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        電連接器常用接觸件設(shè)計中的關(guān)鍵點(diǎn)

        2018-07-10 00:41:26
        設(shè)備管理與維修 2018年7期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計

        徐 斌

        (安費(fèi)諾(常州)高端連接器有限公司,江蘇常州 213100)

        0 引言

        電連接進(jìn)行電與信號的傳輸,必須通過插合接觸件來實現(xiàn),如果接觸件沒有可靠的接觸,連接件也就不具有電連接的意義。電連接中的插針以及插孔組合,被稱為接觸件,是電連接器的核心部分。從電連接器常用接觸件的制造工藝、選用思路、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面,對設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)做簡要分析。

        1 電連接器常用接觸件類型

        電連接器中使用比較廣泛的類型:①剛性插針同懸臂式插孔接觸型;②剛性插針同線簧式插孔接觸型;③剛性插針同冠簧式插孔接觸型;④剛性插針同爪簧式插孔接觸型。這4種接觸件同屬剛性件同圓形彈性件互相接觸類型。

        2 4種類型接觸件結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)

        2.1 剛性插件

        從不同類型接觸件使用的剛性差異分析,零件結(jié)構(gòu)形式均不復(fù)雜,設(shè)計中要考慮的問題是插針插合引導(dǎo)端結(jié)構(gòu),希望讓插合力不高,同時還要保證可靠的插合性,就要求插針的接觸段表面有極高的粗糙度,接觸端尺寸精度≤0.03 mm,保證插針插合端是直接圓角或者是錐形圓角,見圖1。這兩種不同的結(jié)構(gòu),也適合使用在不同類型接觸件上,接觸端直徑≥2 mm使用直接圓角,小于該值,一般建議用錐形圓角。剛性插針應(yīng)使用精密自動形式的機(jī)械加工,才能保證尺寸精度和表面粗糙度滿足要求。

        圖1 插針插合端錐形圓角

        2.2 懸臂式插孔的選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

        圓形電連接器通常使用懸臂式插孔結(jié)構(gòu)接觸件,排列形狀近似于方形矩形的連接器中也有使用,但不會用在長條形矩形連接器上,該類型接觸件需要配合使用到22#規(guī)格之上接觸件,不適宜與小于該規(guī)格的接觸件配合,使用壽命≥500次。

        懸臂式插孔結(jié)構(gòu)是設(shè)計電連接器時應(yīng)用最多的一種插孔類型,也被稱為集束式多彈性節(jié)點(diǎn)插孔。主要結(jié)構(gòu)形式:從圓柱形插孔接觸件開始,接觸段端均勻開(2~8)個等分槽,具體槽數(shù)根據(jù)使用要求以及插孔直徑而定,然后要配置與等分槽數(shù)量相同的懸臂簧片,使用到械做中心收口,以滿足規(guī)定接觸分離力和接觸壓力的要求,結(jié)構(gòu)示意見圖2。圖2 a是2槽插孔,圖2b是4槽插孔,設(shè)計低頻連接器時使用2槽插孔,設(shè)計射頻連接器時使用4槽插孔,接觸件插合部位之外的結(jié)構(gòu),應(yīng)該根據(jù)實際防轉(zhuǎn)動和端接形式,設(shè)計出具體的形式。圖2c是一種多槽的插孔結(jié)構(gòu),經(jīng)常使用在射頻同軸的連接器和大于電流接觸體的接觸頭中,其有著諸多的優(yōu)點(diǎn),包括接觸可靠、接觸點(diǎn)多、傳輸電流大等。

        設(shè)計和使用該種類型的接觸件時,提高可靠性的方法是使用一個保護(hù)套,套在開槽外的圓柱面上,形成封閉式插孔,保護(hù)套一般使用不銹鋼制作成薄壁(圖3)。保護(hù)套的作用:避免插入大直徑插針的接觸件,幫助插針倒著插入插孔,套管上孔導(dǎo)孔起到限位的良好功能,確保插針不會歪斜,減小插入力,保護(hù)插孔彈性結(jié)構(gòu),避免出現(xiàn)無效彈性和接觸,使用可靠性大大提升。

        圖2 3種形式的插孔結(jié)構(gòu)

        圖3 帶保護(hù)套的插孔

        2.3 線簧式插孔設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)

        線簧式插孔插拔力較為柔和、接觸電阻比較小、接觸壽命≥500次。一般使用在矩形連接器中,間距規(guī)格≥2.54 mm的機(jī)柜式連接器和印制電路矩形連接器和大電流連接器,一些圓形連接器中也應(yīng)用此種類型的接觸結(jié)構(gòu),一般是大型接觸件插合深度同該種類型的接觸結(jié)構(gòu)配合,因此,一般不用于接觸件插合深度不高的產(chǎn)品中,如果要在插合深度不高的接觸件使用該種類型,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)品接觸結(jié)構(gòu),將其加長才能有較高的可靠接觸性。圓筒形接觸件運(yùn)用滾壓機(jī)械連接形式,在接觸件上固定線簧組件,見圖4。

