施 狄 馬 騰 彭美南 龔光輝

（寧波公牛電器有限公司 慈溪 315314）

引言

在當(dāng)今以信息化為大趨勢日益發(fā)展的環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)作為一切信息遠端交互的基礎(chǔ)已全面普及。在生活中的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式常見的有：有線網(wǎng)、光纖網(wǎng)、無線網(wǎng)等。雖然光纖技術(shù)與無線連接技術(shù)現(xiàn)已成熟，而在家庭使用與局域網(wǎng)環(huán)境中，傳統(tǒng)的有線連接依然富有實用價值與價格優(yōu)勢。在家庭使用環(huán)境中，書房、臥室、客廳等多個場景都會有網(wǎng)絡(luò)模塊的布線，用于連接路由與計算機端。在密度如此密集的使用環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)模塊產(chǎn)品也在進行著不斷得變革更新。目前網(wǎng)絡(luò)模塊產(chǎn)品的變革更新方向主要是：①提高傳輸速率，減少信號損耗；②提升可安裝性，使接口更便于固定安裝在面板中；③在保證傳輸速率的前提下提升用戶的手感體驗，即網(wǎng)線水晶頭與接口間的插拔手感優(yōu)化。本文也意在同上述第二個方面探討并分析目前網(wǎng)落模塊革新的歷程與優(yōu)化方式。

1 網(wǎng)絡(luò)模塊簡介

作為一種具有高效性、高速性、阻燃型的信息模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊以一種網(wǎng)絡(luò)附件的形式密切與我們的日常生活息息相關(guān)。它在網(wǎng)絡(luò)連接中扮演者中間連接器的重要角色，是家庭與各公共場所中實現(xiàn)信息交互的中轉(zhuǎn)點。我們實際生活中用到的網(wǎng)絡(luò)模塊往往以網(wǎng)絡(luò)插座形式出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)模塊一般固定于網(wǎng)絡(luò)插座之中。網(wǎng)絡(luò)插座的組成一般可分為：面板、固定架、保護門組件、網(wǎng)絡(luò)模塊這四部分（如圖1所示）。其用于將網(wǎng)線安裝于墻體、網(wǎng)絡(luò)裝配箱或者配線盒。安裝方法與電話線相似，可方便且簡單得安裝于墻面、桌面上。按照適用的線材來分，目前市面上常見的網(wǎng)絡(luò)模塊可以分為三類：5e類網(wǎng)絡(luò)信息模塊（100 MHz）、6類網(wǎng)絡(luò)模塊（250 MHz）和6A類網(wǎng)絡(luò)模塊（500 MHz），其中具體也分為屏蔽和非屏蔽、打線與免打線等。以下將進一步介紹網(wǎng)絡(luò)模塊的性能及特點。

1.1 網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)格

常用的網(wǎng)絡(luò)模塊高16mm、寬15mm，材料韌性強，可抗高壓、阻燃V0、可扣合于市面上各系列標(biāo)準(zhǔn)化插座面板、支架或安裝盒中，并可在標(biāo)準(zhǔn)面板上以90 °或45 °安裝。在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化下，接口壽命可提供750次重復(fù)插拔。接口模塊使用了T568-A與T568-B布線通用標(biāo)簽，且這種模塊是綜合布線系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種模塊，無論5e類還是6類和6A類，它的外形都保持了相當(dāng)?shù)囊恢?。目前市面上常見的網(wǎng)絡(luò)模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 網(wǎng)絡(luò)接口的類別

為了滿足人們對網(wǎng)絡(luò)傳輸速度不斷提升的要求。目前我們常用的網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)模塊類別主要為5e類、6類、6a類，主要區(qū)別如下。

5e類模塊（CAT.5e）：傳輸頻率為100 MHz，主要用于千兆位以太網(wǎng)（1 000 Mbps）。具有衰減小，串?dāng)_少，并且具有更高的衰減與串?dāng)_的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）、更小的時延誤差，性能得到很大提高。

6類模塊（CAT.6）：傳輸頻率為250 MHz，最適用于傳輸速率高于1 Gbps的應(yīng)用，主要用于千兆位以太網(wǎng)（1 000 Mbps）。

6a類模塊（CAT.6a）：支持萬兆上網(wǎng)，目前最大能達到500 MHz。由于其雙屏蔽和高速率性能，不僅適用于中小型網(wǎng)絡(luò)布線工程，還適用于各種大型企業(yè)的高速率網(wǎng)絡(luò)部署，以及各種復(fù)雜的電磁環(huán)境或規(guī)定需要屏蔽的場合。

