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退化机制–接触法向力损失

发布日期:2019-10-22   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:372

小天注意到磨损是一种间接的退化机制。如果接触层的磨损暴露了接触弹簧的基础金属,则会直接在接触界面处引入额外的腐蚀源。类似的评论适用于法向接触力。接触法向力的损失是一种间接的退化机制,因为它增加了连接器在使用期间的接触界面微运动的可能性。如前所述,微运动或微动运动会导致锡精加工系统中的微动腐蚀,以及高贵精加工系统中的微动磨损。在这两种情况下,接触法向力的损失都可能导致对微动的敏感性增加,并因此导致与腐蚀相关的退化以及接触电阻的相应增加。

简而言之,当连接器配合时,当插头插入插座中时,插头触头会通过插座触头梁的偏转而产生接触法向力。图1示意性地显示了一个简单的悬臂梁插座触点通过后触点的偏转。许多插座触点是悬臂梁或悬臂梁的变型。图1包含两个适合悬臂梁接触的方程式。

首先考虑方程式1,该方程式显示了接触力与插座接触梁的几何形状和挠度之间的关系。

公式1 .: F =1/4ED wt / l3

在方程式1中,F是接触力,E是插座触头母材的弹性模量,D是插座触头通过插头触头的挠度,wlt是宽度,长度,插座接触梁的厚度和厚度。弹性模量是材料参数,并随接触材料而变化。在连接器中使用的铜合金的典型范围内,弹性模量的变化相对较小,约为16-19 mpsi。例如,考虑连接器中使用的三种合金:黄铜(C26000),磷青铜(C51000)和铍铜(C17200)。这些材料的弹性模量分别为161618.5 mpsi。光束偏转D是设计参数。接触梁的几何形状也是设计变量。对于给定的Dwtl

公式2说明了材料依赖性的更大变化。

公式2 .: F =1/6swt / l 2

在等式2中,s是通过束偏转引入接触束中的应力,并且wtl如上所述。在没有塑性或永久变形的情况下,梁可以承受的最大应力由材料的弹性极限确定。大多数材料是根据0.2%的偏移屈服强度来描述的,该值与弹性极限成比例。对于黄铜,磷青铜和铍铜,连接器中示例材料的常用屈服强度分别约为7595110 kpsi。这些数据表明,对于恒定的几何形状,挠度和弹性变形,黄铜可以提供比磷青铜更低的接触力,而铍铜合金可以提供最高的接触力。方程式1。这表明接触力对于使梁保持弹性状态的梁偏转将是稳定的。受力超过其弹性范围的梁将永久变形。在双梁接触系统的情况下,如果连接器未配对,则通过两个梁之间间隙的增加可以证明这种永久变形。重新配接时,此类过应力的梁将具有减小的梁挠度,因此,通过公式1可以得到较低的接触力。由于在配合期间未正确对齐,因此在连接器配合期间会发生接触梁的过应力。许多连接器都具有抗过应力功能,例如对准功能或光阑,以减少由于永久变形而导致接触力降低的可能性。在双梁接触系统的情况下,如果连接器未配对,则通过两个梁之间间隙的增加可以证明这种永久变形。重新配接时,此类过应力的梁将具有减小的梁挠度,因此,通过公式1可以得到较低的接触力。由于在配合期间未正确对齐,因此在连接器配合期间会发生接触梁的过应力。许多连接器都具有抗过应力功能,例如对准功能或光阑,以减少由于永久变形而导致接触力降低的可能性。在双梁接触系统的情况下,如果连接器未配对,则通过两个梁之间间隙的增加可以证明这种永久变形。重新配对时,此类过应力梁的梁挠度将减小,因此,通过公式1可以得到较低的接触力。由于在配合期间未正确对准,因此在连接器配合期间可能会发生接触梁的过应力。许多连接器都具有抗过应力功能,例如对准功能或光阑,以减少由于永久变形而导致接触力降低的可能性。由于在配合期间不正确的对齐,在连接器配合期间可能会产生接触梁的过应力。许多连接器都具有抗过应力功能,例如对准功能或光阑,以减少由于永久变形而导致接触力降低的可能性。由于在配合期间不正确的对齐,在连接器配合期间可能会产生接触梁的过应力。许多连接器都具有抗过应力功能,例如对准功能或光阑,以减少由于永久变形而导致接触力降低的可能性。



