连接器的基本性能与其基本结构

网络整理2017-06-22 10:09

 

  连接器在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间,架起沟通的桥梁,从而使电流流通,使电路实现预定的功能。连接器是电子设备中不可缺少的部件,顺着电流流通的通路观察,你总会发现有一个或多个连接器。连接器形式和结构是千变万化的,随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同,有各种不同形式的连接器。

  连接器的基本性能与其基本结构

 

  例如,球场上点灯用的连接器和硬盘驱动器的连接器,以及点燃火箭的连接器是大不相同的。但是无论什么样的连接器,都要保证电流顺畅连续和可靠地流通。就泛指而言,连接器所接通的不仅仅限于电流,在光电子技术迅猛发展的今天,光纤系统中,传递信号的载体是光,玻璃和塑料代替了普通电路中的导线,但是光信号通路中也使用连接器,它们的作用与电路连接器相同。

  连接器的基本性能:

 

  1、基本性能

 

  连接器的基本性能可分为三大类:即机械性能、电气性能和环境性能。

 

  2、机械性能

 

  机械性能就连接功能而言,插拔力是重要地机械性能。插拔力分为插入力和拔出力(拔出力亦称分离力),两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定,这表明,从使用角度来看,插入力要小(从而有低插入力LIF和无插入力ZIF的结构),而分离力若太小,则会影响接触的可靠性。

 

  另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性指标,在国标GB5095中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环,以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能(如接触电阻值)作为评判依据。连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构(正压力大小)接触部位镀层质量(滑动摩擦系数)以及接触件排列尺寸精度(对准度)有关。

 

  3、电气性能

 

  电气性能连接器的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。

 

  ①接触电阻高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。

 

  ②绝缘电阻衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标,其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。

 

  ③抗电强度或称耐电压、介质耐压,是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。

  连接器的基本性能与其基本结构

 

  4、环境性能

 

  环境性能常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。

 

  ①耐温目前连接器的最高工作温度为200℃(少数高温特种连接器除外),最低温度为-65℃。由于连接器工作时,电流在接触点处产生热量,导致温升,因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中,明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高升。

 

  ②耐湿潮气的侵入会影响连接h绝缘性能,并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%(依据产品规范,可达98%)、温度+40±20℃,试验时间按产品规定,最少为96小时。交变湿热试验则更严苛。

 

  ③耐盐雾连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时,其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀,影响连接器的物理和电气性能。为了评价电连接器耐受这种环境的能力,规定了盐雾试验。它是将连接器悬挂在温度受控的试验箱内,用规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出,形成盐雾大气,其暴露时间由产品规范规定,至少为48小时。

 

  ④振动和冲击耐振动和冲击是电连接器的重要性能,在特殊的应用环境中如航空和航天、铁路和公路运输中尤为重要,它是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形,以及电气连续性中断的时间。

 

  ⑤其它环境性能根据使用要求,电连接器的其它环境性能还有密封性(空气泄漏、液体压力)、液体浸渍(对特定液体的耐恶习化能力)、低气压等。

 

  连接器产品的“微型化”、“高速移动化”和智慧化是未来发展的趋势。

 

  接线端子做为连接器的一种,是电气行业中的一个重要组件,起着不可替代、不可忽视的作用,因工程技术人员在检修时首先也是从接口检查,也就是端子入手,因此接线端子的设计尤为重要。

 

  产品的设计是集于:产品标准、材料、结构、电镀、认证、模具、及制造工艺的一种综合性设计,端子也不例外。

 

  (一)产品标准起着总的指导思想,几乎所有的考虑都以它为依据,我们端子设计标准首先以UL和CSA为准,不过在有些电气参数方面也可以以其他标准为依据,如高低温试验。

 

  (二)材料的选择直接影响到整个产品的性能,是设计的关键,以塑胶材料为例:如果是以UL94,V-0的阻燃为设计依据就要认真审核各家材料物性表的技术参数是否能满足产品的标准,如冲击耐电压和耐老化试验是否能过,在五金材料方面主要是TP的压片材料选择尤其重要,因为此压片既要满足一定的导电率(电流)又要有一定的弹性,在选择材料方面给我们的工程师带来了困难,而恰恰在此方面正是连接器厂商在弹性元器件所追求的趋势,许多生产五金材料的厂家正在这方面努力,导电率直接影响到温升和接触电阻,弹性的好坏与材料的化学元素、弹性模量、硬度、抗拉强度有关,弹性模量选择用材料力学的第四强度理论公式进行计算。材料的导电率越大接触电阻就越小温升就越低,插拔力与接触电阻成二次曲线的关系,接触电阻主要分:压缩电阻、膜层电阻、体积电阻(导体本身的电阻)。其中膜层电阻占总电阻的70~80%,也是影响连接器寿命的主要因素,应给予充分重视,就以端子镀金和镀银来比,虽然银的导电率比金要高,但是其化学稳定性没有金好,所引起的膜层电阻远远大于镀金,所以搞清以上之间的关系对于我们选择材料就有指导意义,是产品设计的前提条件。