在許多家庭使用場景下，用戶一般選擇5e類或6類的網(wǎng)絡(luò)模塊，其傳輸速率能滿足正常使用要求且性價比優(yōu)勢明顯。而在商業(yè)及工業(yè)使用中，6a類以上的網(wǎng)絡(luò)模塊也因其傳輸速率可高于10 Gbps的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。

1.3 網(wǎng)絡(luò)模塊的技術(shù)提升

隨著電子集成技術(shù)與塑料成型技術(shù)的革新，目前的網(wǎng)絡(luò)模塊在各方面性能也有了顯著提升，具體的特點可表現(xiàn)為以下六點：

1）采用了優(yōu)質(zhì)阻燃PC（聚碳酸酯）材料，阻燃性能可達到UL94V-0級別；

2）采用了扣鎖式卡接罩保護接觸點，可以避免線纜端接后的過度彎曲與脫落；

3）外形緊湊，模塊上標(biāo)注有通用的線序標(biāo)簽，便于快速準(zhǔn)確地完成端接；

4）采用了磷青銅鍍金引腳針和磷青銅鍍鋅卡線端子，能夠起到防止表面氧化，提高接觸性能的作用，從而保證了產(chǎn)品性能與使用壽命；

5）采用了8P8C并排式觸點結(jié)構(gòu)，使安裝更為便捷，減少了因加工工藝與導(dǎo)通率檢測而造成的額外費用。

圖1 網(wǎng)絡(luò)插座的組成

圖2 常見的網(wǎng)絡(luò)模塊

2 網(wǎng)絡(luò)模塊在插座面板中的固定

目前市面上的網(wǎng)絡(luò)模塊皆存在統(tǒng)一的扣位尺寸標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)化的形式配套于各類插座廠家的信息類插座產(chǎn)品。具體扣位外形如圖3所示。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口皆設(shè)計有卡扣I與卡扣II，其中卡扣I起定位作用，卡扣II起扣合作用。網(wǎng)絡(luò)模塊裝配于電腦模塊時，裝配方式一般為：先將卡扣I扣于插座面板固定架的筋位1上。然后使用推力器械或手動施加推力，使得卡扣II彎曲變形，從而將其扣入插座面板固定架的筋位2上。

看似簡單的扣位結(jié)構(gòu)在實際的裝配過程中，也會出現(xiàn)多種多樣的問題。例如，卡扣的扣合量不足時，模塊有脫落的風(fēng)險；扣腳材料韌性不足時，會出現(xiàn)裝配斷裂的情況；扣腳形變過大，導(dǎo)致產(chǎn)品跌落過程中扣腳斷裂脫落等。

所以模塊中卡扣的設(shè)計在產(chǎn)品整體中起到了尤為重要的作用，直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命以及用戶體驗。

2.1 不同扣腳結(jié)構(gòu)的對比

雖然市面上形色各異的網(wǎng)絡(luò)模塊在卡扣設(shè)計方面都有統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范，但規(guī)范僅限于整體尺寸。其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度設(shè)計在不同廠家的產(chǎn)品上卻體現(xiàn)出了多樣性。下面我們就不同結(jié)構(gòu)的5e類打線型模塊樣品進行扣腳的應(yīng)力分析。如圖4、圖5所示。

上圖兩種結(jié)構(gòu)不僅在卡扣尺寸上有區(qū)別，在加強筋的設(shè)計上也有明顯的差異。結(jié)構(gòu)一的扣腳相較于結(jié)構(gòu)二具有更大的變形空間，且有效變形長度也比扣腳二多了2 mm。但從尺寸數(shù)據(jù)上來看，結(jié)構(gòu)一的扣合力應(yīng)小于結(jié)構(gòu)二。而另一方面，結(jié)構(gòu)一加強筋較結(jié)構(gòu)二缺少R角，筋位高度略低，且中部無加強筋設(shè)計。在筋位結(jié)構(gòu)方面來看，結(jié)構(gòu)一的扣合強度應(yīng)弱于結(jié)構(gòu)二。根據(jù)大體分析猜測，下面我們進行分析并測試，以說明不同結(jié)構(gòu)對扣合力的明顯的影響。

2.2 扣合力測試

扣合力試驗方法為：先將插座面板固定于測試夾具上，將卡扣I裝入面板，再向下推送測力器，直至模塊完成扣合動作。記錄測力器顯示的力的峰值。測試過程如圖6所示。

我們在市面上再找出另外兩種結(jié)構(gòu)，加上之前介紹的總共四種結(jié)構(gòu)做了扣合力測試，用來進行橫向比較。另兩種扣腳結(jié)構(gòu)如圖7所示。

