连接器弹性接触件设计与材料

弹性接触件选用和可靠性研究杨奋为;房大慧【摘要】弹性接触件是影响电连接器电接触性能的关键零件. 本文在阐述各种结构形式弹性接触件性能特征和选用基础上, 重点介绍瑞士PRECI-DIP技术集成创新的冠簧式 (鹰爪) 插孔接触件, 并论述了电连接器弹性接触件质量控制和可靠性保证要点.【期刊名称】《机电元件》【年(卷),期】2015(035)006【总页数】7页(P50-56)【关键词】弹性接触件;选用;可靠性【作者】杨奋为;房大慧【作者单位】上海航天技术研究院808研究所;关西电子进出口 (苏州) 有限公司【正文语种】中文【中图分类】TN784弹性接触件分为弹性插孔和弹性插针两类。

弹性插孔对应于刚性插针，反之，弹性插针对应于刚性插孔。

弹性插孔有片簧式、冠簧式和线簧式等三种型式。

其中，片簧式包括圆形侧开槽、圆形直开槽和方形等型式。

而弹性插针主要有绞线式和片簧式两种型式。

1.1 弹性插孔接触件1 ) 片簧式片簧式插孔结构简单、成本较低，在接触电阻和电流负载方面提供相对好的性能，但插拔次数和插拔力有所限制，插拔次数≧200次、失效概率10-2～10-3。

目前，70%的电连接器选用片簧式插孔。

(1)圆形圆形接触件分为直开槽和侧开槽两种型式。

直开槽可多开几个直槽，开槽一定要中心对称，为满足收口均匀性和簧片变形的一致性，应尽可能采用专用工装收口。

由于在无护套情况下，易受较大插针损伤，使簧片向外发生塑性变形会导致插孔松弛接触不良失效，故目前军用电连接器都采用带有不锈钢护套的直开槽接触件，见图1所示。

侧开槽前端保留一段整圆，只开一个侧槽和直槽，直槽位置不一定要在插孔中心，可根据插孔壁厚、簧片长度和接触压力要求而定。

由于前端存在整圆，可很好防止较粗插针对簧片损伤，见图2。

(2)方形方形接触件内簧片与插孔紧密接触产生正压力，保证低而稳定的接触电阻，外簧片卡在绝缘体台阶上，起固定接触件在绝缘体内位置的作用，见图3。

方形接触件一般具有止档结构，限止簧片产生塑性变形而使弹性失效。

连接器第四章接触弹片材料:特殊合金性质--连接常用铜合金特点和对比(黄铜锡青铜铍铜镍铜等等)4.3.1 稀释铜合金(Dilute Copper Alloys)稀释铜合金又称高铜合金，指合金元素含量低于4%的铜合金。

