四爪簧片的插拔力固定性仿真計(jì)算

程德帥 石承偉 李巖 王佩

摘 要：PCB插座是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量較大的軍用直插式集成電路使用的插座產(chǎn)品，廣泛用于航空航天、軍事、電子工業(yè)等領(lǐng)域。本文主要介紹了目前集成電路領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的一種PCB插座的四爪式簧片接觸件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及接觸件插拔力、固定性參數(shù)分析，并通過(guò)ANSYS仿真軟件對(duì)接觸件固定性進(jìn)行力學(xué)仿真，來(lái)驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：四爪簧片 插拔力 固定性 ANSYS仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TB114.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（c）-0084-02

PCB插座是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量較大的產(chǎn)品，廣泛用于航空航天、電子工業(yè)等領(lǐng)域，使用時(shí)將插座焊接在電路板的安裝孔上，實(shí)現(xiàn)電連接。本產(chǎn)品為定制產(chǎn)品，接觸件固定性好，指標(biāo)滿(mǎn)足：接觸件分離力：0.5～1.5N；接觸件插入力：2～6N。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

接觸簧片和外導(dǎo)體組成單個(gè)PCB插座，彈性接觸連接。簧片是核心件，是信號(hào)傳輸通道，尺寸精度高，但長(zhǎng)期插拔，口部直徑可能會(huì)變大，影響其插拔力。我們將簧片設(shè)計(jì)為四爪結(jié)構(gòu)，過(guò)盈配合接觸可靠。

2 參數(shù)分析計(jì)算

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

將問(wèn)題模型化。彈片根部假設(shè)固定，將簧片簡(jiǎn)化為長(zhǎng)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(yīng)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(shí)際變形量為：δmax=0.125（mm），得出：

一般標(biāo)準(zhǔn)鋼針與鍍金面的摩擦系數(shù)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(jì)算結(jié)果表明：接觸件分離力符合0.5～1.5N的要求。

我們對(duì)接觸件插拔力進(jìn)行Ansys仿真[3]，插拔過(guò)程中的應(yīng)力情況仿真結(jié)果如圖2所示。

仿真結(jié)果：最大插入力為3.1363N，符合2～6N的要求；分離力穩(wěn)定值在0.5～1.5N范圍內(nèi)，符合要求。

我們對(duì)簧片的受力進(jìn)行分析，仿真結(jié)果如圖3所示，簧片受力后應(yīng)力壓強(qiáng)為2418.7MPa，小于鈹青銅彈性模量130GPa[4]，接觸件結(jié)構(gòu)及材料選擇是合理的。

我們對(duì)接觸簧片裝入過(guò)程中的應(yīng)力進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4所示。由仿真結(jié)果可知，簧片固定后的拔出力達(dá)到996.26N，固定性良好。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)PCB插座四爪簧片的插拔力和固定性進(jìn)行了分析。結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 佘玉芳.機(jī)電元件技術(shù)手冊(cè)·制造·使用·維護(hù)[M].北京：電子工業(yè)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(jì)算[J].機(jī)電元件，2015，35（1）：11-15.

[3] 黃志新.ANSYS Workbench 16.0超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[4] 安繼儒，郭強(qiáng).金屬材料手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.