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連接器的基本性能與其基本結構
發布時間:2024-01-31 19:32:37

  在電路內被阻斷處或孤立不通的電路之間,架起溝通的橋梁,從而使電流流通,使電路實現預定的功能。是電子設備中不可缺少的部件,順著電流流通的通路觀察,你總會發現有一個或多個。連接器形式和結構是千變萬化的,隨著應用對象、頻率、功率、應用環境等不同,有各種不同形式的連接器。

連接器的基本性能與其基本結構(圖1)

  例如,球場上點燈用的連接器和硬盤驅動器的連接器,以及點燃火箭的連接器是大不相同的。但是無論什么樣的連接器,都要保證電流順暢連續和可靠地流通。就泛指而言,連接器所接通的不僅僅限于電流,在光電子技術迅猛發展的今天,光纖系統中,傳遞信號的載體是光,玻璃和塑料代替了普通電路中的導線,但是光信號通路中也使用連接器,它們的作用與電路連接器相同。

  機械性能就連接功能而言,插拔力是重要地機械性能。插拔力分為插入力和拔出力(拔出力亦稱分離力),兩者的要求是不同的。在有關標準中有最大插入力和最小分離力規定,這表明,從使用角度來看,插入力要?。◤亩械筒迦肓IF和無插入力ZIF的結構),而分離力若太小,則會影響接觸的可靠性。

  另一個重要的機械性能是連接器的機械壽命。機械壽命實際上是一種耐久性指標,在國標GB5095中把它叫作機械操作。它是以一次插入和一次拔出為一個循環,以在規定的插拔循環后連接器能否正常完成其連接功能(如接觸電阻值)作為評判依據。連接器的插拔力和機械壽命與接觸件結構(正壓力大?。┙佑|部位鍍層質量(滑動摩擦系數)以及接觸件排列尺寸精度(對準度)有關。

 ?、俳佑|電阻高質量的電連接器應當具有低而穩定的接觸電阻。連接器的接觸電阻從幾毫歐到數十毫歐不等。

 ?、诮^緣電阻衡量電連接器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣性能的指標,其數量級為數百兆歐至數千兆歐不等。

 ?、劭闺姀姸然蚍Q耐電壓、介質耐壓,是表征連接器米樂 登錄入口接觸件之間或接觸件與外殼之間耐受額定試驗電壓的能力。

連接器的基本性能與其基本結構(圖2)

 ?、倌蜏啬壳斑B接器的最高工作溫度為200℃(少數高溫特種連接器除外),最低溫度為-65℃。由于連接器工作時,電流在接觸點處產生熱量,導致溫升,因此一般認為工作溫度應等于環境溫度與接點溫升之和。在某些規范中,明確規定了連接器在額定工作電流下容許的最高升。

 ?、谀蜐癯睔獾那秩霑绊戇B接h絕緣性能,并銹蝕金屬零件。恒定濕熱試驗條件為相對濕度90%~95%(依據產品規范,可達98%)、溫度+4020℃,試驗時間按產品規定,最少為96小時。交變濕熱試驗則更嚴苛。

 ?、勰望}霧連接器在含有潮氣和鹽分的環境中工作時,其金屬結構件、接觸件表面處理層有可能產生電化腐蝕,影響連接器的物理和電氣性能。為了評價電連接器耐受這種環境的能力,規定了鹽霧試驗。它是將連接器懸掛在溫度受控的試驗箱內,用規定濃度的氯化鈉溶液用壓縮空氣噴出,形成鹽霧大氣,其暴露時間由產品規范規定,至少為48小時。

 ?、苷駝雍蜎_擊耐振動和沖擊是電連接器的重要性能,在特殊的應用環境中如航空和航天、鐵路和公路運輸中尤為重要,它是檢驗電連接器機械結構的堅固性和電接觸可靠性的重要指標。在有關的試驗方法中都有明確的規定。沖擊試驗中應規定峰值加速度、持續時間和沖擊脈沖波形,以及電氣連續性中斷的時間。

