一种L1系列大电流连接器接触对的设计方案

创新接触对的结构和加工方式

 

介绍某公司开发的L1系列端子基于双曲线网笼结构的改进版本，采用独特的双曲线回转铜栅格结构可提供多重接触点，从而大幅提高了端子的接触面积并且使连接器兼具更小的插拔力。此类端子的优点要保留了双曲线网笼结构的全部优点：高的可靠度、低的插拔力、低的接触电阻、高插拔寿命、出色的抗振性能、具备自我清洁能力和高载流能力外，还大大降低了接触对的体积。

此外，L1系列端子使用激光焊接组装技术，相比较传统的双曲线网笼结构插孔，具备更佳的机械强度。同时插孔弹片结构设计更为简单，可靠性更高，生产过程中生产   良品率更高，更适合大批量生产。相比较传统的连接技术而言其具备更低的电压降及温升，产品体积更加小巧，网状的接触紧密可靠。相比较传统的双曲线网笼结构插孔，L1系列端子的外径减少25%同时可以增强电流密度，大大节省了连接系统布局所需的空间。 L1系列端子可以应用在LVP800高压接插件的设计中。

L1系列端子插孔的构成部分如下图：

L1系列端子插孔的制作流程如下：

其中，第4步由液压扭转机来操作，此步骤是接触对制作的关键步骤，原因如下:

1）扭转后的大电流簧片与其对配的圆棒形Pin针的接触面积将大大增加，进而降低了接触点电阻，接触点电阻是决定接触对载流能力的关键点，故扭转的角度决定了接触对的载流能力。

2）扭转后簧片的形状及其与圆棒形Pin针的过盈量决定了接触对的插拔力和对配应力，而这两项性能是影响插拔寿命的关键点，故扭转的角度也决定了接触对的寿命。

2.1      扭转簧片的材料选择

2.1.1扭转簧片的材料选择

扭转簧片材料的选取和使用应以性能设计要求为主要设计依据，结合扭转簧片的结构特点，从弹性模量、弹性极限、强度、疲劳强度、成型性、延伸率、导电性、耐热性、表面质量和可焊性等多个维度进行综合考虑。

扭转簧片选用的材料必须能够满足： 具备较高的机械强度，以防止接触对插拔时的弯曲损伤； 材料应具有较高的疲劳极限和弹性极限以及适当的弹性模量，保证接触对插合过程中具有较大的接触压力， 防止应力松弛和塑性变形； 若扭转簧片材料的弹性模量大，在挠度相同的条件下，接触压力就大，可以提升接触对的接触可靠性区］；具有较高的疲劳极限以确保接触对有较高的机械寿命。止匕外，扭转簧片的结构设计需考虑加工工艺， 保证加工成型性能良好； 需考虑选用高导电率、高导热率的材料，并且可焊性和耐腐蚀性要好。目前市场上现有的连接金属和电连接元件材料中最常用的有：黄铜、磷青铜、镀青铜等铜合金。

1）黄铜

黄铜的价格相对较低， 导电性能也良好， 常用在连接器中的固定式接触对或者连接器内的部分组件， 但是抗疲劳抗变形能力较差。对于长期工作弹性要求较高的应用场合

不应使用黄铜作为接触对材料。但是由于成本低， 其它很多对于长时间弯曲变形要求不高的接触对应用场合还是可以选用。

2 磷青铜

磷青铜可以长期保持弹性性能， 常应用于工作温度低于300℃的接触对的材料。磷青铜在大多数处于正常弯曲且插拔频度低的接触对应用场合使用。

3 镀青铜

镀青铜机械性能优于黄铜和磷青铜。镀青铜零件在退火后就能定形和硬化，可以永久保持其形状， 抗机械疲劳性能也很突出。所以镀青铜应用在需求高可靠性，高插拔次数的应用场合。

如下表3-1是扭转簧片常用各种材料的力学性能印。

由于扭转簧片长期处于形变状态，需要长期保持弹性且可靠性要求较高，故簧片材料选择镀青铜C17410。
 

2.1.1连接器接触对镀层的材料选择

汽车连接器接触对常用的镀层包括镀锡、镀银和镀金，性能分别介绍如下：

1镀锡

金属锡一般用于基材为铜和铜合金的场合， 起到阳极性保护层的作用。金属锡在干燥环境中不会被硫化物腐蚀， 性能稳定， 可以作为铜导线的保护层，但是镀锡层在潮湿环境中容易变色，焊接性能受到一定影响。

锡镀层主要应用： 需要良好焊接性能； 工作温度较低， 小于100℃的接触对； 与含硫非金属接触的零部件；用于保护氧气系统的零部件等。

2 镀银

金属银化学性能稳定， 除硝酸外，银在其他酸液中比较稳定，且不和水及大气中的氧气反应。而且导电性、导热性都很良好，并且有很好的可焊接性能和弹性。

银镀层主要应用： 对于导电性、接触电阻要求较高的零部件；需要有较高反射率的零部件；工作温度最高可达到276℃的零件。

1镀金

金同样具有良好的导电性、导热性， 而且还具有较低的接触电阻，金的焊接性能良好、耐腐蚀性强。除了王水及其他超强酸外，不溶于其它酸。但是成本较高。

金镀层主要应用： 要求较低的接触电阻、良好的导电性能、良好的焊接、耐腐蚀性强及耐磨性，耐高温的电接触部位。

考虑到产品要求较低的接触电阻和较低的温升， 且汽车连接器应具有一定的耐振动性用-38],并考虑成本因素，选择镀银材料。

2.1.2扭转簧片的力学计算

此法只能简单计算出在固定扭转角度时，薄臂圆筒的剪应力和所需的扭矩，无法计算出栅条形金属片在扭转过程中的螺旋突出变形，故也无法得出扭转变形后真实金属片形状。

故想要进行后续的截流能力、插拔力和插拔寿命评估，首先须获取扭转后簧片的形状信息。而常规的方式的3D数模建立方式不适合此加工过程,只能通过计算机辅助CAE技术，模拟簧片扭转过程并得到簧片的最终形状模型。

审核编辑 黄宇