淺談電連接器接觸件接觸壓力

邵麗娜 ， 賀占蜀 ， 張啟宵

（1.鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

電連接器接觸件都是成對(duì)出現(xiàn)的，一般分為插頭端子和插座端子，它是連接整車(chē)電路的基礎(chǔ)元器件，在器件與器件之間、組件與組件之間、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間通過(guò)插頭端子和插座端子的嚙合實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞和電流傳輸。圖1為電連接器接觸件在穩(wěn)定接通狀態(tài)的圖示。電連接器接觸失效的原因主要有兩個(gè)方面：①接觸壓力過(guò)大，插拔力隨之增大，導(dǎo)致電連接器接觸件不易插拔；②接觸壓力過(guò)小，導(dǎo)致插拔力不足，則接觸件容易松脫，同時(shí)導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大，最終引起溫升過(guò)高。直接判斷連接器端子傳輸性能的主要標(biāo)準(zhǔn)是插拔與溫升特性，因此，本文主要分析電連接器接觸壓力對(duì)接觸件插拔與接觸電阻的影響，建立理論模型。

圖1 電連接器接觸件在穩(wěn)定接通狀態(tài)的圖示

1 電連接器接觸件接觸壓力與插拔

電連接器接觸件在實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)，插頭端子要從插座端子中插入或拔出。在插入和拔出過(guò)程中，插座端子彈舌發(fā)生彈性變形，插頭端子受到插座端子彈舌結(jié)構(gòu)的壓力和摩擦力，其中彈舌結(jié)構(gòu)對(duì)插頭端子的壓力即為電連接器接觸件的接觸壓力或者稱為正壓力。另外彈舌結(jié)構(gòu)對(duì)插頭端子的接觸壓力將隨插入位移的變化而變化，從而引起一個(gè)插拔周期中插拔力和接觸壓力的變化，但在整個(gè)插入和拔出過(guò)程中，接觸件受到的插拔力、接觸壓力和摩擦力三者始終保持穩(wěn)定，如式 （1）和圖2所示。根據(jù)圖2可將式 （1）化為式 （2）。

圖2 插入過(guò)程中插頭端子受力分析

式中：FN→— —插拔力；N→——接觸壓力；N→f——摩擦力。

插拔過(guò)程中的摩擦力主要取決于插頭端子和插座端子之間的摩擦系數(shù)，對(duì)于需要多次插拔的接觸件來(lái)說(shuō)，接觸件表面的磨損將導(dǎo)致摩擦系數(shù)變化，需要考慮電鍍鍍層。既滿足較好機(jī)械性能又能滿足較好電性能的鍍層一般選擇鍍錫、銀和金；鍍錫和鍍銀的端子通常可滿足10次插拔循環(huán)，當(dāng)需要更多的插拔循環(huán)次數(shù)時(shí)候，可使用硬金或鈀基鍍金。

接觸壓力是影響插拔力的主要因素，它不但與接觸件材料的性能有關(guān)，還與接觸件內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，如圖3中插座端子彈舌斜角θ和彈舌支撐間隙ε。

圖3 彈舌結(jié)構(gòu)示意圖

2 電連接器接觸件接觸壓力與接觸電阻

電連接器接觸件的接觸電阻越大，接觸件的溫升越高，使接觸件電阻增大、溫升升高的因素有很多，如表面鍍層、接觸件材料導(dǎo)電率低、壓接不可靠、接觸壓力小等，但接觸壓力是影響接觸件接觸電阻和溫升的主要因素。如果接觸壓力過(guò)小，接觸不良，溫升過(guò)高，會(huì)造成連接器燒蝕、電路短路或斷路等嚴(yán)重問(wèn)題。

電連接器接觸件是在接觸壓力的作用下使得插頭端子與插座端子之間相互得以接觸，電流接通，產(chǎn)生接觸電阻，而接觸電阻與接觸件的生熱率直接相關(guān)，會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增大，接觸件的溫升升高。隨之電連接器接觸件會(huì)釋放熱量，接觸件溫升會(huì)升高。則單位時(shí)間內(nèi)單個(gè)接觸件的生熱率為：

式中：Rj——接觸電阻；RL——體電阻；α——電阻隨溫度變化的系數(shù)。

然而，隨著接觸壓力的增大，接觸件上用于傳輸電流的真實(shí)電接觸面 （非表觀面積）也將增大，那么接觸電阻也將隨之減小，溫升也將逐漸降低。經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：Rj——接觸電阻；N——接觸壓力；K——與接觸材料性質(zhì)和接觸表面情況有關(guān)的系數(shù)；m——與接觸形式、壓力、范圍和實(shí)際接觸面的數(shù)目有關(guān)的指數(shù) （實(shí)驗(yàn)證明，在接觸壓力不太大的范圍內(nèi)，點(diǎn)接觸，m=0.5；線接觸，m=0.7；面接觸，m=1）。

3 結(jié)論

如果接觸壓力較小，雖然易于插拔，但接觸電阻較大，溫升會(huì)過(guò)高。為了減小接觸電阻，要求接觸壓力盡可能大；但過(guò)大的接觸壓力，也將導(dǎo)致插拔力過(guò)大而不易插拔。而且接觸壓力大到一定程度，接觸電阻減小幅度變小，此時(shí)再通過(guò)增大接觸壓力來(lái)減小接觸電阻反而得不償失。因此設(shè)計(jì)接觸件時(shí)，要選擇合適的接觸壓力，既保證較小的插拔力又保證溫升不至過(guò)大。