低压断路器是低压配电系统中的主要开关器件,我国的低压断路器经历了从模仿到自主创新的道路[1-2]。在创新的过程中,很多技术人员对原有的断路器进行了改进,但由于缺乏理论上的支持,改进后的断路器在实用方面往往出现一些问题。低压框架式断路器的指示机构用于指示断路器电流回路的分离、实验和连接3种状态,当指示在分离位置时,表明断路器的主回路已经断开,此时,可以进行断路器的拆卸和维修工作;当指示在实验位置时,表明断路器的主回路还没有连接,只是辅助回路(即二次回路)处于连接状态,此时可以进行断路器的调试工作,确保主回路接通时,断路器能够正常工作;当指示在连接位置时,表明主回路已经接通,断路器处于正常工作状态。因此,指示机构指示是否准确直接关系到操作人员的人身安全。KFW2型框架式断路器是江苏大全凯帆电器有限公司研制的第二代智能型断路器,在样机测试中发现其指示机构的指示状态不准确,并且在转动手柄操作抽屉柜时指示器运动不平稳且比较费力,经过分析确定导致上诉问题是指示机构中指示轴上的曲面和与其相配合衬套上的曲面设计不合理,因此需要对这两部分的曲面进行优化设计,并对相关零件结构进行修正。为此,采用三维造型软件CATIA进行计算机建模,然后导入多体动力学仿真软件ADAMS,进行机构运动学仿真分析,得出指示机构的指示轴转角曲线图和指示轴受力图,通过图形与动画来展示出指示机构运动的全过程,从而可以清晰地观察到任意时刻机构的运动状态,为设计和实际的分析提供了可靠的理论依据。1KFW2型断路器的指示机构简介图1为KFW2型框架式断路器指示机构的简1螺纹丝杠;2固定板;3与断路器动触头相连接的推板;4衬套;5断路器开合状态的指示轴图1指示机构的简化装配模型化装配模型,图中的指示机构正处于分离状态。正常情况下,螺纹丝杠套在固定板上,可以与固定板作相对转动。推板与电流回路的动触头连接,当其被推动后处于不同的位置时,分别对应断路器主回路、二次回路不同的连接状态。丝杠通过螺纹副与推板连接,操作人员可通过插入螺纹丝杠上六角盲孔的手柄来驱动丝杠转动,丝杠每旋转一周,推板前进一个螺距。指示轴也卡在固定板的半圆形槽内,可以与固定板作相对转动。衬套固定在推板上,衬套的内侧面与指示轴上的曲面接触,当推板向前运动时,衬套推动着指示轴作旋转运动,从而指示着分离、实验、连接3个位置。图1是指示机构的简略装配图,原机构中还有一些锁闭机构,由于本文主要针对影响机构指示位置准确性的指示轴和衬套上的曲面进行优化设计,并且锁闭机构对曲面设计和指示位置并无影响,所以并没有将其纳入考虑范围之内。2曲面接触状态的分析指示机构在运动过程中,指示轴分别指示着断路器的3种状态:分离、实验、连接。根据这3种状态和样机的实际运动情况,可得出指示机构的运动要求如下:如图1所示,指示轴正指示在分离状态,由于有其他的固定机构将螺纹丝杠固定,所以丝杠只能作旋转运动,其螺距为1.5mm,当丝杠旋转6圈时,指示轴指示在实验位置,在此运动过程中,衬套的内侧面沿着指示轴上的曲面旋转,由于衬套只能固定在推板上,只能作水平移动,所以指示轴旋转,从指示分离位置转到指示实验位置。螺纹丝杠继续旋转,此时衬套走的是一段空行程,指示轴不转动,依然指示在实验位置。当衬套的空行程走完后,丝杠再继续旋转,此时衬套沿指示轴上的另一段曲面运动,指示轴从指示实验位置转到指示连接位置。以上是分闸到合闸时指示机构的运动过程,返回时,机构的运动与上述相同,这里不在赘述。