 ?、萜渌h境性能根據使用要求,電連接器的其它環境性能還有密封性(空氣泄漏、液體壓力)、液體浸漬(對特定液體的耐惡習化能力)、低氣壓等。

  接線端子做為連接器的一種,是電氣行業中的一個重要組件,起著不可替代、不可忽視的作用,因工程技術人員在檢修時首先也是從接口檢查,也就是端子入手,因此接線端子的設計尤為重要。

  產品的設計是集于:產品標準、材料、結構、電鍍、認證、模具、及制造工藝的一種綜合性設計,端子也不例外。

 ?。ㄒ唬┊a品標準起著總的指導思想,幾乎所有的考慮都以它為依據,我們端子設計標準首先以UL和CSA為準,不過在有些電氣參數方面也可以以其他標準為依據,如高低溫試驗。

 ?。ǘ┎牧系倪x擇直接影響到整個產品的性能,是設計的關鍵,以塑膠材料為例:如果是以UL94,V-0的阻燃為設計依據就要認真審核各家材料物性表的技術參數是否能滿足產品的標準,如沖擊耐電壓和耐老化試驗是否能過,在五金材料方面主要是TP的壓片材料選擇尤其重要,因為此壓片既要滿足一定的導電率(電流)又要有一定的彈性,在選擇材料方面給我們的工程師帶來了困難,而恰恰在此方面正是連接器廠商在彈性元器件所追求的趨勢,許多生產五金材料的廠家正在這方面努力,導電率直接影響到溫升和接觸電阻,彈性的好壞與材料的化學元素、彈性模量、硬度、抗拉強度有關,彈性模量選擇用材料力學的第四強度理論公式進行計算。材料的導電率越大接觸電阻就越小溫升就越低,插拔力與接觸電阻成二次曲線的關系,接觸電阻主要分:壓縮電阻、膜層電阻、體積電阻(導體本身的電阻)。其中膜層電阻占總電阻的70~80%,也是影響連接器壽命的主要因素,應給予充分重視,就以端子鍍金和鍍銀來比,雖然銀的導電率比金要高,但是其化學穩定性沒有金好,所引起的膜層電阻遠遠大于鍍金,所以搞清以上之間的關系對于我們選擇材料就有指導意義,是產品設計的前提條件。

 ?。ㄈ┊a品結構的設計也是至關重要的,這完全是經驗方面的東西,無捷徑可走,在這方面各個系列各有特點,如:螺釘防掉、拼接的產品前后呈弧形,長位數變形等,壁厚不均勻造成的縮水變形等,螺釘的防掉主要有以下幾種:三條筋防掉、箍口防掉,頸口防掉,沖壓防掉,因受技術工藝的影響頸口防掉采用不多,而大多數采用頸口防掉,以上結構的實現是以塑膠材為PA66為前提條件,在這里需要對頸口防掉進行說明,以螺釘為M3為例,M3的螺釘實際外徑是2.90mm,所以外殼頸口的尺寸應設計在:2.5~2.6,外殼頸口的厚度應在0.4~0.5mm,且螺釘頭部下應有一段小于外殼頸口的光桿,這樣才能保證螺釘可以順利旋進螺紋里面,在生產工藝也應該做相應的調整,下面就對我公司各系列產品在結構方面出現的問題做一個統計和解決的方案。

  1、拼接產品組合成長位數的變形問題,產生的主要原因也是因結構不合理導致兩拼接隼在前后上下左右受力不平衡,所示在結構設計時要考慮其拼接隼的受力和變形方向。

  2、螺釘防掉的問題,在這方面我建議盡量用頸口防掉,因為它與箍口防掉相比避免了螺釘光桿和箍口處公差精度所帶來的煩惱。而且結構可靠公差容易控制。

  3、螺釘及帶螺紋鋼件在電鍍后鹽霧試驗的問題,因按2012年公司螺紋電鍍的標準(鍍層是受到限制,但多大的螺紋對應鍍層厚度我認為還有待進一步確定),解決此問題在電鍍工藝正常的情況下有兩種方法,選擇正確的封孔劑和采用鍍層分多次電鍍,這兩種方法都是要覆蓋螺釘產生的用肉眼所看不到的孔隙。采用鍍層分多次電鍍成本較高,所以建議用第一種方法,而此方法的關鍵是在于封孔劑配方的研究。