作为一组，这些铜合金在所有铜合金中具有最高的导电率和极佳的在一般压力和高压力下的耐腐蚀能力。

在足够的成形能力下的拉伸强度被限制在低于大约500Mpa拉伸强度，因为其拉伸强度主要由冷卷(请回忆前面提过的主要用于降低成型性能的冷作硬化)。

该合金组在相对零温度到80摄氏度(华氏176度)之间提供了很好的对压力松驰的抵抗能力。

表4.8总述了合金元素含量低的铜合金的典型特性。

按合金中合金元素含量的比率来计算，上述铜合金的相对导电率有所下降。

合金元素自己也极大地影响了传导性能，这是其内部电子结构因素的结果。

C151是一种也具有最低的合金含量(含0.1%左右的锆)和最高的导电率的二元合金。

该合金通过铜锆的易扩散以与冷作硬化结合而生成第二阶段颗粒而使其强度提高。

留有固体溶解物里的锆元素含量不超过0.02%。

C151的最重要的性能是在高温下仍具有很高的抵抗压力释放的能力，尽管其合金元素含量很低。

该合金由于在高温下具有比其它高铜合金，包括凝结强化合金，明显的优良性能，因些该合金等级较高。

C151在150摄氏度的高温下保温3000小时后仍具有其初使87%的压力；然而强度比凝结合金要低得多。

镁和磷在C155中要反应生成磷化物。

这些颗粒在通过从溶液中除去镁和硫而达到高导电率的同时增加了冷作硬化的效应。

该合金也需要加入微量的银以在低温回火时提高防止软化的能力。

C155应力松弛阻抗在高铜合金中是适度的。

低级别的锑和锡(含于低氧铜或磷再氧化的铜) 也能增加软化抗力，如C1443和C145。

控制残留的氧对避免生成防止锑元素提高软化阻力的锑氧化物藉非常重要的。

这些合金的导电率是很高的，因为留在溶解合金里的合金添加物的含量是很小的。

弹簧触指在母线连接器中的作用母线连接器是一种用于连接电气设备的重要组件，它可以有效地传输电流和信号。

在母线连接器中，弹簧触指起着至关重要的作用。

弹簧触指是一种具有弹性的金属触头，它被设计成与母线接触，以实现电流传输和连接的稳定性。

弹簧触指可以提供良好的接触压力。

当母线连接器被安装在设备中时，弹簧触指会受到一定的压力，使其与母线保持紧密接触。

这种紧密接触可以确保电流传输的稳定性和可靠性。

弹簧触指的弹性可以使它在压力变化时自动调节接触力，以适应温度变化、震动或其他外部因素的影响。

弹簧触指可以提供良好的导电性能。

弹簧触指通常由优质的导电金属制成，如铜或铜合金。

这些金属具有优异的导电性能，可以有效地传输电流。

弹簧触指的形状和结构设计也可以最大限度地减小电阻，减少能量损耗，并确保稳定的电流传输。

弹簧触指还可以提供良好的耐久性和可靠性。

由于弹簧触指通常是由金属制成的，并且具有弹性，因此它们可以在长期使用中保持不变的形状和性能。

这意味着弹簧触指可以经受频繁的插拔和振动，而不会导致连接不稳定或损坏。

这种耐久性和可靠性使得弹簧触指成为母线连接器的理想选择。

弹簧触指还可以提供一定的防护功能。

由于弹簧触指与母线紧密接触，它们可以防止灰尘、湿气、腐蚀物等外部物质进入连接器内部，从而保护连接器和电气设备免受损坏。

弹簧触指的形状和结构设计也可以减少外部冲击对连接的影响，提高连接的稳定性和可靠性。

弹簧触指在母线连接器中起着至关重要的作用。

它们提供了良好的接触压力、导电性能、耐久性和可靠性，并具有防护功能。

弹簧触指的设计和制造需要考虑到各种因素，如电流负载、环境条件和使用寿命等。

只有选择合适的弹簧触指，才能确保母线连接器的高效运行和可靠连接。

连接器第四章接触弹片材料:电连接器铜合金性能一选择铜合金的因素4.2电连接器合金性能合金的选择因素材料性能与电连接器的功能性要求间的关系可参阅表 4.1所总结。

大多数重要材料与功能相关的性能包括导电率、强度及伸缩系数。

通过削减接触压力（伸缩现象）和抗腐蚀力来影响牢靠性。

可成型性及尺寸掌握影响满意电连接器产品功能性需要合金的机械加工牢靠进行的力量。

与导电性有关的打算性因素是电连接器是试图传输电流（通常几十安培）还是试图传输电信号（通常1安培以下）。

正如所猜测的，高导电率合金更有利于电能传输应用以避开产生大量的焦耳热，但在电压必需受预定的电路损耗时，它们可能对信号传输更为有利。

合金产生的强度及伸缩系数打算了电连接器协作时接触弹片的接触正压力。

常常，对提高接触压力的有效性压力可通过变曲得到。

从弹性臂端子（见第节）得到的正压力（Fn）的关系可表示为：Fn= α modulus × deflection × a stress（4.1）几何上因素（如梁的宽度、厚度、及长度）使该等式最终成立。

