一种车用连接器端子的设计及验证
2022-05-04李刘霞杜艳平
李刘霞,杜艳平
(河南天海电器有限公司,河南 鹤壁 458030)
1 连接器具体要求
本设计客户要求:按照QC/T1067.1—2017,USCAR-21设计一款低插拔力,适配0.3~0.5mm和0.5~1.0mm两种范围的新型端子。此款端子最重要的是弹片设计和芯线压接尾部的设计。
本设计端子接触弹片要实现的功能:①传送小电流或者传播信号;②建立可靠的接触界面;③适应连接器系统的制造误差。芯线压接尾部要实现的功能:①建立导线和端子的连接;②产生尽量小的压接电阻。
2 连接器设计
2.1 材料的选用
接触弹片材料必须具备一定的导电性、弹性、机加工性和抗应力松弛性。因为是小电流端子,可不必太注重端子温升,端子材料的导热系数不是关键。综上,选择料厚0.25mm的铜合金为本端子材料。
2.2 弹片设计
常见的可分离式连接器端子的类型有:简单悬臂梁、双支撑悬臂梁、预负载悬臂梁、复合悬臂梁等,其各自的特点见表1。根据各种形式弹片的不同特点,本设计选用弹性较好,适用于料厚较薄的双支撑梁。
表1 弹片类型及特点
2.3 端子芯线压接尾部设计
一般的导体压接高度可由下式进行计算。
式中:CCH——芯线压接高度,mm;Φ——导线直径,mm;δ——端子料厚,mm。
一般的芯线压接尾部展开长度可由下式进行计算。
式中:——芯线压接尾部展开长度,mm;Φ——导线直径,mm;δ——端子料厚,mm。
一般的芯线压接尾部的半径可由下式估算。
式中:——芯线压接尾部半径,mm;——芯线压接宽度,mm。
一般的压接高度与宽度比为50%~80%,压缩比为75%~90%。
因本端子料厚为0.25mm,可得3种规格导线的芯线压接宽度、芯线压接尾部展开长度和芯线压接尾部半径值,见表2。
表2 芯线压接尾部部分参数
由于本设计要设计一种适配0.3~0.5mm和0.5~1.0mm两种范围的尾部,因此初步设定适配0.35~0.5mm的尾部,=4.87mm,=0.825mm;适配0.5~1.0mm的尾部,=6.10mm,=0.99mm。端子芯线压接尾部的宽度能使整个尾部呈现U型或V型即可,另外尾部的压筋和压边按常规设计即可。
3 CAE分析
由于CAE技术的迅猛发展,CAE仿真技术越来越多地应用到连接器领域。如:河北工业大学的骆燕燕等人[1],海军航空大学的张彤等人都对连接器进行了CAE分析,验证了CAE技术应用在连接器领域的有效性。姚伟在“线束压接成型分析”一文中对端子尾部的压接进行了详细说明。因此本设计首先进行了CAE分析。在CAE验证设计合格后再进行后续的试验验证。
3.1 插拔力分析
如图1所示,插座端子固定端子间的摩擦系数为0.15,插头端子沿其轴向插入并拔出。
图1 端子间插拔力分析示意图
经过CAE分析可得其插拔力曲线,如图2所示,即端子的插入力为1.92N,拔出力为1.51N。
图2 插拔力曲线
3.2 剖面分析
本设计分别对两种尾部进行CAE剖面分析。端子尾部压接CAE分析结果见表3。
表3 端子尾部压接CAE分析结果
综上,结合QC/1067.1—2017和USCAR-21可知端子插拔力合格,端子剖面合格。
4 实验
4.1 插拔力
CAE分析的结果显示端子插拔力和端子剖面均合格,最后进行试验验证。按 照QC/T 1067.1—2017的4.4做端子间的插拔力实验,如图3所示,其实验结果如表4所示。
图3 插拔力实验
表4 插拔力实验结果
4.2 剖面
按照USCAR-21中剖面分析进行试验,所得剖面如表5所示。
表5 剖面分析结果
5 总结
通过客户要求及各种标准要求等信息作为连接器端子设计输入,结合端子各部分理论分析,完成连接器端子的设计,并用CAE技术对设计进行了分析验证,最后通过实物实验验证本设计。本文对连接器的设计提供了正向设计思路及方法,对以后端子正向设计提供了一定的参考。