電連接器常用接觸件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)

徐 斌

（安費(fèi)諾（常州）高端連接器有限公司，江蘇常州 213100）

0 引言

電連接進(jìn)行電與信號(hào)的傳輸，必須通過(guò)插合接觸件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果接觸件沒(méi)有可靠的接觸，連接件也就不具有電連接的意義。電連接中的插針以及插孔組合，被稱為接觸件，是電連接器的核心部分。從電連接器常用接觸件的制造工藝、選用思路、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，對(duì)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)做簡(jiǎn)要分析。

1 電連接器常用接觸件類型

電連接器中使用比較廣泛的類型：①剛性插針同懸臂式插孔接觸型；②剛性插針同線簧式插孔接觸型；③剛性插針同冠簧式插孔接觸型；④剛性插針同爪簧式插孔接觸型。這4種接觸件同屬剛性件同圓形彈性件互相接觸類型。

2 4種類型接觸件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 剛性插件

從不同類型接觸件使用的剛性差異分析，零件結(jié)構(gòu)形式均不復(fù)雜，設(shè)計(jì)中要考慮的問(wèn)題是插針插合引導(dǎo)端結(jié)構(gòu)，希望讓插合力不高，同時(shí)還要保證可靠的插合性，就要求插針的接觸段表面有極高的粗糙度，接觸端尺寸精度≤0.03 mm，保證插針插合端是直接圓角或者是錐形圓角，見(jiàn)圖1。這兩種不同的結(jié)構(gòu)，也適合使用在不同類型接觸件上，接觸端直徑≥2 mm使用直接圓角，小于該值，一般建議用錐形圓角。剛性插針應(yīng)使用精密自動(dòng)形式的機(jī)械加工，才能保證尺寸精度和表面粗糙度滿足要求。

圖1 插針插合端錐形圓角

2.2 懸臂式插孔的選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

圓形電連接器通常使用懸臂式插孔結(jié)構(gòu)接觸件，排列形狀近似于方形矩形的連接器中也有使用，但不會(huì)用在長(zhǎng)條形矩形連接器上，該類型接觸件需要配合使用到22#規(guī)格之上接觸件，不適宜與小于該規(guī)格的接觸件配合，使用壽命≥500次。

懸臂式插孔結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)電連接器時(shí)應(yīng)用最多的一種插孔類型，也被稱為集束式多彈性節(jié)點(diǎn)插孔。主要結(jié)構(gòu)形式：從圓柱形插孔接觸件開(kāi)始，接觸段端均勻開(kāi)（2～8）個(gè)等分槽，具體槽數(shù)根據(jù)使用要求以及插孔直徑而定，然后要配置與等分槽數(shù)量相同的懸臂簧片，使用到械做中心收口，以滿足規(guī)定接觸分離力和接觸壓力的要求，結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。圖2 a是2槽插孔，圖2b是4槽插孔，設(shè)計(jì)低頻連接器時(shí)使用2槽插孔，設(shè)計(jì)射頻連接器時(shí)使用4槽插孔，接觸件插合部位之外的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際防轉(zhuǎn)動(dòng)和端接形式，設(shè)計(jì)出具體的形式。圖2c是一種多槽的插孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)常使用在射頻同軸的連接器和大于電流接觸體的接觸頭中，其有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，包括接觸可靠、接觸點(diǎn)多、傳輸電流大等。

設(shè)計(jì)和使用該種類型的接觸件時(shí)，提高可靠性的方法是使用一個(gè)保護(hù)套，套在開(kāi)槽外的圓柱面上，形成封閉式插孔，保護(hù)套一般使用不銹鋼制作成薄壁（圖3）。保護(hù)套的作用：避免插入大直徑插針的接觸件，幫助插針倒著插入插孔，套管上孔導(dǎo)孔起到限位的良好功能，確保插針不會(huì)歪斜，減小插入力，保護(hù)插孔彈性結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)無(wú)效彈性和接觸，使用可靠性大大提升。

圖2 3種形式的插孔結(jié)構(gòu)

圖3 帶保護(hù)套的插孔

2.3 線簧式插孔設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

線簧式插孔插拔力較為柔和、接觸電阻比較小、接觸壽命≥500次。一般使用在矩形連接器中，間距規(guī)格≥2.54 mm的機(jī)柜式連接器和印制電路矩形連接器和大電流連接器，一些圓形連接器中也應(yīng)用此種類型的接觸結(jié)構(gòu)，一般是大型接觸件插合深度同該種類型的接觸結(jié)構(gòu)配合，因此，一般不用于接觸件插合深度不高的產(chǎn)品中，如果要在插合深度不高的接觸件使用該種類型，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)品接觸結(jié)構(gòu)，將其加長(zhǎng)才能有較高的可靠接觸性。圓筒形接觸件運(yùn)用滾壓機(jī)械連接形式，在接觸件上固定線簧組件，見(jiàn)圖4。