公式2表明,接触力随应力而直接变化,因此接触力随时间的稳定性将随梁中残余应力随时间的稳定性而变化。图2说明了三种示例材料的残余应力随时间和温度的变化。应力损失随时间和温度的变化称为应力松弛。首先考虑图2顶部的三组数据。这些数据显示在给定温度下残余应力随时间的变化。从方程式2可以看出,应力与接触力直接相关,这些数据还表明归一化的接触力仍是温度的函数。黄铜和磷青铜的数据为室温25°C,而铍铜数据的温度为105°C。所以,在室温下,接触力为100克的黄铜触点在100,000小时(约11.4年)后将减少到约92克。磷青铜的接触力会降低到约96克。实际上,在室温下,黄铜和磷青铜将表现出大致相同的性能。请注意,铍铜在105°C的温度下保持的法向力高于室温下的黄铜或磷青铜。较低的一组数据显示了在高温下磷青铜优于黄铜。100,000小时后,磷青铜在105°C下的接触力保持在60克,而黄铜在75°C下为65克。因此,黄铜具有比磷青铜更低的工作温度能力,并且两者的温度能力均低于铍铜。还有其他接触材料在应力松弛方面表现出中等水平的性能。所描述的材料只是连接器中常用材料的示例。

讨论表明,取决于连接器的工作温度和正确配合方法的材料选择足以确保必要的接触力稳定性。确保整个生命周期中足够的接触力的另一种方法是从初始接触力开始,该初始接触力应足以承受因应力松弛而导致的接触力降低。那么问题就变成了,在不引入其他潜在问题或退化来源的情况下,可以在连接器中施加多少接触力?换句话说,哪些性能参数会影响连接器可以使用的最大接触力?

这样的问题之一是接触力对连接器配合力的影响。随着接触力的增加,连接器的配合力也会增加。对于针数较高的连接器,配合力可能会对接触力施加上限。但是,必须注意的是,各个接触配合力不是影响连接器配合力的唯一因素。接触对齐,包括角度和配合中心线的公差,也很重要。壳体中的腔之间的干扰也可能导致配合力。最后,使用接触润滑剂来减少摩擦会大大降低配合力。

如上一篇文章所述,另一个高度依赖于接触力的性能特征是接触磨损。磨损随着接触力的增加而以两种方式增加。回忆一下该文章中的公式1,在此重复公式3

公式3 .: V =ƒkFL/ H

其中V是磨损量,是单次磨损事件中从界面去除的金属量,k是磨损系数,F是施加的载荷-对于连接器,接触力-L是运动的长度H是接触金属的硬度。讨论的重点是磨损系数k。等式3显示,对于给定的k值,磨损随着接触力的增加而线性增加。但是,这种依赖关系被以下事实所掩盖,因为k的值会随着接触力而显着增加,因为磨损动力学从抛光过渡到粘着磨损,如上一篇文章所述。

接触力损失的另一个可能是最重要的影响是导致接触界面机械稳定性下降。提供机械稳定性的摩擦力直接随接触力而变化。因此,根据应用条件(热和机械),由于应力松弛,接触力降低时,最初稳定的接触界面可能容易受到微动微动的影响。如本文开头所述,微动运动可导致镀锡系统中的微动腐蚀,并增加腐蚀的敏感性,这是由于贵金属精加工系统中的接触层对接触弹簧母材的微动磨损所致。在前一篇关于磨损作为降解机制的文章中。

总而言之,通过选择材料以应对应力松弛的影响,以及通过适当的配合做法来防止接触力损失,以防止在施加连接器时接触梁的过应力。这些问题之所以重要,是因为它们可能会影响连接器对微动的敏感性。微动是引起连接器退化的主要驱动力。


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