弯曲伸缩系数可遵循胡克定理供应的悬臂弹性而用于打算接触压力（这就是说，所加的弯曲压力不能超过比例限度）。

该比例限度随着其它屈服强度的增加而倾向于增加，并因此受合金及其过程影响。

因而，在给定材料厚度的状况下，高强度合金通常能供应更高的接触压力。

施加压力超过其弹性限度会导致微结构的变形。

最终结果是假如弹性移动仅仅通过伸缩应力产生则接触压力小于将要达到的（最大接触压力）。

连接器的牢靠性需要连接器处于工作状态过程中，接触压力保持稳定，或至少不会低于所允许的极限值。

当接触弹片处于长期的应力状态下时，即使应力是在弹性范围以内，微量塑性变形依旧会发生。

一些初始的弹性应力和张力可以被塑性变形所取代，这样会导致接触力减小。

（一种解释为应力释放的现象）。

冶金过程中的微塑性变形是受温度影响的，并且，当工作温度处于80—100℃时铜合金的微塑性变形会变得很明显。

接触件的类型及特点接触件（contact）电连接器完成电连接功能的核心部件。

一般由阳性接触件（male）和阴性接触件（female）组成接触对，通过阴、阳接触件的插合完成电连接。

接触件可以是几种合金中的任何一种材料制成，具体选择要根据接触件的类型，插拔的频度以及连接器所工作的电气条件和环境条件而定。

其特点如下：一、圆筒形接触件这种类型接触件的阳接触件通常为刚性插针，阴接触件通常采用圆孔劈槽后套上不锈钢外套，这种插孔称为开槽套管组合插孔。

还有一种较常用的是闭口簧片式插孔，在圆筒上开一个凹槽，在凹槽内部装有弹性金属片实现接触，在插孔的前端有闭口式圆孔，以防止大直径插针插入破坏簧片结构。

圆筒形接触件具有工艺简单、生产效率高、使用范围广等优点。

如小航的J599I、II和III系列圆形电连接器就是采用圆筒形接触件。

二、单叶回转双曲面线簧插孔接触件该插孔由内套、金属丝、外套三部分组成。

内套负责支撑金属丝，若干根金属丝沿内套纵轴向成一定夹角并拉直，其两端弯曲沟住内套管两端，就形成了两端大而中间小的单叶回转双曲面线簧插孔，该插孔中均匀分布数根弹性金属丝，所以相当于好几对接触件并联使用，使可靠性大大提高。

因此，插针与插孔是多线并联接触系统。

该插孔接触可靠性高，插拔力稳定，接触电阻小，在各类插孔中失效率最低。

如小航开发的LRM系列矩形电连接器，A950系列圆形电连接器就是采用线簧孔接触件。

三、绞线（麻花）插针接触件该插针与线簧孔刚好向反，它的插针为柔性的。

绞线插针由内圈三根外圈七根铜丝采用不同螺距反向绞合，两端焊接，插针中部凸起，凸起部分外切圆直径大于插孔内径，工作时，插针凸起部分受力产生压缩变形和轴向旋转伸长，并与插孔形成七点紧密接触。

具有良好的弹性和接触性能，插拔柔和，耐振动，抗冲击。

该接触件的最大特点是易实现高密度，目前最小间距为0.635mm。

如小航开发的J70系列矩形电连接器就是采用绞线插针接触件。

四、簧片式接触件簧片式接触件采用级进模冲压成型，易于实现自动化，零件加工精度高。

电连接器常用接触件设计中的关键点徐斌(安费诺（常州）高端连接器有限公司，江苏常州213100)摘要：电连接器常用接触件的加工设计中，对可靠的接触性有着较高的要求，分析刚性插件、悬臂式插孔、线簧式插孔、冠簧式插 孔、爪簧式插孔的结构形式，及其应用在连接器中的设计要点。

关键词：电连接器;接触件设计;关键点中图分类号:V442 文献标识码：B D〇l:10.16621/j.c n k i.is s n l001-0599.2018.07.680引言电连接进行电与信号的传输，必须通过插合接触件来实现，如果接触件没有可靠的接触，连接件也就不具有电连接的意义。

电连接中的插针以及插孔组合，被称为接触件，是电连接器的核 心部分。

从电连接器常用接触件的制造工艺、选用思路、结构设 计等方面，对设计关键点做简要分析。

1电连接器常用接触件类型电连接器中使用比较广泛的类型：①刚性插针同悬臂式插 孔接触型;②刚性插针同线簧式插孔接触型;③刚性插针同冠簧 式插孔接触型;④刚性插针同爪簧式插孔接触型。

这4种接触件 同属刚性件同圆形弹性件互相接触类型。

2 4种类型接触件结构设计关键点2.1刚性插件从不同类型接触件使用的刚性差异分析，零件结构形式均 不复杂，设计中要考虑的问题是插针插合引导端结构，希望让插 合力不高，同时还要保证可靠的插合性，就要求插针的接触段表 面有极高的粗糙度，接触端尺寸精度臆0.03 m m，保证插针插合 端是直接圆角或者是锥形圆角，见图1。

这两种不同的结构，也 适合使用在不同类型接触件上，接触端直径逸2 m m使用直接 圆角，小于该值，一般建议用锥形圆角。

刚性插针应使用精密自 动形式的机械加工，才能保证尺寸精度和表面粗糙度满足要求。

2.2悬臂式插孔的选用和结构设计要点圆形电连接___-----_-----,器通常使用悬臂〈二二;.........................式插孔结构接触件，排列形状近似图1插针插合端锥形圆角于方形矩形的连接器中也有使用，但不会用在长条形矩形连接 器上，该类型接触件需要配合使用到22#规格之上接触件，不适 宜与小于该规格的接触件配合，使用寿命逸500次。