  4、插拔力的問題,此方面所涉及到的內容較多,它與材料、電鍍、結構和所應用的行業都有關系,是連接器行業一項重要的機械性能要求,插拔式端子更是如此,材料的選擇就插拔力而言受導電率(電流)和接觸電阻及溫升的限制。在這里就不再做詳細的說明了,電鍍主要是受鍍層的種類和是否預鍍的影響。

  一般而言,在相同材料和結構下預鍍后壓片要比先沖壓再電鍍的壓片在插拔力方面要穩定,因為在后電鍍工藝過程中無形之中是對五金材料做了硬化處理,而在先沖壓就正好消除了這種現象。結構方面主要考慮是壓片與引針的接觸,引針與壓片的接觸大都是線接觸,這就造成在配合時出現在插的一瞬間突然很大,而后又突然變小,給客戶在使用的過程中有極不穩定的感覺,影響其壽命,如果把壓片與引針的接觸在結構方面改成面接觸,那么就既解決了插拔力的問題又減小了接觸電阻和溫升。

 ?。ㄋ模┊a品的應用:主要應用在照明,通訊,安防等行業。而插拔式端子的應用行業是最為主泛的,如變頻,防暴,數控面板,門禁控制器,傳感器,PLC,儀器儀表,電源,伺服驅動,以上這些應用行業對插拔式端子的共同的要求是:插拔力要平穩,接觸電阻要小,要能滿足一定的壽命和疲勞度,所以對五金彈片材料的要求較高。這就要求產品設計師對結構和選材具有一定的經驗。對于柵欄式端子主要應用在:電源,繼電器(特別是雙層端子),變頻器,電梯行業(較少),空調。

  此系列端子的要求是在壓線時對螺釘的扭力要求較高,螺釘退到最高位的距離要大于最大壓線范圍,對于長位數的端子不能有翹曲變形,螺釘的抗腐蝕性要求較高。

 ?。ㄎ澹╇S著我國3C認證制的開始,國家對電器產品的安全,電磁兼容的要求提出了更高的要求,與之相關的標準有:GB16836-2003《量度繼電器保護裝置安全設計的一般要求》、GB/T14598.3-1993《電氣繼電器的絕緣試驗》、JB/T9568-2000《電力系統繼電器、保護及自動裝置通用技術條件》、國際標準IEC60255-27(CD:2002)《量度繼電器和保護裝置的產品安全要求》、其中GB16836-2003涉及到的安全項目主要包括:機械結構、外殼防護、絕緣配合、發熱、著火試驗、防觸電、安全標志及安全說明書。

  1、機械結構安全要求端子在化學方面和結構材料方面及帶電的運動部件要保證人身安全,如外殼的棱角,五金方面的毛刺,及各零部件的連接強度,甚至在運動等條件下產品的穩定性,以上都是電力行業中機械結構對端子的要求。

  2、外殼的防護要求主要是JB/T9568-2000對防護等級的規定,它主要分兩種,一種是固體異物的防護等級,一種是水對設備和產品造成的危害。

  3、絕緣配合要求主要是根據所用材料、工作電壓及環境污染等級,來合選取電氣間隙和爬電距離、從而保護工作人員和產品工作的安全,同時也使產品在過電壓不會發生絕緣損壞。

  4、漏電起痕指數的要求,產品在使用過程中因固體絕緣材料表面在電場和電解液的作用下,形成導電通路,從而使外殼絕緣材料的絕緣性能下降,影響產品的安全。如果在相同絕緣電壓等級條件下,漏電起痕指數高時,產品的爬電距離可以減小,如果產品進入電力行業請研發在這方面充分重視。

