微重力触发的电路开关的制作方法

本发明涉及电路开关，具体涉及微重力触发的电路开关。

背景技术：

微重力环境为科学研究提供了新的领域和途径，随着航天技术的发展，微重力科学与应用已成为高科技发展中的一个崭新领域，受到工业化国家的高度重视；在微重力环境中，重力作用大大减弱，基本上消除了沉降、浮力对流和静压梯度，许多地面上被掩盖的本征过程，如传热和传质等可以得到澄清，对推动材料科学和生物技术的发展起到了重要作用；由于微重力科学具有的重大学术意义和应用价值，吸引了大批科学家汇聚到这一领域，使微重力科学在科学前沿十分活跃。

微重力科学实施实验最理想的场所为在近地轨道长时间运行的空间站，在空间站中做实验的成本是极其昂贵的，因此，微重力实验多在落塔或落井中进行，而落塔和落井的有效试验时间非常短暂，通常只有几秒钟，实验时间非常宝贵；在微重力实验中，电路开关是不可缺少的电气装置，在某些实验中甚至需要由微重力条件触发的开关，从而实现在尽可能有效利用实验时间的前提下，保证试验的准确性。

公开号为cn1204582c的发明专利公开了一种微重力电源开关，在正常重力下利用重锤自身的重量将弹簧压缩，使重锤不能触及顶珠，开关处于断开状态；在微重力下由于重力的消失，弹簧在弹力的作用下伸长，顶起重锤，使重锤触及顶珠，使开关处于连通状态；在正常重力条件时，重锤在自身重力作用下压缩弹簧，并处于平衡状态，则弹簧弹力为：

fk＝kh＝m1g

触发开关后，重锤向上移动的距离为：

触发开关后，重锤向上移动的加速度为：

由上式可推导出：

其中k为弹簧弹力系数、h为弹簧压缩量、m1为重锤质量、g为重力加速度、t1为开关触发所需时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供微重力触发的电路开关，由微重力条件自动触发，相比于现有技术，所需的触发时间更短暂，能更迅速地实现微重力条件下的闭合触发。

本发明采取的技术方案为：微重力触发的电路开关，包括外壳、右摩擦板、右调整螺钉、右重块、右撑杆、右插头、复位弹簧、复位杆、左插头、左撑杆、左重块、左摩擦板、左摩擦片、主弹簧、底盖、铜板、内滑套、左调整螺钉，其特征在于：外壳为主体承载结构，左插头和右插头安装于外壳顶部，内滑套安装于外壳内部并构成移动副，底盖安装于外壳下端，内滑套与底盖之间设有主弹簧，在主弹簧弹力作用下，内滑套可迅速向上弹起，使内滑套顶端的铜板将左插头和右插头的电路导通，左撑杆与右撑杆均与外壳构成转动副，左摩擦板和右摩擦板与外壳构成转动副，左重块和右重块分别悬吊于左撑杆与右撑杆的外端，在重力作用下使左撑杆和右撑杆分别通过左调整螺钉和右调整螺钉按压左摩擦板和右摩擦板，从而使左摩擦板上所设的左摩擦片和右摩擦板上所设的右摩擦片压紧内滑套，在摩擦力的作用下锁止内滑套向上的移动，复位杆在复位弹簧的弹力作用下始终处于外壳上端位置，按压复位杆可使内滑套向下移动到电路断开的初始位置。

作为优选，外壳为绝缘材质的圆柱空腔结构，其顶端设有两个通气孔，上端设有圆环状的安装板，安装板上设有用于实现外壳与实验装置紧固连接的螺纹孔，外壳两侧设有贯通的凸字形开窗，其左侧上端设有左上连接耳，左侧下端设有左下连接耳，右侧上端设有右上连接耳，右侧下端设有右下连接耳，外壳内部纵向设有两个导条，底盖与外壳构成螺纹副，其中心位置设有的方孔可实现空气的流通，并且可通过与方头扳手的配合实现与外壳的螺纹副拧紧。