分別對上述四種模塊進行多次多組數(shù)據(jù)比對測試后得出表1數(shù)據(jù)。

圖3 網(wǎng)絡(luò)模塊的扣位與配合

圖4 扣腳結(jié)構(gòu)一

圖5 扣腳結(jié)構(gòu)二

由測試數(shù)據(jù)可得，結(jié)構(gòu)一的卡扣結(jié)構(gòu)相較于結(jié)構(gòu)二有更大的變形量，使得裝配更省力。結(jié)構(gòu)三相比結(jié)構(gòu)一具有類似的變形空間，但其因為中部加強筋的支撐，使得扣合力反而接近于結(jié)構(gòu)二，為一種變形量與扣合強度都相對優(yōu)異的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)四主卡扣采用斜面為基底，且中部筋位較厚，使得強度皆優(yōu)于其余三款。在實際使用過程中，結(jié)構(gòu)一模塊卻出現(xiàn)了扣位斷裂且易脫落的問題。故單一得憑借一項優(yōu)勢無法全面表現(xiàn)出產(chǎn)品的優(yōu)劣。需要多方面衡量，在多維度測量值皆符合性能與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，選取最優(yōu)方案。

2.3 應(yīng)力集中分析

為了表現(xiàn)出兩個廠家的模塊在卡扣結(jié)構(gòu)處的強度區(qū)別，使用CAE分析軟件是最直觀的手段之一。

CAE（Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。使用CAE軟件可計算出按壓力與變形量之間最直接的聯(lián)系。

為了仿真卡扣扣下去的變形量，需要在卡扣橫向處施加載荷，如圖8所示。

載荷施加后，卡扣產(chǎn)生變形。該過程中，通過有限元軟件分析，能直觀得體現(xiàn)卡扣的屈服局域。在屈服區(qū)域內(nèi)，哪些點應(yīng)力過于集中。如圖9所示。

如圖9所示，卡扣兩側(cè)與加強筋的銜接處為材料應(yīng)力最為集中的部分。結(jié)構(gòu)一中的卡扣加強筋處屈服強度失效較為明顯，且卡扣中間支撐不足，應(yīng)力集中與兩側(cè)，十分容易導(dǎo)致兩側(cè)脆裂。而結(jié)構(gòu)二 變形量較小，且中部也具有支撐筋，可分擔(dān)兩側(cè)集中的應(yīng)力。故結(jié)構(gòu)二的強度更為出色。對于兩者在彎曲變形是產(chǎn)生的反力，見圖10所示。

結(jié)構(gòu)二的彎曲力僅略微大于結(jié)構(gòu)一，在整個變形過程中，前中期的變形反力二者幾乎一致。僅最后到達變形峰值時產(chǎn)生了輕微差距。

圖6 扣合力測試工裝

圖7 其他扣腳結(jié)構(gòu)

表1 不同結(jié)構(gòu)的扣合力數(shù)值

圖8 CAE仿真施加載荷

圖9 施加載荷后的屈服區(qū)域

圖10 兩種結(jié)構(gòu)的反力曲線

圖11 施加載荷后的中部塌陷

由圖11可見，在施加負載力后，結(jié)構(gòu)一由于中部無支撐筋，導(dǎo)致塌陷嚴重。結(jié)構(gòu)二在強度方面卻有著明顯的優(yōu)勢。故結(jié)構(gòu)二的設(shè)計更利于生產(chǎn)的保障與質(zhì)量的維護。

由上述測試可知，判斷模塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣需要多方面多角度衡量，得出裝配效益與質(zhì)量的平衡點才能有助于產(chǎn)品的長足進步。

3 結(jié)論

以上意在通過介紹網(wǎng)絡(luò)模塊在生活中的應(yīng)用以及分類方式、優(yōu)劣性等方面從而引出其配合于插座面板中，裝配方面的重點。通過進行對比測試，挖掘可量化數(shù)據(jù)。對影響電腦插座產(chǎn)品裝配的穩(wěn)固程度——模塊卡扣強度的多項因素進行了研究，重點分析了模塊的扣合力與應(yīng)力集中。先通過實驗得出可量化的數(shù)據(jù)，然后通過CAE軟件對導(dǎo)致數(shù)據(jù)產(chǎn)生的根因進行可視化分析，從而驗證了實驗結(jié)果。

其對影響電腦插座組合件裝配穩(wěn)定性的因素如扣合手感、斷裂分析等方面進行重點分析。其影響扣合處穩(wěn)固的因素還有很多，如內(nèi)部剪切應(yīng)力、卡扣頭部扣合量、筋位結(jié)構(gòu)、勾位結(jié)構(gòu)等，都需要結(jié)合對其性能影響進行全面分析。

穩(wěn)固性僅為信息類插座的一個體驗特征，其針對可量化的數(shù)據(jù)，研究了其中一些因素，仍有其他性能方面值得深入研究。