在高(中)压输(配)电设备的使用性能进行 了研究，数十万只弹簧触头使用情况良好。 与传统 触头相比，弹簧触头的主要特点是：①结构简单； ②导电性能可靠；③导电能力强；④制造及装配调整 简便；⑤不宜作开断电弧的触头。
按表 2 参数制作的钴青铜弹簧触头每圈接触压 力 Fj 测试值用计算式(1)表示，随 f 的变化趋势见图 2。 铍青铜与钴青铜 C、D 型弹簧触头接触压力对比 见图 3。
15.0 D(准1.5)
12.5
10.0
7.5
C(准1.2)
5.0
B(准1.0)
2.5
A(准0.8)
Fj /H
0
0.5
1.0
1.5
D(d0 = 1.5 mm) 975 870 775 740 705
从表 3、4 中数据可看出下列 Rj 明显的变化趋势： 1)随铜丝直径 d0 的增大，Rj 因接 触压力增大 而 下降； 2)随 压 缩 变 形 量 f 的 增 大 ，Rj 也 因 接 触 压 力 增 大而下降； 3)铍青铜弹簧触头，当 d0≥1.5 时，Rj 趋于饱和； 钴青铜弹簧触头，在 f=1.0～1.5 范围内 Rj 变化不大； 4)在相同的电 接触形式下 ，接触电阻不 仅与表 面镀层有关，还与触点材质及接触压力有关(参见文 [3]式(8-1)及表 8-11)。 比较表 3、4 相关数据发现：在 相同 d0 及 f 条件下，铍青铜弹簧触头每圈等效接触 电 阻 Rjp 与 钴 青 铜 弹 簧 触 头 每 圈 等 效 接 触 电 阻 Rjg 的比值，基本上满足关系式 Rjp /Rjg≥1.5。 5) 弹 簧 触 头 圈 数 多 ， 每 圈 接 触 压 力 小 ( 常 用 值 为 2～10 N)，在滑动电接触中比梅花触头或自力型触头 (接触压力 20～30 N)具有更轻的运动副表面磨损。 与 冲压形成尖锐线接触的表带触头(接触压力 9～15 N) 相比， 弹簧触头不仅每圈接触压力小而且铜丝接触 表面为光滑圆弧形面耐磨性很好， 电接触面操作磨 损很小，可减小镀银层厚度。
工作，不会产生塑性变形，但是长期工作时弹簧触头
的疲劳是否会发生，应予研究和观察。
3 弹簧触头单圈接触电阻测试
用钴青铜弹簧触头试品实测在不同压缩变形
下 每条弹簧触 头的接触 电阻 ΣRj，当 弹 簧 触 头 圈 数 为 nr 时每圈弹簧 触头 3 个 接 触 点 的 等 效 接 触 电 阻 为 Rj=ΣRj/nr。 Rj 测试值见表 3(钴青铜)、4(铍青铜)， 表 3、4 中：d0 为铜丝直径； f 为压缩变形量。
触头设计与材料专题
张正周， 宋新锋， 独田娃，等. 弹簧触头设计(Ⅲ)
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A 型 Fj = 0.4+1.6 f
B 型 Fj = 0.4+3.0 f
(1)

C 型 Fj = 1.5+3.0 f
D 型 Fj = 1.5+8.0 f
式(1)中：Fj 为 每 圈 接 触 压 力 ，N；f 为 压 缩 变 形
Tab.1 Basic structure of spring contacts(beryllium bronze) 型 d0 / d / h1 / α1 / H / α3 / 长期工作 号 mm mm mm (°) mm (°) 电流/A
A 0.8 9.5 8.5 63 11
<630
B 1.0 11.7 10.0 59 13
2.0
f /mm
图 2 钴青铜弹簧头每圈接触压力Fj 与压缩变形量f 关系 Fig.2 The relationship between each circle contact pressure Fj and compression deformation f of cobalt bronze spring contacts
文献标志码： A 文章编号：1001 - 1609（2011）05 - 0087 - 05
Design of Spring Contacts（Ⅲ）
ZHANG Zheng-zhou1， SONG Xin-feng2， DU Tian-wa3， LI Bin1
（1. Shaanxi Victory Electric Co.， Ltd.， Xi’an 710077， China； 2. Xi’an XD Switchgear Electric Co.， Ltd.， Xi’an 710077， China； 3. DAQO GROUP， Yangzhong 212200， China）
头合金铜丝直径增大而增大；
2)比 较 接 触 压 力 式 (1)、(2)， 看 到 钴 青 铜 弹 簧 触 头
与相同结构(型号)的铍青铜弹簧触头相比，其接触
压力更大一些， 可能是钴青铜丝具有更大的弹性模
量 E 值所致；
3)铍青铜弹簧触头 f=0.5～2.5 mm(钴青铜弹簧触
头 f=0.5～1.5 mm) 范围内接触压力 Fj 与 f 成线性变 化的现象表明， 弹簧触头是在材质弹性变化范围内
量，mm。
按表 1 制作的铍青铜弹簧触头每圈的接触压力
Fj 测试值用式(2)表示，随 f 变化趋势示于图 3。
A 型 Fj = 0.25+ f
B 型 Fj = 0.3+1.6 f
(2)
C 型 Fj = 0.3+1.8 f
D 型 Fj = 2.1+2.5 f 接触压力测试数据分析:
1)由图 2、3 可知，弹簧触头每圈接触压力 Fj 随 压缩变形量 f 基本上是线性增减的, 且 Fj 随弹簧触
B(d0 = 1.0 mm)
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