作为优选，左插头和右插头安装于外壳顶端，均采用通用快插结构，左插头底端设有的左电极位于外壳内部顶端左侧，右插头底端设有的右电极位于外壳内部顶端右侧。

作为优选，内滑套为圆柱空腔结构，采用质轻且绝缘的材质制作，其顶端设有中心开孔的圆形铜板，其前后两侧各设有一个纵向导槽，内滑套左右两侧下端均设有一个莫氏锥面，莫氏锥面采用锥度为1:19.212且具有自锁特性的莫氏锥度。

作为优选，内滑套安装于外壳内部，内滑套外侧的两个导槽与外壳的两个导条配合安装，使内滑套与外壳构成移动副，内滑套与底盖之间安装有主弹簧，主弹簧所提供的弹力可使内滑套迅速向上弹起，从而使铜板与左电极和右电极接触，实现左插头与右插头电路的导通。

作为优选，左摩擦板右侧设有锥度为1:19.212的左摩擦片，其下端与左下连接耳构成转动副，左重块为铅材质，其上端与左撑杆左端构成转动副，左撑杆右端与左上连接耳构成转动副，左调整螺钉与左撑杆下端构成螺纹副，且其右端压紧于左摩擦板上端；右摩擦板左侧设有锥度为1:19.212的右摩擦片，其下端与右下连接耳构成转动副，右重块的结构尺寸和材质均与左重块相同，右重块上端与右撑杆右端构成转动副，右撑杆左端与右上连接耳构成转动副，右调整螺钉与右撑杆下端构成螺纹副，且其左端压紧于右摩擦板上端。

作为优选，初始状态时，内滑套处于行程下端位置，铜板与左电极和右电极断开连接，主弹簧处于压缩量最大的状态；左重块在重力作用下有向下运动的趋势，使左撑杆有逆时针转动的趋势，通过左调整螺钉压紧左摩擦板上端，使其有顺时针转动的趋势，从而通过杠杆作用使左摩擦片向右压紧内滑套左侧的莫氏锥面；右重块在重力作用下有向下运动的趋势，使右撑杆有顺时针转动的趋势，通过右调整螺钉压紧右摩擦板上端，使其有逆时针转动的趋势，从而通过杠杆作用使右摩擦片向左压紧内滑套右侧的莫氏锥面；在左摩擦片和右摩擦片的共同夹紧状态下，使内滑套处于行程下端位置静力平衡的初始状态。

作为优选，在微重力条件时，左重块和右重块的重力作用消失，则左摩擦片和右摩擦片夹持在内滑套两侧莫氏锥面上的压力消失，由压力产生的摩擦力也消失，则内滑套的静力平衡状态被打破，内滑套在主弹簧弹力作用下迅速向上弹起，使内滑套顶端的铜板与左电极和右电极接触，实现左插头和右插头的电路实现导通。

作为优选，复位杆安装于外壳顶端中心位置并构成移动副，外壳顶端与复位杆上端之间安装有复位弹簧，在复位弹簧弹力作用下，复位杆位于其行程的最上端位置。

作为优选，当微重力实验完成后，需要断开电路开关，即使位于上端位置的内滑套复位到下端位置的初始状态时，只需在正常重力条件下，向下按压复位杆，使复位杆下端推动内滑套向下移动至初始位置，在左摩擦片和右摩擦片的夹持下，内滑套处于初始位置并达到静力平衡状态。