        (5~7)根直徑0.1 mm、0.12 mm或0.15 mm的鈹青銅絲,在(20#~24#)規(guī)格的插針線簧孔內(nèi),根據(jù)插針直徑不同,選擇不同直徑的鈹青銅絲,與插孔的軸線構(gòu)成15°夾角,在內(nèi)套筒的內(nèi)壁均勻分布,使用后套和前套將線簧絲固定,內(nèi)套筒的內(nèi)壁構(gòu)成雙曲接觸面,其特點(diǎn)是條形鼓狀。插針配合插孔后,線簧絲構(gòu)成鼓狀接觸面,與插針工作面充分接觸,實現(xiàn)傳輸電信號的功能。這種接觸結(jié)構(gòu),一般使用在插針直徑≥0.4 mm,不同插針接觸結(jié)構(gòu)中。連接器有著不同的需求,線簧孔設(shè)計成不同形式,有壓接和焊接兩種形式,受結(jié)構(gòu)限制,線簧孔一般不能滿足直徑<0.4 mm的接觸件,并且受到線簧孔外套直徑的制約,該結(jié)構(gòu)一般不用于超高密度或高密度連接器。

        圖4 線簧組件

        2.4 冠簧式插孔設(shè)計要點(diǎn)

        不同插孔有著不同的特點(diǎn),冠簧式插孔的特點(diǎn)是接觸面積較大、柔和的插拔性、接觸電阻較小、機(jī)械壽命較高,一般接觸壽命≥1000次,適應(yīng)于大電流電源連接器或同軸連接器。該種插孔的典型結(jié)構(gòu)如圖5所示,其組成部分有冠簧簧片以及插孔基體,冠簧簧片是中間朝內(nèi)圓弧狀彎曲圓柱形(圖6),插孔基體為圓筒狀。圓筒前端孔腔內(nèi)有1個園槽,依靠簧片的外向彈力,將簧片固定在圓槽中。

        工作原理:插孔與插針的接觸壓力,來自簧片變形產(chǎn)生的彈力。彈簧片展開的圖形是矩形,中間分布著柵格條狀。彈簧片的彈力取決于柵格寬度、簧片材料和圓弧尺寸,設(shè)計時可以懸臂梁式插孔計算方法為參照,確定彈簧片形狀。該種插孔適用于直徑≥3 mm的插針接觸。該種類型的插孔結(jié)構(gòu)工藝并不復(fù)雜,在產(chǎn)品不斷進(jìn)步的背景下,也會使用在小型接觸件中,一般用來替代線簧孔技術(shù)。

        2.5 爪簧式插孔設(shè)計要點(diǎn)

        爪簧式插孔的特點(diǎn)包括較多接觸點(diǎn)、柔和的插拔性、較高機(jī)械壽命,機(jī)械接觸壽命一般≥1000次,廣泛應(yīng)用于中小型的連接器,該種類型接觸件如果用于矩形電連接器,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是插合直徑在3 mm到0.40 mm之間。該種形式的插孔由爪簧簧片和插孔基體組成,簧片形狀是中間朝內(nèi)圓弧狀彎曲爪形,插孔基體是圓筒形結(jié)構(gòu)。該類型插孔通常會設(shè)計成過盈配合或過度配合。過盈配合式運(yùn)用壓強(qiáng)的過盈配合,把簧片強(qiáng)制固定到插孔基體端部;過度配合式為,在圓筒前端孔槽中有一個圓槽,簧片在過度配合裝入的作用下,插入插孔基體,簧片靠向外彈力固定到圓槽內(nèi)。

        工作原理:通過彈簧變形彈力產(chǎn)生插針與插孔的接觸壓力。彈簧片尺寸取決于簧片材料、圓弧尺寸、彈性爪數(shù)量和寬度,設(shè)計時可適當(dāng)參照懸臂梁插孔計算方法確定彈簧片尺寸形狀。

        圖5 冠簧孔

        圖6 冠簧

        3 結(jié)語

        不同形式的電連接器使用不同類型的接觸件,因此不同種類接觸件的設(shè)計有不一樣的關(guān)鍵點(diǎn)。電連接器的核心部件是接觸件,為此應(yīng)該根據(jù)連接器的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)、電性能、使用環(huán)境等方面,確定使用接觸件的種類、合理性與接觸件能否滿足要求是設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn),對電連接器的設(shè)計使用有著巨大影響。

        [1]呂斌,唐敏,周升俊.電連接器接觸件優(yōu)化設(shè)計研究[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2006,24(3):54-57.

        [2]Samtec公司.對于連接器性能與可靠性至關(guān)重要的接觸件及其表面處理[J].今日電子,2017(Z1):72-75.

        [3]駱燕燕,楊靜宇,任永隆,等.電連接器接觸件插拔特性仿真與試驗研究[J].工程設(shè)計學(xué)報,2017,24(2):168-173.

        [4]靳方建.電連接器接觸件可靠性分析與高溫插拔試驗[D].浙江理工大學(xué),2013.

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