雷广宇

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

连接器插孔合件分离力工艺分析

雷广宇

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

电连接器主要用于实现电信号的传输，该功能的实现是通过接触件之间的弹性接触来实现的，而接触件弹性接触的可靠性是通过接触件的分离力来进行表征。本文主要阐述连接器冠簧插孔分离力的计算与影响因素，并通过三维模型对插孔合件分离力进行仿真分析。

可靠性;冠簧插孔;分离力;仿真

1 引言

该连接器接触件采用的是柔性冠簧式插孔合件，由引脚、接触圈、护管组成，如图1所示。生产组装流程是先将接触圈装入护管，吊分离力合格后，再将护管套在接触件上进行压配铆周圈。在产品的实际生产过程中，经常出现插孔合件分离力不合格，严重影响产品的生产进度及产品产出率。通过平时公司内部质量信息分析，引脚、接触圈、护管都对插孔合件分离力有一定的影响。

图1 插孔合件

2 冠簧插孔分离力计算

图2 接触圈

连接器插合对接时，插针在接触圈的最小内径(俗称喉圆)处接触，形成电气连接。接触圈及插针与接触圈插合时如图2、3所示。根据插孔合件结构，分离力计算主要需要确定接触圈的弹性臂长度、宽度和外圆尺寸。由连接器的接触原理，插针插入后，在接触圈喉圆圆周的一段区域接触，同时接触圈的一端固定，另一端可以沿插孔内壁移动，故可将其简化为简支梁力学模型，如图4所示。

图3 插针与接触圈插合

图4 接触圈力学模型

1)简支梁的最大挠度为:

2)集中力p作用于弹性臂中点时，其最大弯矩为:

3)最大弯曲应力为:

4)对宽度为b，高度为h的矩形截面，其惯性矩为:

5)查表可知铍青铜带的［σ］=1127MPa、E= 127400 MPa。

由以上公式(1)、(2)、(3)、(4)推导出集中应力为:

式中，η－弹性臂根数，μ－摩擦系数，金与金μ =0.2

故单脚分离力F为:

设计文件要求插孔合件单脚分离力为0.19N～0.6N，理论计算插孔合件单脚分离力在设计要求范围内。

3 插孔合件零部件对分离力的影响

影响插孔合件分离力的因素是多方面的，涉及到“人”、“机”、“料”、“法”、“环”五个方面。从公司内部质量反馈信息上可知，对插孔合件分离力影响最大的是零件加工超差，特别是零件某些关键尺寸加工超差，对分离力的影响特别大。引脚、接触圈、护管组装后形成一封闭尺寸链图，如图5所示。对封闭环A0进行尺寸链计算，理论上插孔合件护管头部孔底与接触圈端部的间隙A0为(0～0.315) mm。

图5 封闭尺寸链图

3.1 引脚对分离力的影响

图6 引脚

3.2 接触圈对分离力的影响

3.3 护管对分离力的影响

图7 护管

图8 插孔分离力合格时的内部剖视图

图9 插孔分离力不合格时的内部剖视图

图8与图9分别为插孔分离力合格和不合格的内部剖视图。从图可知，分离力合格的插孔合件，接触圈端部与护管内孔底部有一定的间隙，而分离力不合格的插孔合件，接触圈端部与护管内孔底部的间隙为0或为负。

4 插孔分离力仿真分析

通过以上分离力影响因素的理论分析，引脚、接触圈、护管三个零件超差均表现为影响接触圈的初始高度，因此可以统一按接触圈高度超差进行分析，直接分析接触圈四片被压缩到接触的极限情况。

4.1 仿真前处理

(1)模型简化处理

护管主要限制接触圈外径，而引脚是限制接触圈的轴向位移，因此可以将这两个零件简化掉，而用两个边界条件代替。因此，整个产品的接触系统可以简化为图10的接触圈和插针两个零件。

图10 仿真简化模型

(2)边界条件设置

设置整体边界条件如图11所示，固定接触圈底面，0～1S先给接触圈上表面一个轴向位移，模拟接触圈装入护管的过程，位移大小按接触圈4片完全靠在一起来设定，最终设定为0.04mm。1S～2S给插针一个轴向位移，完成插入过程。

图11 边界条件设定

(3)相关参数设置

护管材料设定为弹塑性材料，材料特性曲线如

图12所示。

图12 护管材料特性曲线

设定接触圈和插针为一个接触对，因为有涂保护剂，摩擦系数设定为0.1。

4.2 仿真结果

通过仿真分析得出接触圈被轴向压缩0.04mm时的整体径向位移分布如图13所示，腰部最细处内径(喉圆)由Φ0.5mm变为Φ0.22mm左右，此时是接触圈压缩的极限情况。

图13 接触圈径向位移分布图

插入力曲线如图14所示，可以看出接触圈压缩到极限时的插入力增大到3.4N。

图14 插入力曲线

4.3 改型分析

为了便于比较，再分析一下接触圈不被压缩时的插入力情况，得出插入力曲线如图15所示，可以看出插入力为0.22N，符合产品设计指标要求，说明设计的尺寸是没有问题的。

图15 原插入力曲线

5 结论

通过以上分离力影响因素的理论分析并结合实际，引脚、接触圈、护管三个零件超差均表现为影响接触圈的初始高度，由此影响插孔分离力大小。同时，通过仿真分析可以看出，接触圈对于轴向压缩非常敏感，在轴向压缩仅0.04mm时就达到压缩极限。此时，对应插入力为3.4N，而正常情况下的插入力为0.22N。

分析该产品几个零件的公差可以发现，装入后接触圈上端部和护管内孔底部之间的间隙为(0～0.315)mm，但护管压周圈时会导致护管整体长度变短，从而造成间隙为负，就会导致接触圈被轴向压缩。根据分析，轴向压缩0.04mm时，插入力就会变成3.4N。因此，该产品的尺寸公差设计存在一定问题，需要增大间隙的下公差，以保证接触圈在压周圈时不会被轴向压缩。

［1］ 赵仕彬.连接器技术教程，贵州航天电器股份有限公司内部资料，2012.

［2］ 王涛.圆形切槽插孔正压力及分离力研究，机电元件，2012.

10.3969/j.issn.1000－6133.2015.03.005

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1000－6133(2015)03－0016－05

2015－04－03

工艺与材料