 

  (三)产品结构的设计也是至关重要的,这完全是经验方面的东西,无捷径可走,在这方面各个系列各有特点,如:螺钉防掉、拼接的产品前后呈弧形,长位数变形等,壁厚不均匀造成的缩水变形等,螺钉的防掉主要有以下几种:三条筋防掉、箍口防掉,颈口防掉,冲压防掉,因受技术工艺的影响颈口防掉采用不多,而大多数采用颈口防掉,以上结构的实现是以塑胶材为PA66为前提条件,在这里需要对颈口防掉进行说明,以螺钉为M3为例,M3的螺钉实际外径是φ2.90mm,所以外壳颈口的尺寸应设计在:φ2.5~φ2.6,外壳颈口的厚度应在0.4~0.5mm,且螺钉头部下应有一段小于外壳颈口的光杆,这样才能保证螺钉可以顺利旋进螺纹里面,在生产工艺也应该做相应的调整,下面就对我公司各系列产品在结构方面出现的问题做一个统计和解决的方案。

 

  1、拼接产品组合成长位数的变形问题,产生的主要原因也是因结构不合理导致两拼接隼在前后上下左右受力不平衡,所示在结构设计时要考虑其拼接隼的受力和变形方向。

 

  2、螺钉防掉的问题,在这方面我建议尽量用颈口防掉,因为它与箍口防掉相比避免了螺钉光杆和箍口处公差精度所带来的烦恼。而且结构可靠公差容易控制。

 

  3、螺钉及带螺纹钢件在电镀后盐雾试验的问题,因按2012年公司螺纹电镀的标准(镀层是受到限制,但多大的螺纹对应镀层厚度我认为还有待进一步确定),解决此问题在电镀工艺正常的情况下有两种方法,选择正确的封孔剂和采用镀层分多次电镀,这两种方法都是要覆盖螺钉产生的用肉眼所看不到的孔隙。采用镀层分多次电镀成本较高,所以建议用第一种方法,而此方法的关键是在于封孔剂配方的研究。

 

  4、插拔力的问题,此方面所涉及到的内容较多,它与材料、电镀、结构和所应用的行业都有关系,是连接器行业一项重要的机械性能要求,插拔式端子更是如此,材料的选择就插拔力而言受导电率(电流)和接触电阻及温升的限制。在这里就不再做详细的说明了,电镀主要是受镀层的种类和是否预镀的影响。

 

  一般而言,在相同材料和结构下预镀后压片要比先冲压再电镀的压片在插拔力方面要稳定,因为在后电镀工艺过程中无形之中是对五金材料做了硬化处理,而在先冲压就正好消除了这种现象。结构方面主要考虑是压片与引针的接触,引针与压片的接触大都是线接触,这就造成在配合时出现在插的一瞬间突然很大,而后又突然变小,给客户在使用的过程中有极不稳定的感觉,影响其寿命,如果把压片与引针的接触在结构方面改成面接触,那么就既解决了插拔力的问题又减小了接触电阻和温升。

 

  (四)产品的应用:主要应用在照明,通讯,安防等行业。而插拔式端子的应用行业是最为主泛的,如变频,防暴,数控面板,门禁控制器,传感器,PLC,仪器仪表,电源,伺服驱动,以上这些应用行业对插拔式端子的共同的要求是:插拔力要平稳,接触电阻要小,要能满足一定的寿命和疲劳度,所以对五金弹片材料的要求较高。这就要求产品设计师对结构和选材具有一定的经验。对于栅栏式端子主要应用在:电源,继电器(特别是双层端子),变频器,电梯行业(较少),空调。

 

  此系列端子的要求是在压线时对螺钉的扭力要求较高,螺钉退到最高位的距离要大于最大压线范围,对于长位数的端子不能有翘曲变形,螺钉的抗腐蚀性要求较高。

 

  (五)随着我国3C认证制的开始,国家对电器产品的安全,电磁兼容的要求提出了更高的要求,与之相关的标准有:GB16836-2003《量度继电器保护装置安全设计的一般要求》、GB/T14598.3-1993《电气继电器的绝缘试验》、JB/T9568-2000《电力系统继电器、保护及自动装置通用技术条件》、国际标准IEC60255-27(CD:2002)《量度继电器和保护装置的产品安全要求》、其中GB16836-2003涉及到的安全项目主要包括:机械结构、外壳防护、绝缘配合、发热、着火试验、防触电、安全标志及安全说明书。

