王 莺

(浙江水利水电学院机械电子工程系，浙江杭州 310018)

0 引言

金属端子是不同电气设备之间连接的一个重要接口，它与别的电气设备是通过相匹配的公端子或母端子进行连接，而其内部则一般与导线直接连接.如此，若金属端子与内部导线连接不可靠，如断开或虚接，都会导致整个工作系统无法可靠工作［1］.

根据导线的不同，金属端子与导线连接的方式自然也有多种，如若多股细芯导线一般用压线钳即可压紧［2］.但当导线为单股粗芯线时，或者当金属端子的形状复杂时，则用压线钳不一定能进行同样快速可靠的操作.退一步讲，即便是能用压线钳操作时，由于不同人压紧的力大小各有不同，最终很有可能有的人将导线压断，而有的人没压住.那么此时，为了最大程度上保证金属端子与导线之间连接的持久可靠，我们很有有必要设计一种能够即快速，又可靠，同时又安全的压紧装置来连接金属端子与导线.

1 金属端子与导线压紧装置的设计必要性

图1为一种常见的电磁泵的驱动线圈，其由金属端子、单股导线、线圈外壳组成.很显然，该系统中的金属端子不是标准端子，此类线圈在各类电机产品中均有广泛应用，如燃油供给驱动、普通小功率电机驱动等.因此确保金属端子与导线之间的可靠连接，对于整个系统的安全有效工作起了至关重要的作用.

图1 某种驱动线圈图示

根据图1分析，金属端子与导线之间的连接方法大致可以从下述几个方面进行:

(1)用压线钳将金属端子与导线进行压紧.此时无法用普通的压线钳进行操作，那么只能特制一把压线钳.正如上文中提到，即使有专门的压线钳可用，也会因不同人使用力大小的不一样，导致有些可能没压紧，而有些可能会压断.

特点:该方法对产品的生产一致性无法保证，对工人的依赖性过高，存在很大的质量隐患.

(2)用电烙铁将金属端子与导线焊接在一起［3］.

特点:该方法由于使用了助焊剂，会产生有毒害的气体，这不仅对操作人员有较大的人身伤害，而且批量生产还会污染环境;另外也会因人焊接熟练程度或工作状态的不同，会存在虚焊、焊断等现象，最终仍导致生产一致性无满足.

(3)制作一种能压紧金属端子和导线的装置.该装置用稳定的气源提供压力，气源是空压机，空压机出来的压力比较稳定.用开关控制继电器通断及电磁阀方向，进而控制气缸的动作，操作人员只需负责放入产品，按下开关即可.

特点:该方法实现了半自动化生产，人不在是做该工序的主角，只要是按简单步骤操作的人，均能保证生产出合格产品;同时该装置亦清洁可靠，确保人员安全;另外速度快，能大大提高生产效率和产品质量，适合特殊金属端子和导线连接的大批量生产!

因此，方法C是我们的金属端子与导线连接工艺设计的首选方案.

2 金属端子与导线压紧装置的设计

根据图1的信息，拟定以下几个压紧装置的设计原则:

(1)为确保金属端子能牢牢的呆在压座上，选用一只真空泵通过金属端子下方的小孔将金属端子系在压座上;

(2)为固定好不同线圈外壳，可以设计与其匹配的专用固定底座，但为了讨论方便，本文选取最常见的圆柱形线圈外壳作为讨论对象.

2.1 压紧装置的动力系统选择

我们可以选择压缩空气来提供所需的动力，具体原因如下:

(1)相对于液压动力，气压比较干净［4－5］;

(2)由于我们的压紧装置是针对导线和金属端子，而此两者一般是铜、铝等质地较软的金属，故压力无需太大;

(3)尽管气压的稳定性比液压差，但由于所需压力小，故而气压的波动对该装置的影响可以忽略不计.

2.2 压紧装置的压紧机构选择

假定金属端子与导线压紧的压力需要10 N，为确保气缸压紧可靠有效，可选取气缸的作用力富余系数为5倍最大推力，即F缸=5×N需=50 N.则在0.5 MPa的气压作用下，所需的气缸活塞直径为d缸=square［4F/(Pπ)］≈127.4 面礼 mm，因此可以选择直径为120 mm的气缸.气缸行程L可根据需要选择，见图2.

