一種車用連接器端子的設(shè)計及驗證

李劉霞，杜艷平

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

1 連接器具體要求

本設(shè)計客戶要求：按照QC/T1067.1—2017，USCAR-21設(shè)計一款低插拔力，適配0.3～0.5mm和0.5～1.0mm兩種范圍的新型端子。此款端子最重要的是彈片設(shè)計和芯線壓接尾部的設(shè)計。

本設(shè)計端子接觸彈片要實現(xiàn)的功能：①傳送小電流或者傳播信號；②建立可靠的接觸界面；③適應(yīng)連接器系統(tǒng)的制造誤差。芯線壓接尾部要實現(xiàn)的功能：①建立導(dǎo)線和端子的連接；②產(chǎn)生盡量小的壓接電阻。

2 連接器設(shè)計

2.1 材料的選用

接觸彈片材料必須具備一定的導(dǎo)電性、彈性、機(jī)加工性和抗應(yīng)力松弛性。因為是小電流端子，可不必太注重端子溫升，端子材料的導(dǎo)熱系數(shù)不是關(guān)鍵。綜上，選擇料厚0.25mm的銅合金為本端子材料。

2.2 彈片設(shè)計

常見的可分離式連接器端子的類型有：簡單懸臂梁、雙支撐懸臂梁、預(yù)負(fù)載懸臂梁、復(fù)合懸臂梁等，其各自的特點(diǎn)見表1。根據(jù)各種形式彈片的不同特點(diǎn)，本設(shè)計選用彈性較好，適用于料厚較薄的雙支撐梁。

表1 彈片類型及特點(diǎn)

2.3 端子芯線壓接尾部設(shè)計

一般的導(dǎo)體壓接高度可由下式進(jìn)行計算。

式中：CCH——芯線壓接高度，mm；Φ——導(dǎo)線直徑，mm；δ——端子料厚，mm。

一般的芯線壓接尾部展開長度可由下式進(jìn)行計算。

式中：——芯線壓接尾部展開長度，mm；Φ——導(dǎo)線直徑，mm；δ——端子料厚，mm。

一般的芯線壓接尾部的半徑可由下式估算。

式中：——芯線壓接尾部半徑，mm；——芯線壓接寬度，mm。

一般的壓接高度與寬度比為50%～80%，壓縮比為75%～90%。

因本端子料厚為0.25mm，可得3種規(guī)格導(dǎo)線的芯線壓接寬度、芯線壓接尾部展開長度和芯線壓接尾部半徑值，見表2。

表2 芯線壓接尾部部分參數(shù)

由于本設(shè)計要設(shè)計一種適配0.3～0.5mm和0.5～1.0mm兩種范圍的尾部，因此初步設(shè)定適配0.35～0.5mm的尾部，=4.87mm，=0.825mm；適配0.5～1.0mm的尾部，=6.10mm，=0.99mm。端子芯線壓接尾部的寬度能使整個尾部呈現(xiàn)U型或V型即可，另外尾部的壓筋和壓邊按常規(guī)設(shè)計即可。

3 CAE分析

由于CAE技術(shù)的迅猛發(fā)展，CAE仿真技術(shù)越來越多地應(yīng)用到連接器領(lǐng)域。如：河北工業(yè)大學(xué)的駱燕燕等人[1]，海軍航空大學(xué)的張彤等人都對連接器進(jìn)行了CAE分析，驗證了CAE技術(shù)應(yīng)用在連接器領(lǐng)域的有效性。姚偉在“線束壓接成型分析”一文中對端子尾部的壓接進(jìn)行了詳細(xì)說明。因此本設(shè)計首先進(jìn)行了CAE分析。在CAE驗證設(shè)計合格后再進(jìn)行后續(xù)的試驗驗證。

3.1 插拔力分析

如圖1所示，插座端子固定端子間的摩擦系數(shù)為0.15，插頭端子沿其軸向插入并拔出。

圖1 端子間插拔力分析示意圖

經(jīng)過CAE分析可得其插拔力曲線，如圖2所示，即端子的插入力為1.92N，拔出力為1.51N。

圖2 插拔力曲線

3.2 剖面分析

本設(shè)計分別對兩種尾部進(jìn)行CAE剖面分析。端子尾部壓接CAE分析結(jié)果見表3。

表3 端子尾部壓接CAE分析結(jié)果

綜上，結(jié)合QC/1067.1—2017和USCAR-21可知端子插拔力合格，端子剖面合格。

4 實驗

4.1 插拔力

CAE分析的結(jié)果顯示端子插拔力和端子剖面均合格，最后進(jìn)行試驗驗證。按 照QC/T 1067.1—2017的4.4做端子間的插拔力實驗，如圖3所示，其實驗結(jié)果如表4所示。

圖3 插拔力實驗

表4 插拔力實驗結(jié)果

4.2 剖面

按照USCAR-21中剖面分析進(jìn)行試驗，所得剖面如表5所示。

表5 剖面分析結(jié)果

5 總結(jié)

通過客戶要求及各種標(biāo)準(zhǔn)要求等信息作為連接器端子設(shè)計輸入，結(jié)合端子各部分理論分析，完成連接器端子的設(shè)計，并用CAE技術(shù)對設(shè)計進(jìn)行了分析驗證，最后通過實物實驗驗證本設(shè)計。本文對連接器的設(shè)計提供了正向設(shè)計思路及方法，對以后端子正向設(shè)計提供了一定的參考。