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技術文章

如何做到連接器的低插入力和高拔出力

閱讀:1737          發(fā)布時間:2018-11-7

連接器插拔力

現(xiàn)行北美人機工程學規(guī)定要求在汽車線束端子連接器中的插入力少于75牛頓。有消息稱,下一次

的規(guī)則將把它減少到50牛頓。汽車連接器制造商們不禁自問:“我們能夠做到多低?”

 圖1是在典型的互連系統(tǒng)中接觸器的示意圖。連接器的凸出一半的葉片或插腳將與其凹進一半的彈

huang片相接觸。當插腳插入時,它將滑過并使彈簧傾斜,從而產生良好電器接觸所需要的正交力。

一旦彈huang片被全部偏移并只接觸插腳的扁平接觸面,接觸力將與插入方向垂直。那么插拔力的大

小正好等于正交力乘以滑動摩擦系數(shù)和接觸點數(shù)量。不過,在達到這個穩(wěn)定狀態(tài)以前,插拔力表

現(xiàn)出非常復雜的情形。

對于這類連接系統(tǒng),zui大插拔力往往比穩(wěn)定狀態(tài)的值要大,并通常比正交力大。

我們假設連接器的凸出部分和凹陷部分正好*水平,以便插入方向也能處于水平)。當凸出插

腳插入時,它將會首先在凹陷端的彈huang片某處產生接觸。此點的位置將由插腳的厚度和插腳與彈

huang片的角度來決定,可把它表示為a。

力。既然此力的作用與接觸點兩面的方向垂直,它將具有水平和垂直的成分。在插入過程中,正

交力的水平成分將與插腳的入口相反。相反地,在拔出過程中,接觸力的水平成分將有助于拔出。

 一旦摩擦力與正交力垂直,它也會具有水平和垂直成分。摩擦力的水平成分也將對插入產生反作

用。因此,插拔力具有兩中成分:一種來自摩擦力,另一種來自表面反應力。下面的圖1表明了插

拔力的計算等式。關于此等式的偏差,請參考本文尾的兩份參考資料。

圖 1 中的等式并非是它首先看到的那樣簡單。(摩擦系數(shù)也會發(fā)生變化。)接觸角度在開始接觸

時zui大,在處于穩(wěn)定狀態(tài)時降到 0 度。它還通常在插腳插入時增大。

 在汽車線束或計算機架底板中的大多數(shù)連接器將有很多同時插拔的單個連接點。即使在施加很小

的正交力時,zui大插拔力也會很容易超出推薦的指導值。減少插拔力的*可行方法是,要么減

少摩擦系數(shù),要么減少初始正交力。盡可能地使用潤滑油或潤滑性的表面涂層,可以減少摩擦力。

正交力的減少會增加接觸阻力,增加震動和磨損的機會,增加接觸中斷的可能性,增加偶爾失效

的可能性,并通常會使連接變得更加不可靠。因此,必須找到每次接觸中的減少插拔力的方法而

又不降低所需要的正交力。

 問題的復雜性還表現(xiàn)在,正交力在接觸器的使用壽命中并不是保持一個常量。由于不正確使用而

帶來的應力松弛或*變形,正交力會隨著時間的流逝而降低。因此,在連接器使用的初期,正

交力必須增加,以保證在連接器壽命結束時所需要的力。這就需要在彈簧中正確使用金屬基材。

象銅鈹合金之類的金屬基材具有避免*變形需要的屈服強度,zui大限度減少溫度上升的傳導率、

產生正交力和抵抗振動的剛度,以及保持正交力的應力松弛抗力。這就意味著設計者可以使初始

正交力在使用壽命結束時非常近似地保持所需要的值。

 如果使用低性能的金屬基材,設計者可以節(jié)約金屬基材的一些成本。不過,必須保持初始正交力

以維持使用壽命結束時所需要的力。相比較于使用如鈹銅合金等高性能的金屬而設計的接觸器,

此增加的正交力將產生更大的插拔力峰值。低成本和低性能的金屬基材將會節(jié)約潤滑成本,但是

增加的插拔力和(或)降低的可靠性將會使其成本變得更大。

 鈹銅合金之類的高性能金屬基材,以及光滑的電鍍,將使設計者zui大限度地減少插拔力,以滿足

人體工程學的要求而不降低設計的性能和可靠性。

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