微重力触发的电路开关的力学和运动学分析：

在正常重力条件时，内滑套处于平衡状态，则弹簧弹力为：

fk＝kh＝m2g+f

触发开关后，内滑套向上移动的距离为：

触发开关后，内滑套向上移动的加速度为：

由上式可推导出：

其中k为弹簧弹力系数、h为弹簧压缩量、m2为内滑套质量、g为重力加速度、t2为开关触发所需时间、f为左摩擦片和右摩擦片与内滑套之间的静摩擦力。

为确定t1与t2的大小关系，采用控制变量法，取s1＝s2、m1＝m2＝m，则可推导出：

则可知：

经过两次取倒计算，可得：

t2＜t1

由此可证明本发明中所涉及的电路开关触发所需时间比现有技术所需时间更加短暂。

本发明的有益效果：

①本发明的触发和复位均为依据机械原理所设计的机械结构，无功耗，原理简单可靠，动作灵敏，不产生电噪干扰，不受电磁环境的影响；

②本发明由微重力条件自动触发，相比于现有技术，所需的触发时间更短暂，能更迅速地实现微重力条件下的闭合触发，从而实现在尽可能有效利用实验时间的前提下，保证试验的准确性；

③左插头和右插头均采用通用快插结构，不仅能够快速实现电路的连接，还增加了微重力开关的互换性和适用性，有利于高效地完成微重力实验；

④采用了复位杆结构对内滑套的位置进行复位，操作方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明初始状态剖视示意图。

图3为本发明触发状态剖视示意图。

图4为外壳局部剖视示意图。

图5为内滑套结构示意图。

附图标号：1外壳、1.1安装板、1.2导条、1.3通气孔、1.4左上连接耳、1.5左下连接耳、1.6右下连接耳、1.7右上连接耳、2右摩擦板、2.1右摩擦片、3右调整螺钉、4右重块、5右撑杆、6右插头、6.1右电极、7复位弹簧、8复位杆、9左插头、9.1左电极、10左撑杆、11左重块、12左摩擦板、12.1左摩擦片、13主弹簧、14底盖、14.1方孔、15铜板、16内滑套、16.1莫氏锥面、17左调整螺钉。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、图2所示，微重力触发的电路开关，包括外壳1、右摩擦板2、右调整螺钉3、右重块4、右撑杆5、右插头6、复位弹簧7、复位杆8、左插头9、左撑杆10、左重块11、左摩擦板12、左摩擦片12.1、主弹簧13、底盖14、铜板15、内滑套16、左调整螺钉17，其特征在于：外壳1为主体承载结构，左插头9和右插头6安装于外壳1顶部，内滑套16安装于外壳1内部并构成移动副，底盖14安装于外壳1下端，内滑套16与底盖14之间设有主弹簧13，在主弹簧13弹力作用下，内滑套16可迅速向上弹起，使内滑套16顶端的铜板15将左插头9和右插头6的电路导通，左撑杆10与右撑杆5均与外壳1构成转动副，左摩擦板12和右摩擦板2与外壳1构成转动副，左重块11和右重块4分别悬吊于左撑杆10与右撑杆5的外端，在重力作用下使左撑杆10和右撑杆5分别通过左调整螺钉17和右调整螺钉3按压左摩擦板12和右摩擦板2，从而使左摩擦板12上所设的左摩擦片12.1和右摩擦板2上所设的右摩擦片2.1压紧内滑套16，在摩擦力的作用下锁止内滑套16向上的移动，复位杆8在复位弹簧7的弹力作用下始终处于外壳1上端位置，按压复位杆8可使内滑套16向下移动到电路断开的初始位置。

如图4所示，外壳1为绝缘材质的圆柱空腔结构，其顶端设有两个通气孔，上端设有圆环状的安装板1.1，安装板1.1上设有用于实现外壳1与实验装置紧固连接的螺纹孔，外壳1两侧设有贯通的凸字形开窗，其左侧上端设有左上连接耳1.4，左侧下端设有左下连接耳1.5，右侧上端设有右上连接耳1.7，右侧下端设有右下连接耳1.6，外壳1内部纵向设有两个导条1.2，底盖14与外壳1构成螺纹副，其中心位置设有的方孔14.1可实现空气的流通，并且可通过与方头扳手的配合实现与外壳1的螺纹副拧紧。

