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弹簧触指小知识
 
更新时间:2011.07.30 浏览次数:
 
弹簧触指研究
 
一、普通弹簧刚度
弹性模量是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质。是物体变形难易程度的表征。用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。E以单位面积上承受的力表示,单位为牛/米^2。模量的性质依赖于形变的性质。剪切形变时的模量称为剪切模量,用G表示;压缩形变时的模量称为压缩模量,用K表示。模量的倒数称为柔量,用J表示。
拉伸试验中得到的屈服极限бb和强度极限бS ,反映了材料对力的作用的承受能力,而延伸率δ 或截面收缩率ψ,反映了材料缩性变形的能力,为了表示材料在弹性范围内抵抗变形的难易程度,在实际工程结构中,材料弹性模量E的意义通常是以零件的刚度体现出来的,这是因为一旦零件按应力设计定型,在弹性变形范围内的服役过程中,是以其所受负荷而产生的变形量来判断其刚度的。

其中    λ---应力引起的应变
F---应力
D---弹簧圈内外径的平均值
G---剪切弹性模量
d---簧条直径
n---有效圈数
一般把引起单位应变的负荷作为该零件的刚度,弹簧刚度的单位是N/mm,故可以简化为:刚度=(G*d4)/(8*n*D3),串联弹簧刚度计算公式为1/k=1/(k1)+1/(k2),其中K为刚度。
要想提高零件的刚度E ,亦即要减少零件的弹性变形,可选用高弹性模量的材料和适当加大承载的横截面积,刚度的重要性在于它决定了零件服役时稳定性,对细长杆件和薄壁构件尤为重要。因此,对构件的理论分析和设计计算来说,弹性模量E是经常要用到的一个重要力学性能指标。
圆柱弹簧刚度计算公式也可以简化如下:
F’=GD/8C4n;
其中  G——切变弹性模量;
D——弹簧中径;
C——缠绕比,C=D/d;
d——簧丝直径
截面为椭圆的弹簧缠绕比C=(D/d)*(b/a)2,
其中
      D——椭圆圈长轴中径
      a——椭圆圈长轴中半径
      b——椭圆圈短轴中半径
      d——簧丝直径 

 
截面为椭圆的弹簧展开长度L=n1Dπζ2,其中
      n1  ——弹簧总圈数
      D  ——椭圆圈长轴中径
     ζ2  ——长度修正系数,按照b/a在下表中选取:
 
  二、弹簧触指
斜圈弹簧是圆形饶线的弹簧,其饶线线圈是椭圆的,倾斜的,当受到压缩时,每个线圈将产生单独变形,无论线圈的哪一部分产生变形,整个弹簧都将进行反应,从而实现在每个接触点上的负载一致.
对于连接件来说,弹簧的末端将焊接起来从而组成一个完整的环,对于每种标准线圈尺寸上的具体的插入或是拔出的应力要求,在插座和插头的设计中,弹簧可放入凹槽内.当凸槽插入凹槽内,弹簧的斜圈弹簧在持续的弹簧应力作用下变形,并将造成抵抗力直到线圈进行配对的槽.此时,弹簧线圈的负载和槽的设计将产生出持续的弹簧应力,这样一来,则需要一个相应的拔出力来断开这2个部件,在微型连接件的卡扣上,径向的斜圈弹簧具有2个关键的作用,并能够减少系统中元件的数量.
斜圈弹簧提供双重功能,可作为机械接头使用,也可保持外螺纹接头和内螺纹接头之间的电路,从而使RF干扰减少到最小,用于电子的互连设计较为复杂.安装简单的紧凑型设计为军事,工业,商业应用的互连设计提供了新的考验.电路的速度在增加,而电子元件的尺寸在减少.因此,连接件需要以更高的速度在更小的空间内处理更多的信号,或是,在更紧凑空间的接点数量更多,连接件的尺寸也越小,它独特的弹力–变形曲线,宽余的工作范围–弹簧许可压缩达35%,相对稳定的弹力减少温差,公差和其他偏差造成的磨损,每一个弹簧圈可单独发挥作用。 
 
受力状态分析 
    
 
应力与应变曲线
由于弹簧触指结构的特殊性,普通弹簧的刚度考核转化为对弹簧触指的拔插力(或应力应变)的考核,该项指标的测试是在模拟工作状态下进行的:首先对弹簧触指施加一个力,然后观察它的变形量,以考核弹簧的“软”、“硬”程度,该项指标直接关乎到高压开关在开断、闭合过程是否顺利。测试该项指标需要一台测力计和一套用来模拟弹簧触指工作状态的胎具,出于技术保密,生产厂家目前不提供更具体的检验方案。经过对触头系统研究,提出如下三种检测方案:
1.将弹簧触指从焊接点断开,一端固定,另一端与测力计相连,对测力计施加不同的力,记录每种力情况下弹簧伸长量,作出应力-应变曲线,进而选定最符合我们产品的弹簧触指; 
  
 
2.模拟弹簧触指的工作状态,设计一套胎具,如下图,在模拟导体的轴上施加力F,使轴下降同样高度H,不同刚度的触头,需要的力是不同的,从中选出适合我们公司的产品; 
    
 
3.在2匝或3匝上加力,同时记录尺寸H的变化,可以得到一系列的力及对应的H,根据测量结果选出最适合我们公司的产品: 
                            
 
以上每种方法关键在于通过积累数据,并通过试验,进而确定哪个数据对我们最合理,从而确定大家的数据库。
在使用中簧圈的内经(或外径,视使用情况定)比较关键,它直接和触头座或者导电杆配合,圈数不是关键参数,由于弹簧触头的电阻一般是4~5微欧,最高7~8微欧,假如有100圈,那么每圈电阻是0.05微欧,一般差1~2圈对性能影响不大,电阻、内(外)径、拔插力(或应力应变)、化学成分、硬度是比较关键的五项参数。
据某公司表示,铍青铜材料硬,力大,他们已经换锆铜(ABB已经换了)。大家也应考虑选取何种材料的弹簧触指,吸取别人的教训。
 
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