反求分析与设计实例分享

本节以倒车灯开关为例来讲解反求设计。倒车灯开关装在汽车变速箱上，当变速器挂入倒车挡时，开关闭合，接通电路，点亮倒车灯。某汽车电器厂根据产品配套要求进行倒车灯开关设计，有从日本引进的实物产品。

1.原产品分析

倒车灯开关原产品的结构如图1.8-2所示，其开关工作原理是：当把变速杆拨到倒挡位置时，倒车灯开关中的顶杆1被压下，压力经4、3、6、7、10传到回位弹簧11上，当顶杆1的行程在1mm以内时，铜顶柱3推动小弹簧6产生变形，弹簧力通过顶圈7作用在接触片10上，但此时回位弹簧11因预加载荷作用其弹簧力大于小弹簧6的弹簧力，故触点9保持闭合；只有当顶杆1继续受压，其行程大于1mm后，小弹簧6产生的弹簧力大于回位弹簧11的预紧弹簧力，接触片10被推开，触点9分开。释放压力后，在回位弹簧11的作用下，顶杆1复位，触点9闭合。

从倒车灯开关工作原理得知，实现基本开闭功能的关键零件是两个弹簧，而弹簧的变形和力参数难以保证，而弹簧预紧力的大小由顶圈7的厚薄来控制，造成质量不稳定，装配工艺性差，倒车灯开关性能很难控制。为此，在进行反求设计时需改进开关结构。

2.反求设计

（1）设计目标

1）不改变产品外形尺寸和安装尺寸，保证配套产品的要求。

图1.8-2 倒车灯开关原产品的结构

1—顶杆 2—外壳 3—铜顶柱 4—密封圈 5—钢碗 6—小弹簧 7—顶圈 8—导电片 9—触点 10—接触片 11—回位弹簧 12—底座

2）保证产品的开关功能，提高可靠性。希望装配后无需调整即能满足产品技术要求。开闭动作的寿命大于104次，且开关顶杆仍能自动复位而无轴向窜动。

3）降低成本，提高经济效益。

（2）功能分析 采用功能分析方法，对产品主要功能进行分析研究，按功能系统分解出各个功能部（零）件。根据产品技术要求或有关资料，对产品性能、结构、功能、特性等进行消化、吸收，掌握设计中需解决的关键问题。由功能分析可知，倒车灯开关中的通断电路是其基本功能，另外，保证复位和密封防油是实现其基本功能所必不可少的辅助功能。在反求设计时，必须保证这些功能的实现。倒车灯开关零位弹簧是实现通断电路和保证复位功能的关键零件。件功能分析见表1.8-1，不难发现其中的小弹簧和回(www.xing528.com)

表1.8-1 倒车灯开关零件功能分析表

（3）方案的评价和选优 为满足倒车灯开关的设计目标，必须解决原产品质量不稳定和装配工艺性差的问题，故应重新确定结构方案。一般可拟出3种不同的结构方案，组织技术、质检、生产、财务等部门的专业技术人员，对3个方案进行评价，挑选出最佳方案。

图1.8-3 改进后倒车灯开关的结构

1—顶杆 2—外壳 3—顶柱 4—密封圈 5—弹簧 6—垫片 7—导电片 8—触点 9—接触片 10—回位弹簧 11—底座

图1.8-3所示为经过综合评价后选出的最佳方案，其特点是：当顶杆1不受力或受力较小、行程小于1mm时，接触片9在回位弹簧10的作用下，触点8保持闭合；当顶杆1受力较大，行程大于1mm时，利用顶柱3的台肩面推开接触片9，触点8分开。这种结构通过零件装配尺寸链，实现按行程要求完成电路通断的基本功能，与原来那种依靠弹簧的变形量，且两弹簧的变形要满足顶杆的行程要求，来保证基本功能实现的结构完全不同。显然，该方案的结构在质量可靠性和装配工艺性方面要比原产品好。

3.技术经济评价

设计完成后，应评价改进后产品的生产能力、实用性和经济性，对其结构和零件加工也要进行经济分析。表1.8-2是对改进后产品进行经济分析并与原产品相比较后得出的。

表1.8-2 技术经济评价

从表1.8-2中可知，改进后产品的经济性要优于原产品。