四爪簧片的插拔力固定性仿真計算

程德帥 石承偉 李巖 王佩

摘 要：PCB插座是目前國內生產量較大的軍用直插式集成電路使用的插座產品，廣泛用于航空航天、軍事、電子工業等領域。本文主要介紹了目前集成電路領域中應用廣泛的一種PCB插座的四爪式簧片接觸件的結構設計以及接觸件插拔力、固定性參數分析，并通過ANSYS仿真軟件對接觸件固定性進行力學仿真，來驗證其結構設計的合理性。

關鍵詞：四爪簧片 插拔力 固定性 ANSYS仿真

中圖分類號：TB114.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0084-02

PCB插座是國內生產量較大的產品，廣泛用于航空航天、電子工業等領域，使用時將插座焊接在電路板的安裝孔上，實現電連接。本產品為定制產品，接觸件固定性好，指標滿足：接觸件分離力：0.5～1.5N；接觸件插入力：2～6N。

1 結構設計

接觸簧片和外導體組成單個PCB插座，彈性接觸連接。簧片是核心件，是信號傳輸通道，尺寸精度高，但長期插拔，口部直徑可能會變大，影響其插拔力。我們將簧片設計為四爪結構，過盈配合接觸可靠。

2 參數分析計算

接觸件分離力f=μP，式中，f為摩擦力，μ為摩擦系數，P為接觸壓力。多接觸對總分離力為：f總=（0.15～0.2）×接觸件數目×f[1]。如圖1所示，插孔開口0.25mm，插針φ0.5mm。

將問題模型化。彈片根部假設固定，將簧片簡化為長1mm，寬0.25mm，厚0.1mm的懸臂梁[2]。鈹青銅彈性模量E=1.3×104kg/mm2，許用應力[σ]為115kg/mm2。插針插入簧片引起變形：σ=≤[σ]，由M=PL和δ=PL3/3EI得：δ=2σL3/3Eh。接觸部位的實際變形量為：δmax=0.125（mm），得出：

一般標準鋼針與鍍金面的摩擦系數為0.15～0.20，因此接觸件分離力估值為：

fmax=4μp=4×（0.15～0.2）×1.12=0.672～0.896（N）

計算結果表明：接觸件分離力符合0.5～1.5N的要求。

我們對接觸件插拔力進行Ansys仿真[3]，插拔過程中的應力情況仿真結果如圖2所示。

仿真結果：最大插入力為3.1363N，符合2～6N的要求；分離力穩定值在0.5～1.5N范圍內，符合要求。

我們對簧片的受力進行分析，仿真結果如圖3所示，簧片受力后應力壓強為2418.7MPa，小于鈹青銅彈性模量130GPa[4]，接觸件結構及材料選擇是合理的。

我們對接觸簧片裝入過程中的應力進行仿真，結果如圖4所示。由仿真結果可知，簧片固定后的拔出力達到996.26N，固定性良好。

3 結語

本文對PCB插座四爪簧片的插拔力和固定性進行了分析。結果表明：接觸件分離力符合0.5～1.5N的要求；接觸件最大插入力符合2～6N的要求；接觸件固定性良好，結構設計滿足使用要求。

參考文獻

[1] 佘玉芳.機電元件技術手冊·制造·使用·維護[M].北京：電子工業出版社，1992.

[2] 汪日超，陳仲海，張波.基于近似模型的電連接器接觸件分離力計算[J].機電元件，2015，35（1）：11-15.

[3] 黃志新.ANSYS Workbench 16.0超級學習手冊[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[4] 安繼儒，郭強.金屬材料手冊[M].北京：化學工業出版社，2013.