一文了解連接器的磨損機制!
連接器的磨損機制會影響其性能,當連接器進行接插工序時,產生的磨損會去除為接觸彈簧材料提供腐蝕保護的接觸涂層,最常用的接觸彈簧材料是銅合金,所有這些材料在典型的連接器工作環境中都容易受到腐蝕。
造成連接器磨損的主要原因分為兩個,最明顯的一個是每次連接器配合時發生的磨損,此時插頭和插座的接觸面相互滑動。第二個是在連接器的使用壽命期間由于微動運動而發生的磨損。提醒一下,微動運動是由機械干擾或熱膨脹失配力引起的小尺度運動,從幾微米到幾十微米。
關于連接器的磨損機制可能非常復雜,磨損可以用一個簡單的方程來描述,盡管方程中參數的含義可能相當復雜。舉例為V=kFL/H,其中V是磨損量(在單次磨損事件中從界面上去除的金屬量),k是磨損系數,F是施加的載荷(在連接器的情況下,接觸法向力),L是長度磨損事件的運動,H是接觸金屬的硬度(接觸光潔度)。
F、L和H的解釋相對簡單,接觸力F是連接器設計參數,磨損事件的長度是配合期間的接合長度,或微動運動的長度。嚙合長度是一個連接器設計參數,但微動運動的長度是一個取決于許多參數的變量。在等式中,H是接觸金屬的硬度,對于類似的材料,它將是給定材料的硬度,對于兩種不同的金屬,它將是復合硬度。
在連接器中,兩個接觸彈簧通常具有相同的表面光潔度,例如金,但鎳底板的厚度和接觸彈簧材料的硬度可能不同,因此復合硬度是合適的。然而,對于給定的連接器,可以考慮F、L和H。
磨損量V需要一些解釋,與連接器磨損有關的參數是每次磨損事件期間表面厚度的損失,給定V=At,其中A是接觸界面的面積,t是去除材料的厚度。A取決于接觸幾何形狀,與直徑為1厘米的滾珠軸承相比,當您考慮針尖與表面接觸導致的磨損時,這種依賴性就很明顯了。同樣,對于給定的連接器系統,這種關系可以被認為是已知的。
但是k是一個有很多參數的變量,其中最重要的參數是接觸力F、硬度H、接觸幾何、表面粗糙度以及接觸表面的潤滑狀態。對于給定的連接器的F、H、接觸幾何形狀和表面粗糙度在某種程度上是已知的。對于未在潤滑狀態下提供的連接器,潤滑狀態是一個變量,取決于連接器的使用環境,實際上接觸力是連接器k中最重要的參數。
在連接器性能需要低接觸力的應用中,例如在低電流、低配合力/高引腳數和高耐用性的應用,預期的磨損機制將是磨光磨損并且磨損率會很低。通常電源應用需要更高的接觸力,以滿足在電阻大小和穩定性方面更苛刻的接觸界面電阻要求,在這種情況下的粘附和磨料磨損機制非常關鍵,這是許多電源觸點設計利用多個觸點梁的原因之一。
這些系統降低了連接器電阻,因為多個梁在電氣上是平行的,并且它們還可以設計為具有較低的接觸力,以減少粘附和磨損的可能性。當然,磨損問題最好在連接器系統的設計和制造中得到解決,由于磨損率與硬度成反比,鍍錫連接器的磨損率高于金連接器,這種關系也說明了為什么通常使用所謂的硬金。
而影響鍍金連接器磨損的另一個設計參數是鎳底板,表面處理的厚度會影響連接器在不磨損的情況下可以支持的磨損周期數,如果發現連接器系統在磨損性能方面不足,接觸潤滑劑可能能夠充分提高性能以滿足應用要求。
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