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【端子】压接尺寸的快速计算(二)

发布时间:10/28 —— 2021 5858
产品建模 & 思路

前提条件

 
①本课题研究需要一定的几何知识,三角函数知识。
②同样,由于本计算表格是使用Excel进行建模开发设计的,因此也需要我们对Excel有一定的功底,比如公式、函数等技能。 
③附加理论:首先需要我们确认导线铜丝的压缩比究竟在多少才是合理/合适的。 这对于确认端子压缩比/压接好坏至关重要,同时也直接影响到了此次需要演算求证的CH。
 所以,在进入正文前,务必先确认清楚或掌握以上前提条件。
 

压缩方式

 
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(图 3:正六边形压接理论模拟)
 
单根铜丝,理论上有三种特殊而又常见压缩方式:等面积压接等周长压接内切多边形压接。如上表所示。
 
a按照常理,铜丝压接是种面积缩小的压接方式,现实中无法做到等面积压接,所以就不可能是等面积压接
 
b其次,根据很多压接的标准来说,截面积中的铜丝之间,以及铜丝与端子内表面之间是不允许有缝隙存在的。
 
而且铜丝属于固体硬性材质,不同于软性流性材料,所以,也不可能按照等周长方式进行压缩压接。
 
c所以,剩下的也就只有内切压接了。
 
由上表图3中的计算方法可知:正六边形压缩率为82.74%Max。
 
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(图4:正四边形压接理论模拟)
 
针对正四边形压接,根据中学的代数知识可知,长边a和短边b相等的情况下,其所对应的四边形截面积是最大的。因此,此时的压缩率为70.71%Max。
因此在后续的演算过程中,不同的压接方式,铜丝的压缩率就不要超过对应的标准。我们也知道压缩率的公式:
公式:η=S(压接后)/S(压接前)*100%

η:压缩率
S(压缩后):压接后的端子和所有线缆截面积之和
S(压接前):压接前的端子和所有线缆截面积之和
 
根据这个等式可知,分母S(压接前)是根据现有的物料参数确定的,是个恒定数值的。而作为分支的S(压接后)是可以根据压接高度CH与宽度CW的不同而变化的
线束又分端子和线缆两部分:此时两者物料的各自压缩率就与其材质本身硬度与结构有很大关系。
众所周知,考虑其加工和后续压接以及电热传导等诸多需要,综合对比之下,端子大部分情况下还是选用韧性好可塑性强导电强的T2紫铜/黄铜/磷青铜等铜材质。
 
而线缆铜丝材质也是电解铜,即高纯度铜。所以两者材质的主料还是铜。
因此常规类似结构下,两者收缩变形率差别不大。根据以上理论,两者的压缩比差不多;这也是为什么η一般定义在80%左右的原因。
当然当端子的材质或硬度发生变化后,趋向于更加硬或更难变形压缩的时候,则相同情况下,其压缩量会降低,压缩率就会偏高于80%。
与此同时,铜丝的压缩率会相应地降低。再加上考虑到外界的设备稳定性等诸多方面造成的偏差因素,因此,整体压缩率一般定义在70%~90%左右。
 
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由于很多现实细微因素而导致的变化率在纯理论模拟上是无法体现的,就会出现了理论数据和实际数据的偏差
所以为了检验理论的数据是否合理和合适,最后必须以最终实际的测量结果来检验和修正前期最初设定的理论数据。
由前面理论可知,端子压接高度是会随着压接率不同而变化的,所以CH也不会是个恒定值(不管公差),这个情况在后文中也会发现。
 

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但是一个基本的原则就是理论上端子的材质硬度上不会小于线缆的铜丝,所以,其压缩率数据要稍微高于线缆,但是又不能太远离80%这个标准了。
 
①数据过高,则压接不完全。
②数据过低,则已经严重超过正常的塑型变形了,从而导致端子的保持力降低,电气性能变差等等一系列问题的发生。
 
这样取值也是基本与实际理论相吻合:如果发现任何物料的压缩率超出70%~90%范围,务必要警惕反思确认调整
 

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熟悉了以上的入门理论,我们就可以正式进入我们的建模和设计主题:
 

信息收集

 
①端子的信息收集
 根据端子图纸或相关资料,根据下表整理出端子的关于压接方面的几个基本信息。
 
(图 5:端子参数确定)
 ②线缆的规格以及对应参数
 
A.确认每款线缆的铜丝直径数量胶皮厚度,根据这3个基本参数就能计算出导体直径导体截面积线缆外OD线缆的截面积,同时也能计算出导体和线缆胶皮的外周长
B.再根据每种线缆确认的参数进行整合。 
a考虑到可能会使用多款/根线缆一起并线压接的情况
 
特别是线缆和端子不匹配的情况下,需要增加额外的铜丝来填补空缺,防止端子压缩变化过大而导致端子破坏或者损坏,或者线缆无法紧密结实地被包住。
 
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因此该表初步定义了4款不同的线缆规格,而且每款的线缆的数量设定是无限的。初步估计,这就基本涵盖现实中99.99%以上的并线压接情况。
当然,如果实在是有需要,也可以再按照一样的方式,新增加NO.5,NO.6款等无限多款的线缆信息表格,在最后都合并到总计中。
此点是在B型压接研究分析文中未考虑到有并线压接的情况,所做的补充。
 
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b.压接前,实际上是单根铜丝进行重新融合成一大股再进行压接,因此单根铜丝才是导体压接的最小单元而对于线缆的绝缘皮,单独线缆是无法分割的部分。
 因此在计算合并总线缆的外切圆时,最小单元差别在此:为了方便简化运算,铜丝可以按照其中OD最大的铜丝,并结合上所有的铜丝的数量来计算。而线缆胶皮也是这样计算。
 虽然此时胶皮已经不参与压接,只是考虑到再多芯线压接时会对剥皮尺寸有所影响


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