連接器插孔合件分離力工藝分析

雷廣宇

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

連接器插孔合件分離力工藝分析

雷廣宇

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

電連接器主要用于實現電信號的傳輸，該功能的實現是通過接觸件之間的彈性接觸來實現的，而接觸件彈性接觸的可靠性是通過接觸件的分離力來進行表征。本文主要闡述連接器冠簧插孔分離力的計算與影響因素，并通過三維模型對插孔合件分離力進行仿真分析。

可靠性;冠簧插孔;分離力;仿真

1 引言

該連接器接觸件采用的是柔性冠簧式插孔合件，由引腳、接觸圈、護管組成，如圖1所示。生產組裝流程是先將接觸圈裝入護管，吊分離力合格后，再將護管套在接觸件上進行壓配鉚周圈。在產品的實際生產過程中，經常出現插孔合件分離力不合格，嚴重影響產品的生產進度及產品產出率。通過平時公司內部質量信息分析，引腳、接觸圈、護管都對插孔合件分離力有一定的影響。

圖1 插孔合件

2 冠簧插孔分離力計算

圖2 接觸圈

連接器插合對接時，插針在接觸圈的最小內徑(俗稱喉圓)處接觸，形成電氣連接。接觸圈及插針與接觸圈插合時如圖2、3所示。根據插孔合件結構，分離力計算主要需要確定接觸圈的彈性臂長度、寬度和外圓尺寸。由連接器的接觸原理，插針插入后，在接觸圈喉圓圓周的一段區域接觸，同時接觸圈的一端固定，另一端可以沿插孔內壁移動，故可將其簡化為簡支梁力學模型，如圖4所示。

圖3 插針與接觸圈插合

圖4 接觸圈力學模型

1)簡支梁的最大撓度為:

2)集中力p作用于彈性臂中點時，其最大彎矩為:

3)最大彎曲應力為:

4)對寬度為b，高度為h的矩形截面，其慣性矩為:

5)查表可知鈹青銅帶的［σ］=1127MPa、E= 127400 MPa。

由以上公式(1)、(2)、(3)、(4)推導出集中應力為:

式中，η－彈性臂根數，μ－摩擦系數，金與金μ =0.2

故單腳分離力F為:

設計文件要求插孔合件單腳分離力為0.19N～0.6N，理論計算插孔合件單腳分離力在設計要求范圍內。

3 插孔合件零部件對分離力的影響

影響插孔合件分離力的因素是多方面的，涉及到“人”、“機”、“料”、“法”、“環”五個方面。從公司內部質量反饋信息上可知，對插孔合件分離力影響最大的是零件加工超差，特別是零件某些關鍵尺寸加工超差，對分離力的影響特別大。引腳、接觸圈、護管組裝后形成一封閉尺寸鏈圖，如圖5所示。對封閉環A0進行尺寸鏈計算，理論上插孔合件護管頭部孔底與接觸圈端部的間隙A0為(0～0.315) mm。

圖5 封閉尺寸鏈圖

3.1 引腳對分離力的影響

圖6 引腳

3.2 接觸圈對分離力的影響

3.3 護管對分離力的影響

圖7 護管

圖8 插孔分離力合格時的內部剖視圖

圖9 插孔分離力不合格時的內部剖視圖

圖8與圖9分別為插孔分離力合格和不合格的內部剖視圖。從圖可知，分離力合格的插孔合件，接觸圈端部與護管內孔底部有一定的間隙，而分離力不合格的插孔合件，接觸圈端部與護管內孔底部的間隙為0或為負。

4 插孔分離力仿真分析

通過以上分離力影響因素的理論分析，引腳、接觸圈、護管三個零件超差均表現為影響接觸圈的初始高度，因此可以統一按接觸圈高度超差進行分析，直接分析接觸圈四片被壓縮到接觸的極限情況。

4.1 仿真前處理

(1)模型簡化處理

護管主要限制接觸圈外徑，而引腳是限制接觸圈的軸向位移，因此可以將這兩個零件簡化掉，而用兩個邊界條件代替。因此，整個產品的接觸系統可以簡化為圖10的接觸圈和插針兩個零件。

圖10 仿真簡化模型

(2)邊界條件設置

設置整體邊界條件如圖11所示，固定接觸圈底面，0～1S先給接觸圈上表面一個軸向位移，模擬接觸圈裝入護管的過程，位移大小按接觸圈4片完全靠在一起來設定，最終設定為0.04mm。1S～2S給插針一個軸向位移，完成插入過程。

圖11 邊界條件設定

(3)相關參數設置

護管材料設定為彈塑性材料，材料特性曲線如

圖12所示。

圖12 護管材料特性曲線

設定接觸圈和插針為一個接觸對，因為有涂保護劑，摩擦系數設定為0.1。

4.2 仿真結果

通過仿真分析得出接觸圈被軸向壓縮0.04mm時的整體徑向位移分布如圖13所示，腰部最細處內徑(喉圓)由Φ0.5mm變為Φ0.22mm左右，此時是接觸圈壓縮的極限情況。

圖13 接觸圈徑向位移分布圖

插入力曲線如圖14所示，可以看出接觸圈壓縮到極限時的插入力增大到3.4N。

圖14 插入力曲線

4.3 改型分析

為了便于比較，再分析一下接觸圈不被壓縮時的插入力情況，得出插入力曲線如圖15所示，可以看出插入力為0.22N，符合產品設計指標要求，說明設計的尺寸是沒有問題的。

圖15 原插入力曲線

5 結論

通過以上分離力影響因素的理論分析并結合實際，引腳、接觸圈、護管三個零件超差均表現為影響接觸圈的初始高度，由此影響插孔分離力大小。同時，通過仿真分析可以看出，接觸圈對于軸向壓縮非常敏感，在軸向壓縮僅0.04mm時就達到壓縮極限。此時，對應插入力為3.4N，而正常情況下的插入力為0.22N。

分析該產品幾個零件的公差可以發現，裝入后接觸圈上端部和護管內孔底部之間的間隙為(0～0.315)mm，但護管壓周圈時會導致護管整體長度變短，從而造成間隙為負，就會導致接觸圈被軸向壓縮。根據分析，軸向壓縮0.04mm時，插入力就會變成3.4N。因此，該產品的尺寸公差設計存在一定問題，需要增大間隙的下公差，以保證接觸圈在壓周圈時不會被軸向壓縮。

［1］ 趙仕彬.連接器技術教程，貴州航天電器股份有限公司內部資料，2012.

［2］ 王濤.圓形切槽插孔正壓力及分離力研究，機電元件，2012.

10.3969/j.issn.1000－6133.2015.03.005

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1000－6133(2015)03－0016－05

2015－04－03

工藝與材料