（5～7）根直徑0.1 mm、0.12 mm或0.15 mm的鈹青銅絲，在（20#～24#）規(guī)格的插針線簧孔內(nèi)，根據(jù)插針直徑不同，選擇不同直徑的鈹青銅絲，與插孔的軸線構(gòu)成15°夾角，在內(nèi)套筒的內(nèi)壁均勻分布，使用后套和前套將線簧絲固定，內(nèi)套筒的內(nèi)壁構(gòu)成雙曲接觸面，其特點(diǎn)是條形鼓狀。插針配合插孔后，線簧絲構(gòu)成鼓狀接觸面，與插針工作面充分接觸，實(shí)現(xiàn)傳輸電信號(hào)的功能。這種接觸結(jié)構(gòu)，一般使用在插針直徑≥0.4 mm，不同插針接觸結(jié)構(gòu)中。連接器有著不同的需求，線簧孔設(shè)計(jì)成不同形式，有壓接和焊接兩種形式，受結(jié)構(gòu)限制，線簧孔一般不能滿足直徑＜0.4 mm的接觸件，并且受到線簧孔外套直徑的制約，該結(jié)構(gòu)一般不用于超高密度或高密度連接器。

圖4 線簧組件

2.4 冠簧式插孔設(shè)計(jì)要點(diǎn)

不同插孔有著不同的特點(diǎn)，冠簧式插孔的特點(diǎn)是接觸面積較大、柔和的插拔性、接觸電阻較小、機(jī)械壽命較高，一般接觸壽命≥1000次，適應(yīng)于大電流電源連接器或同軸連接器。該種插孔的典型結(jié)構(gòu)如圖5所示，其組成部分有冠簧簧片以及插孔基體，冠簧簧片是中間朝內(nèi)圓弧狀彎曲圓柱形（圖6），插孔基體為圓筒狀。圓筒前端孔腔內(nèi)有1個(gè)園槽，依靠簧片的外向彈力，將簧片固定在圓槽中。

工作原理：插孔與插針的接觸壓力，來(lái)自簧片變形產(chǎn)生的彈力。彈簧片展開(kāi)的圖形是矩形，中間分布著柵格條狀。彈簧片的彈力取決于柵格寬度、簧片材料和圓弧尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)可以懸臂梁式插孔計(jì)算方法為參照，確定彈簧片形狀。該種插孔適用于直徑≥3 mm的插針接觸。該種類型的插孔結(jié)構(gòu)工藝并不復(fù)雜，在產(chǎn)品不斷進(jìn)步的背景下，也會(huì)使用在小型接觸件中，一般用來(lái)替代線簧孔技術(shù)。

2.5 爪簧式插孔設(shè)計(jì)要點(diǎn)

爪簧式插孔的特點(diǎn)包括較多接觸點(diǎn)、柔和的插拔性、較高機(jī)械壽命，機(jī)械接觸壽命一般≥1000次，廣泛應(yīng)用于中小型的連接器，該種類型接觸件如果用于矩形電連接器，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是插合直徑在3 mm到0.40 mm之間。該種形式的插孔由爪簧簧片和插孔基體組成，簧片形狀是中間朝內(nèi)圓弧狀彎曲爪形，插孔基體是圓筒形結(jié)構(gòu)。該類型插孔通常會(huì)設(shè)計(jì)成過(guò)盈配合或過(guò)度配合。過(guò)盈配合式運(yùn)用壓強(qiáng)的過(guò)盈配合，把簧片強(qiáng)制固定到插孔基體端部；過(guò)度配合式為，在圓筒前端孔槽中有一個(gè)圓槽，簧片在過(guò)度配合裝入的作用下，插入插孔基體，簧片靠向外彈力固定到圓槽內(nèi)。

工作原理：通過(guò)彈簧變形彈力產(chǎn)生插針與插孔的接觸壓力。彈簧片尺寸取決于簧片材料、圓弧尺寸、彈性爪數(shù)量和寬度，設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)參照懸臂梁插孔計(jì)算方法確定彈簧片尺寸形狀。

圖5 冠簧孔

圖6 冠簧

3 結(jié)語(yǔ)

不同形式的電連接器使用不同類型的接觸件，因此不同種類接觸件的設(shè)計(jì)有不一樣的關(guān)鍵點(diǎn)。電連接器的核心部件是接觸件，為此應(yīng)該根據(jù)連接器的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)、電性能、使用環(huán)境等方面，確定使用接觸件的種類、合理性與接觸件能否滿足要求是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)電連接器的設(shè)計(jì)使用有著巨大影響。

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