可分离大电流连接器多簧片结构设计

rcĸ2N IFra bibliotek8λρTm(1)
其中，rc (Ω) 为单簧片收缩电阻。电接触与机 械接触面积为 Aa 与 Ab(mm2)。Holm 半径为 α (mm2)， 满足 Aa=πα2。接触压力满足 Fs=ξHAb，ξ 为变形系数， H (HV) 为硬度。纯金属接触时有 Aa=Ab。实际中表 面存在污染，引入 Aa=ηAb，满足 0<η ≤ 1。结合前
连接器可靠性技术
Connector Reliability Technology
编辑：李秋花 E-mail: liqh@
可分离大电流连接器多簧片结构设计
Multi-Springs Structure Design and Analysis of Separable High-Current Connector
述参数、rc=ρ/2α 与式 (1)，可得下式 ：
Fs
Ĺ πρξ HI 128ληTm
2
N
2
=
( ) fs_ min N
(2)
即 Fs 至 少 应 达 fs_min(N)。 增 大 N， 可 降 fs_min(N)
的值。簧片视为悬臂梁，最大应力不得超过许用应
力 σa(MPa)。根据悬臂梁最大应力公式，可得 ：
北京邮电大学电连接与连接器可靠性科研室 王若愚 许良军 摘 要 可分离大电流连接器需以多触点实现，多簧片结构是可考虑的设计方案之一。簧片数受材料与结构制 约并影响连接器性能。针对多簧片连接器，根据接触压力基本设计原则，提炼一种多簧片结构可行性评估模型。 基于此，分析簧片数对接触压力设计余量、接触电阻、能量损耗的影响，提炼最佳簧片数选择方法。最后以案 例应用验证了模型和方法的适用性。 关键词 大电流连接器 多簧片结构 簧片数 结构设计 Abstract: Separable high-current connectors rely on multi-contacts, and the multi-springs structure is one of the design candidates. Limited by material and structure, spring number influences connector performance. Aming at multi-springs connector, a structure fesibility evaluation model was proposed here, according to contact force basic design principles. Based on that the effect of spring number on contact force design margin, contact resistance and energy lose was analysed, then the select method of spring number was proposed. At last the model and method were validated by a connector design case. Keywords: hign-current connector; multi-springs structure; spring number; structure design
2 多簧片结构可行性评估
2.1 接触压力设计极限 图 1 为一典型可分离多簧片连接器，L、Y、W
与 Wc 分别为簧片长度、厚度、总宽度与槽宽。单边
26 信息技术与标准化
连接器可靠性技术
Connector Reliability Technology
1 引言
大电流连接器需较大尺寸以满足材料强度，实 现足够接触压力，以获得足够低接触电阻 [1]。一些 场景要求连接器可插拔，约束了尺寸上限。多簧片 结构是平衡载流需求与尺寸约束的方法之一，以实 现在同等空间中更大的载流能力 [2]。因尺寸与结构 限制，簧片数存在一定范围。对其进行设计时也需 兼顾其对性能的影响，例如 ：簧片数过多则意味材 料刚度降低，不利于施加较大接触压力 ；簧片数过 少则使电流更集中，限制载流能力。依据材料特性， 合理设计簧片数有利于减少资源浪费和性能提升 [3]。
Fsĸ
σ aY 6L
2
W
+ Wc N
−
Wc
=
( ) fs_ max N
(3)
即 Fs 不能超过 fs_min(N)。增大 N 可使单簧片能
提供的接触压力上限值，即 fs_max(N) 的值降低。 2.2 可行性评估模型
令 fs(N) = fs_min(N)-fs_max(N)，设 β=(W+Wc)/Wc 及 γ =3πρξHLI2/64λησaTmWcY2，可得下式 ：
图 1 典型可分离多簧片连接器
簧片数为 N，单簧片宽度 Ws= (W+Wc)/N-Wc。 单簧片接触压力上限依据许用应力，下限依据
接触温升。设簧片与公端同材料，热导率与电阻率 为 λ (mK/W) 与 ρ (Ωm)，接触温升指标 Tm (K)，与 压降 ΔV (V) 满足关系 [6] ：ΔV ≤ (8OUTm ) 。设簧片 均摊电流 I (A)，则有 ：
在相关研究中，文献 [4] 通过理论分析和有限 元计算，提出一种基于最小电阻的最佳簧片数模型。 文献 [3] 通过可靠性建模，提出一种基于最大微动可 靠性的最佳簧片数模型。文献 [5] 通过力、热学分析
计算，针对原结构不能满足的扩容需求，提出增大 簧片数和改进排布的结构设计方案。前述研究中存 在的不足之处 ：其一，缺乏对相应结构可实现性的 分析 ；其二，从性能某一方面进行设计分析，未考 虑不同性能参数对结构的不同要求。鉴于此，本文 提出多簧片结构可行性评估模型，分析簧片数对接 触压力、接触电阻与能量损耗的影响，有助于对结 构可实现性进行分析。进一步地，提出基于不同性 能需求的最佳簧片数选择，有助于结构设计时的需 求重点权衡，从而更有系统性地辅助决策。