电连接器常用接触件设计概要摘要：通过对目前电连接器中常用的五种结构接触件的设计结构和制造工艺进行分析和探讨，介绍了提高各种接触件的使用可靠性的设计方法和工艺上应注意的事项，提出了接触件适用的连接器类型，并提供了不同接触件的材料选择及接触压力和受力分析参考。

关键词：电连接器；接触件；电连接器的接触件把信号从电连接器的输入端传送到输出端的。

其接触性能的可靠与否，直接影响信号的传输。

电子产品会因其失效而引发故障，甚至造成特别严重的后果。

因此，对其插针、插孑进行研究，并且有针对性地对其加以优化，从而提高电连接器的可靠性。

一、各种电连接器中的常见接触件类型电连接器中使用的接触件大多数均为弹性件与刚性件之间的弹性接触实现接触连接。

根据国内外常用连接器领域的接触结构情况，在连接器领域中应用最广泛的接触件类型主要有以下五种结构类型：ａ.刚性插针与悬臂式插孔接触型；ｂ.刚性插针与线簧式插孔接触型；ｃ.刚性插针与冠簧式插孔接触型；ｄ.刚性插针与爪簧式插孔接触型；e.刚性插孔与绞线插针接触型。

据统计目前采用此四种结构的产品大约占有国内连接器的70％以上，故本文主要针对该五种结构进行研究。

1.刚性插针从不同类型接触件使用的刚性差异分析，其零件结构形式不复杂，设计中要考虑的问题是插针插合引导端结构，希望让插合力不高，同时还要保证可靠的插合性，就要求插针的接触段表面有小的粗糙度，尺寸精度≤0.03mm，保证插针插合端是直接圆角或者是锥形圆角，见图1。

这两种不同的结构也适合使用在不同类型接触件上，接触端直径≥2 mm使用直接圆角，小于该值，一般建议用锥形圆角。

刚性插针应使用精密自动形式的机械加工，才能保证尺寸精度和表面粗糙度满足要求。

5.爪簧式插孔设计要点爪簧式插孔的特点包括较多接触点、柔和的插拔性、较高机械寿命，机械接触寿命一般≥1000次，广泛应用于中小型的连接器，该种类型接触件如果用于矩形电连接器，应用标准是插合直径在3 mm到0.40 mm之间。

一种连接器插孔接触件的结构优化设计连接器插孔接触件是连接器中起到连接和传输信号的关键部件，其结构设计对连接器的性能和可靠性有着重要的影响。

本文将围绕连接器插孔接触件的结构优化设计展开讨论，探讨如何通过优化设计来提升连接器的性能和可靠性。

连接器插孔接触件的结构设计应考虑到其在连接器中的作用和要求。

连接器插孔接触件的主要功能是实现电路的连接和信号的传输，因此其结构设计应满足以下要求：良好的电气导通性、稳定的机械连接性、高度的耐久性和可靠性。

为了实现良好的电气导通性，连接器插孔接触件的材料应选择导电性能良好的金属材料，如铜或银。

此外，插孔接触件的结构设计应尽量减小接触电阻，提高电流传输效率。

可以采用多点接触或弹簧接触的设计，增加接触面积和接触点数量，以降低电阻值。

稳定的机械连接性是连接器插孔接触件的另一个重要要求。

插孔接触件应具有良好的插拔性能，能够承受频繁的插拔操作而不影响连接器的性能和可靠性。

为了实现稳定的插拔性能，可以采用带锁紧机构的设计，确保插孔接触件在插入连接器时能够稳固地固定在位，防止插拔过程中的松动或脱落。

高度的耐久性和可靠性是连接器插孔接触件的另一个重要指标。

连接器插孔接触件在使用过程中会受到各种外界环境因素的影响，如温度变化、湿度、震动等。

为了确保连接器插孔接触件能够在恶劣环境下长期稳定工作，应选择耐高温、耐腐蚀和抗震动的材料，并采用合理的结构设计来增加插孔接触件的强度和稳定性。

除了以上基本要求外，连接器插孔接触件的结构设计还可以考虑一些创新的优化设计。

例如，可以采用可调节接触力的设计，根据不同的应用需求和电子设备的特点来调节插孔接触件的接触力，以实现更好的连接效果。

此外，还可以考虑插孔接触件的防尘和防水设计，以提高连接器的防护等级，适应更广泛的应用场景。

连接器插孔接触件的结构优化设计是提升连接器性能和可靠性的关键。

通过选择合适的材料、设计合理的接触方式和锁紧机构，以及考虑创新的优化设计，可以实现插孔接触件在连接器中的良好电气导通性、稳定的机械连接性和高度的耐久性和可靠性。