如图2所示，左插头9和右插头6安装于外壳1顶端，均采用通用快插结构，左插头9底端设有的左电极9.1位于外壳1内部顶端左侧，右插头6底端设有的右电极6.1位于外壳1内部顶端右侧。

如图5所示，内滑套16为圆柱空腔结构，采用质轻且绝缘的材质制作，其顶端设有中心开孔的圆形铜板15，其前后两侧各设有一个纵向导槽，内滑套16左右两侧下端均设有一个莫氏锥面16.1，莫氏锥面16.1采用锥度为1:19.212且具有自锁特性的莫氏锥度。

如图2、图5所示，内滑套16安装于外壳1内部，内滑套16外侧的两个导槽与外壳1的两个导条1.2配合安装，使内滑套16与外壳1构成移动副，内滑套16与底盖14之间安装有主弹簧13，主弹簧13所提供的弹力可使内滑套16迅速向上弹起，从而使铜板15与左电极9.1和右电极6.1接触，实现左插头9与右插头6电路的导通。

如图2所示，左摩擦板12右侧设有锥度为1:19.212的左摩擦片12.1，其下端与左下连接耳1.5构成转动副，左重块11为铅材质，其上端与左撑杆10左端构成转动副，左撑杆10右端与左上连接耳1.4构成转动副，左调整螺钉17与左撑杆10下端构成螺纹副，且其右端压紧于左摩擦板12上端；右摩擦板2左侧设有锥度为1:19.212的右摩擦片2.1，其下端与右下连接耳1.6构成转动副，右重块4的结构尺寸和材质均与左重块11相同，右重块4上端与右撑杆5右端构成转动副，右撑杆5左端与右上连接耳1.7构成转动副，右调整螺钉3与右撑杆5下端构成螺纹副，且其左端压紧于右摩擦板2上端。

如图2所示，复位杆8安装于外壳1顶端中心位置并构成移动副，外壳1顶端与复位杆8上端之间安装有复位弹簧7，在复位弹簧7弹力作用下，复位杆8位于其行程的最上端位置。

本发明的实施例：

如图2所示，初始状态时，内滑套16处于行程下端位置，铜板15与左电极9.1和右电极6.1断开连接，主弹簧13处于压缩量最大的状态；左重块11在重力作用下有向下运动的趋势，使左撑杆10有逆时针转动的趋势，通过左调整螺钉17压紧左摩擦板12上端，使其有顺时针转动的趋势，从而通过杠杆作用使左摩擦片12.1向右压紧内滑套16左侧的莫氏锥面16.1；右重块4在重力作用下有向下运动的趋势，使右撑杆5有顺时针转动的趋势，通过右调整螺钉3压紧右摩擦板2上端，使其有逆时针转动的趋势，从而通过杠杆作用使右摩擦片2.1向左压紧内滑套16右侧的莫氏锥面16.1；在左摩擦片12.1和右摩擦片2.1的共同夹紧状态下，使内滑套16处于行程下端位置静力平衡的初始状态。

如图3所示，在微重力条件时，左重块11和右重块4的重力作用消失，则左摩擦片12.1和右摩擦片2.1夹持在内滑套16两侧莫氏锥面16.1上的压力消失，由压力产生的摩擦力也消失，则内滑套16的静力平衡状态被打破，内滑套16在主弹簧13弹力作用下迅速向上弹起，使内滑套16顶端的铜板15与左电极9.1和右电极6.1接触，实现左插头9和右插头6的电路实现导通。

当微重力实验完成后，需要断开电路开关，即使位于上端位置的内滑套16复位到下端位置的初始状态时，只需在正常重力条件下，向下按压复位杆8，使复位杆8下端推动内滑套16向下移动至初始位置，在左摩擦片12.1和右摩擦片2.1的夹持下，内滑套16处于初始位置并达到静力平衡状态。

“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。