端子連接設計(上)

電連接端子實現了將電流從一個導體通過插針端子與插孔端子的接觸處後傳向另一導體，裡面有很複雜的電連接問題。端子作為電連接最核心的部件，也是困擾工程師設計的一大難題。本篇討論的是可分合的電接觸方式，那如何設計，選材，製造，測試驗證，儲存呢？

端子型式介紹

圖一

主要是插孔端子的設計，圓形端子類型大體分為5類：縮孔式、冠簧、扭簧、線簧、O型彈簧。矩形端子：彈片、片簧。無論是什麼類型的連接，設計方法還是一樣的。一個優秀的端子接觸有這些特點：載流溫升低，耐使用插拔次數高，接觸耐久穩定，振動帶載穩定、無瞬斷。要滿足這些使用要求，那對應到設計上如何思考呢？

設計、選材

1，接觸類型

端子接觸可分為：懸臂梁，簡支梁，扭力梁，彈簧這4類。

                                                   圖二

這四種接觸中，剛性從強到弱排序Torsion，Arch，Cantilever，coil，此排序不代表接觸導電的排序。接觸形式影響接觸的面積，正向力，接觸電阻，從而影響載流。設計方向是接觸面積大，接觸電阻小，插拔力小。

2，接觸電阻與正向力關係

接觸電阻組成有兩項，收縮電阻和薄膜電阻，R =Rc +Rf。收縮電阻如圖三所示，由兩個凹凸不平的面接觸，其中導電斑點才能導電。由於電流匯集收縮，電阻值相應增大。薄膜電阻由導體表面氧化膜、硫化膜、油膜、水膜、及塵埃影響電子運動增加電阻。導電接觸面積S，正壓力Fc，金屬硬度H滿足這個關係：Fc=ξ*H*S，ξ是壓力因子，取決粗糙表面的變形程度，一般取值為1。在一定範圍內正向力越大，導電接觸面積越大，接觸電阻越小。

3，正向力的設計

正向力是垂直接觸面的力，正向力與產品的可靠性有絕對關係，正向力影響插拔次數，影響插拔力大小，是非常關鍵的設計因素。設計時遵循最大應力<材料彈性應力，還要考慮裝配位移量，公差這些變化因素。圖四是懸臂梁的理論計算。

                                                   圖四

在設計正向力選型材料時，一般根據需求，主要考慮這些因素：導電率，硬度，彈性模量，彈性模量與溫度關係，屈服強度，熱應力鬆弛，時間的應力鬆弛。結合材料特性在結構設計上在做增強或削弱接觸強度，有條件的可以把結構導入到CAE中模擬驗證。如圖五（A）在材料中開槽減弱彈力強度，圖五（B）增加凹槽筋增強彈力，在材料性能與設計結構上有很大的融合空間。

   

                          圖五（A）                                              圖五（B）      

4，振動的影響

在諸多影響電接觸的因素中，振動是關鍵影響。振動不僅帶來的微動磨損和腐蝕導致了連接損害，還會與連接器產生共振模態情況出現接觸斷點。微動磨損可以通過表面鍍層來減小損害，共振的瞬斷要分析出共振的頻率，以及變形過盈接觸的位移量及振動偏差之間大小關係，另外可以通過連接器或連接機構在各零件整體的公差配合削弱共振。

總結：本篇主要講接觸類型，設計正向力是接觸的主要因素，影響接觸的是有效的接觸面積，材料的導電率，整體的接觸電阻，振動。材料選擇的幾個要素，設計時一些結構技巧。