图2 压紧装置的气缸选择

2.3 压紧装置的电气控制设计

根据要求，将压紧装置的电气控制按见图3.

图3 压紧装置的电气控制图

各电气件作用如下:

+24V开关电源:将交流电转化为直流电;

调压表1:控制真空发生器的工作气压;

调压表2:控制气缸的工作气压;

电磁阀1:控制真空发生器的工作状态(运行/停止);

电磁阀2:控制气缸的运行状态(下压/上升);

轻触按钮SB1:发出信号;

中间继电器J1:控制时间继电器和电磁阀2的动作;

时间继电器KT1:控制整个装置的一个工作周期;

真空发生器:产生负压，吸住金属端子;

气缸:执行机构，压紧金属端子.

2.4 压紧装置的框架设计

经设计，压紧装置的框架见图4，框架包括以下几大零部件:

(1)下底板:1块，用于支撑其它所有零件;

(2)上底板:1块，用于固定气缸;

(3)立柱:4根，用于连接上下底板;

(4)压头:1只(数量可以依据产量而定).

图4 压紧装置的框架设计

2.5 压紧装置的定位工装设计

为了方便金属端子和导线在压紧过程中的快速定位，因此需要设计一个定位工装来定位.不同的驱动线圈和金属端子，可以通过更改驱动线圈定位底座和金属端子定位块，见图5(a)～图5(e).

2.6 压紧装置的装配

将上述几个步骤的零部件组装后，图6便是压紧装置的总装图.

图6 压紧装置的总装图

根据如上总装图，可以将金属端子与导线的压紧步骤总结为:

(1)根据真空度需要，将调压表1的出口空气压力设定为某一定值(比如0.5 MPa)，调压阀2的出口空气压力也设定为0.5 MPa，接通气源;

(2)打开电源;

(3)将2个金属端子放上［金属端子定位块］(此时由于真空发生器的作用，金属端子会顺势轻松入位);

(4)将驱动线圈导线拉直，线头朝里放入［线圈定位底座］并推到底(此时由于［线圈定位底座］的导向，驱动线圈的导线会很容易穿入金属端子);

(5)按下轻触按钮SB1(此时根据电气控制图会产生如下动作:J1通电→J1－2触点闭合→KT1通电开始延时→电磁阀2通电换位→气缸下压→KT1延时时间到KT1－1触点打开→J1断电→J1－2触点断开→KT1断电→电磁阀2断电复位→气缸上升);

(6)拿下已压好金属端子的驱动线圈;

(7)重复第3～6步骤做下一个产品;

(8)关闭电源;

(9)关闭气源.

3 压紧结果分析

根据该装置做出的产品，可得出以下几个结论(针对上述的金属端子和导线压紧):

图5 压紧装置的定位工装设计

(1)该装置效率与用钳子压差不多，不难推出，当压紧外形更复杂的金属端子时，用该装置的效率会更高;

(2)该装置压出的驱动线圈良好，基本无次品废品，一致性好，质量比用钳子压或电烙铁焊高很多;

(3)该装置操作简单，任何人员基本经过5分钟左右的培训，皆能做出良好的产品，对人员的技能要求很低基本实现了半自动化;

(4)该装置清洁安全可靠，不产生任何有害气体或物质;

(5)该装置有良好的兼容性，压紧不同的金属端子和驱动线圈，通过更换金属端子定位块和驱动线圈定位底座即可轻松实现.

4 结语

通过设计金属端子和导线的压紧装置，并用该装置和其他方法来进行对比，可以了解该装置有诸多的优点.该装置能更快速更可靠地对金属端子和导线进行硬性连接，在批量化的生产制造过程中，是非常有必要的.

［1］ 米广杰.机械设计基础［M］.北京:化学工业出版社，2012.

［2］ 张维合，隆灯梅.自动送料金属端子精密注射模设计［J］.模具工业，2012(3):43－46.

［3］ 梁 栋.机械设计［M］.北京:化学工业出版社，2012.

［4］ 张 奕.液压与气压传动［M］.北京:电子工业出版社，2011.

［5］ 潘楚滨.液压与气压传动［M］.北京:机械工业出版社，2010.