 

  1、机械结构安全要求端子在化学方面和结构材料方面及带电的运动部件要保证人身安全,如外壳的棱角,五金方面的毛刺,及各零部件的连接强度,甚至在运动等条件下产品的稳定性,以上都是电力行业中机械结构对端子的要求。

 

  2、外壳的防护要求主要是JB/T9568-2000对防护等级的规定,它主要分两种,一种是固体异物的防护等级,一种是水对设备和产品造成的危害。

 

  3、绝缘配合要求主要是根据所用材料、工作电压及环境污染等级,来合选取电气间隙和爬电距离、从而保护工作人员和产品工作的安全,同时也使产品在过电压不会发生绝缘损坏。

 

  4、漏电起痕指数的要求,产品在使用过程中因固体绝缘材料表面在电场和电解液的作用下,形成导电通路,从而使外壳绝缘材料的绝缘性能下降,影响产品的安全。如果在相同绝缘电压等级条件下,漏电起痕指数高时,产品的爬电距离可以减小,如果产品进入电力行业请研发在这方面充分重视。

 

  5、热塑性材料在工作中对变形要求,它主要对端子在工作中产生的温升和接触电阻,它引起的高温使外壳变形变软,从而使电短路,造成严重事故,所以对端子的载流部件材料的选择显的很重要。

 

  6、防触电要求,在结构方面操作元件不应带电,与内部连接的端子不应是可以触及到的,这方面主要是对螺钉扭力可靠性的要求,应防止与可触及的端子的螺钉,导线意外松动而短路。如接地端子的要求:Ⅰ类安全产品的接地电阻不应大于0.5Ω。

 

  (六)模具方面,至少在连接器行业几乎所有重要的零部件都是通过模具来实现在,效率高,精度好,维护方便,端子主面主要以塑胶模和五金连续模为主,塑胶模方面:主要在于设计,首先对产品分模面的选择是很重要的,他决定模具自身结构的设计,还有侧抽芯(多的可以是四面)进胶口及方向的设计,模具次却系统也是一个很重要的一项,至于有些结构的设计会受塑胶料类型的影响,绝缘外壳结构的均匀对模具的影响,前模和后模上的镶件要避免对插现象,作为产品设计工程师如果只考虑产品的功能和标准方面会导致模具的正常生产和外观现象,要兼顾模具制造加工工艺,另外是注塑机的成形工艺,这方面的影响也是很重要的:注塑温度、成形时间,锁模力、注塑速度等。

 

  (七)其他制造工艺,端子所用到其他的零件的制造工艺还有:仪表、铸造、热处理等。对以上工艺不光只是了解,更重要的是要积累经验,及时总结,循序渐进。所以在研发方面大大提升产品项目工程师素质和加大项目工程师负责管理制是实现完成产品开发的关键。

  连接器的基本结构:

 

  连接器的基本结构件有接触件、绝缘体、外壳(视品种而定)及附件。下面小编给大家详细介绍一下连接器的构成。

 

  接触件(contacts) 是连接器完成电连接功能的核心零件。一般由阳性接触件和阴性接触件组成接触对,通过阴、阳接触件的插合完成电连接。

 

  阳性接触件为刚性零件,其形状为圆柱形(圆插针)、方柱形(方插针)或扁平形(插片)。阳性接触件一般由黄铜、磷青铜制成。

  连接器的基本性能与其基本结构

 

  阴性接触件即插孔,是接触对的关键零件,它依靠弹性结构在与插针插合时发生弹性变形而产生弹性力与阳性接触件形成紧密接触,完成连接。插孔的结构种类很多,有圆筒型(劈槽、缩口)、音叉型、悬臂梁型(纵向开槽)、折迭型(纵向开槽,9字形)、盒形(方插孔)以及双曲面线簧插孔等。

  连接器的基本性能与其基本结构

 

  绝缘体:绝缘体也常称为基座(base)或安装板(insert),它的作用是使接触件按所需要的位置和间距排列,并保证接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能。良好的绝缘电阻、耐电压性能以及易加工性是选择绝缘材料加工成绝缘体的基本要求。

 

  壳体 也称外壳(shell),是连接器的外罩,它为内装的绝缘安装板和插针提供机械保护,并提供插头和插座插合时的对准,进而将连接器固定到设备上。

 

  附件 附件分结构附件和安装附件。结构附件如卡圈、定位键、定位销、导向销、联接环、电缆夹、密封圈、密封垫等。安装附件如螺钉、螺母、螺杆、弹簧圈等。附件大都有标准件和通用件。

 

  以上是连接器构成介绍。使用连接器可以在设计和集成新产品时,以及用元部件组成系统时,有更大的灵活性。

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