  5、熱塑性材料在工作中對變形要求,它主要對端子在工作中產生的溫升和接觸電阻,它引起的高溫使外殼變形變軟,從而使電短路,造成嚴重事故,所以對端子的載流部件材料的選擇顯的很重要。

  6、防觸電要求,在結構方面操作元件不應帶電,與內部連接的端子不應是可以觸及到的,這方面主要是對螺釘扭力可靠性的要求,應防止與可觸及的端子的螺釘,導線意外松動而短路。如接地端子的要求:Ⅰ類安全產品的接地電阻不應大于0.5。

 ?。┠>叻矫?,至少在連接器行業幾乎所有重要的零部件都是通過模具來實現在,效率高,精度好,維護方便,端子主面主要以塑膠模和五金連續模為主,塑膠模方面:主要在于設計,首先對產品分模面的選擇是很重要的,他決定模具自身結構的設計,還有側抽芯(多的可以是四面)進膠口及方向的設計,模具次卻系統也是一個很重要的一項,至于有些結構的設計會受塑膠料類型的影響,絕緣外殼結構的均勻對模具的影響,前模和后模上的鑲件要避免對插現象,作為產品設計工程師如果只考慮產品的功能和標準方面會導致模具的正常生產和外觀現象,要兼顧模具制造加工工藝,另外是注塑機的成形工藝,這方面的影響也是很重要的:注塑溫度、成形時間,鎖模力、注塑速度等。

 ?。ㄆ撸┢渌圃旃に?,端子所用到其他的零件的制造工藝還有:儀表、鑄造、熱處理等。對以上工藝不光只是了解,更重要的是要積累經驗,及時總結,循序漸進。所以在研發方面大大提升產品項目工程師素質和加大項目工程師負責管理制是實現完成產品開發的關鍵。

  連接器的基本結構件有接觸件、絕緣體、外殼(視品種而定)及附件。下面小編給大家詳細介紹一下連接器的構成。

  接觸件(contacts) 是連接器完成電連接功能的核心零件。一般由陽性接觸件和陰性接觸件組成接觸對,通過陰、陽接觸件的插合完成電連接。

  陽性接觸件為剛性零件,其形狀為圓柱形(圓插針)、方柱形(方插針)或扁平形(插片)。陽性接觸件一般由黃銅、磷青銅制成。

連接器的基本性能與其基本結構(圖3)

  陰性接觸件即插孔,是接觸對的關鍵零件,它依靠彈性結構在與插針插合時發生彈性變形而產生彈性力與陽性接觸件形成緊密接觸,完成連接。插孔的結構種類很多,有圓筒型(劈槽、縮口)、音叉型、懸臂梁型(縱向開槽)、折迭型(縱向開槽,9字形)、盒形(方插孔)以及雙曲面線簧插孔等。

連接器的基本性能與其基本結構(圖4)

  絕緣體:絕緣體也常稱為基座(base)或安裝板(insert),它的作用是使接觸件按所需要的位置和間距排列,并保證接觸件之間和接觸件與外殼之間的絕緣性能。良好的絕緣電阻、耐電壓性能以及易加工性是選擇絕緣材料加工成絕緣體的基本要求。

  殼體 也稱外殼(shell),是連接器的外罩,它為內裝的絕緣安裝板和插針提供機械保護,并提供插頭和插座插合時的對準,進而將連接器固定到設備上。

  附件 附件分結構附件和安裝附件。結構附件如卡圈、定位鍵、定位銷、導向銷、聯接環、電纜夾、密封圈、密封墊等。安裝附件如螺釘、螺母、螺桿、彈簧圈米樂 登錄入口等。附件大都有標準件和通用件。

  以上是連接器構成介紹。使用連接器可以在設計和集成新產品時,以及用元部件組成系統時,有更大的靈活性。

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