Oltre a soddisfare i requisiti generali di prestazione, i connettori elettrici devono soddisfare tre esigenze fondamentali: eccellenti prestazioni di contatto, funzionamento stabile e facilità di manutenzione. La loro affidabilità operativa determina direttamente il corretto funzionamento dell'intero circuito e incide sulla sicurezza dell'intero dispositivo principale. Di conseguenza, i circuiti impongono standard estremamente rigorosi in termini di qualità e affidabilità dei connettori elettrici.
Essendo i componenti interni fondamentali responsabili del contatto elettrico all'interno dei connettori elettrici, i contatti svolgono un ruolo decisivo nell'affidabilità del connettore stesso. L'affidabilità dei contatti è influenzata da molteplici fattori, tra cui la progettazione strutturale, la tecnologia di lavorazione, la produzione, la gestione della produzione, le proprietà delle materie prime e l'ambiente di utilizzo.
Numerosi parametri influenzano l'affidabilità dei contatti elettrici, principalmente le proprietà del materiale di contatto, le condizioni operative, i gas ambientali e altri aspetti. Per garantire l'affidabilità dei contatti elettrici sviluppando soluzioni contro i guasti, è essenziale studiare e analizzare il meccanismo di guasto dei punti di contatto. La ricerca in questo ambito si concentra principalmente sulle seguenti aree:
Ricerca sui materiali
Le proprietà di tutti i materiali si degradano nel tempo. Pertanto, si deve dare priorità ai materiali ad alte prestazioni in grado di mantenere un'affidabilità a lungo termine, valutando successivamente gli ambienti di utilizzo e assicurandosi che i materiali siano in grado di resistere a condizioni di lavoro difficili.
Ricerca sulla lavorazione e la produzione
Attualmente, i connettori prodotti in Cina presentano numerosi difetti di fabbricazione. L'insufficiente capacità produttiva crea un notevole divario prestazionale tra i connettori finiti e le specifiche di progettazione ideali, compromettendo di conseguenza l'affidabilità complessiva.
Ricerca sui fattori ambientali
Quando i contatti si corrodono in presenza di agenti atmosferici, la geometria superficiale delle aree di contatto si modifica. Rispetto alla condizione ideale, tutti i parametri rilevanti cambiano non solo nel tempo, ma anche in funzione delle diverse condizioni operative. Ciò compromette le prestazioni del contatto elettrico e, in ultima analisi, ne provoca il guasto.
Basandosi sui tre principali fattori che causano guasti ai contatti elettrici menzionati in precedenza, questo articolo analizza principalmente la struttura, le caratteristiche e le procedure di progettazione di una specifica molla a corona, al fine di ottenere prestazioni di servizio superiori e prevenire guasti prematuri ai contatti elettrici.
1. Struttura della molla a corona
Le molle a corona si dividono in molle a corona interne e molle a corona esterne. La molla a corona esterna, detta anche contatto a lanterna, è montata sulla superficie cilindrica esterna del perno e forma una coppia di contatti con la sede cilindrica, come mostrato in Figura 1. La molla a corona interna è installata all'interno del foro interno della sede e forma una coppia di contatti con il perno cilindrico, come mostrato in Figura 2.
2. Caratteristiche della molla Crown
Struttura dell'alloggiamento della molla a corona e affidabilità del contatto
Come si può osservare dalla struttura della molla a corona, quando si adotta una molla a corona esterna, la superficie di contatto effettiva dell'elemento di contatto è la superficie sferica esterna della testa della lanterna, che entra in contatto con la superficie cilindrica dell'alloggiamento. Nel caso di molle a corona interne, la superficie sferica interna della molla a corona interna entra in contatto con la superficie cilindrica del perno. Entrambe le configurazioni presentano un contatto puntiforme-superficiale.
A parità di forza normale, materiale e parametri strutturali, il contatto punto-superficie offre una minore resistenza alla compressione e una minore resistenza del film lubrificante rispetto al contatto superficie-superficie, risultando in una resistenza di contatto effettiva relativamente bassa per le strutture delle molle a corona.
Inoltre, le molle a corona si basano sulla deformazione elastica per il bloccaggio, il che impone requisiti di precisione moderati ai componenti di contatto. Di conseguenza, le prese/perni con molla a corona offrono un accoppiamento e un disaccoppiamento fluidi, un contatto stabile e affidabile, un'eccellente resistenza alle vibrazioni e agli urti e un'elevata durata del ciclo di accoppiamento. Rispetto alle prese con molla a filo, sono più adatte alla produzione di massa e dimostrano prestazioni superiori nelle applicazioni ad alta corrente, superando lo svantaggio dell'insufficiente capacità di trasporto di corrente delle prese con molla a filo, pur mantenendo un costo contenuto.
Le prese a molla a corona offrono un accoppiamento e uno saccoppiamento fluidi, nonché un contatto affidabile. Essendo uno degli elementi di contatto più diffusi, generano una forza di inserimento ed estrazione inferiore e garantiscono un funzionamento più delicato rispetto alle prese elastiche scanalate, e sono utilizzate principalmente nei connettori elettrici multipolari e ad alta densità.
Quando i perni si accoppiano con le prese, la forza normale generata dalla deformazione elastica degli anelli di contatto garantisce un contatto saldo tra anelli di contatto e perni per la trasmissione del segnale. Lo schema di accoppiamento delle prese a molla a corona e dei perni maschio è mostrato in Figura 1.
Numerosi fattori influenzano l'affidabilità dei contatti dei connettori elettrici. Due indicatori, ovvero la forza di separazione del singolo contatto e la resistenza di contatto, sono comunemente utilizzati per valutare l'affidabilità dei contatti dei connettori.
3. Procedure di progettazione e punti chiave della molla a corona
Le prese sono i componenti principali che realizzano la connessione elettrica nei connettori e le molle a corona, in quanto parte fondamentale delle prese (pin), svolgono un ruolo vitale. Pertanto, la corretta selezione delle molle a corona e la progettazione razionale delle prese (pin) con molle a corona sono cruciali per soddisfare i requisiti di prestazione elettrica delle coppie di contatti, tra cui resistenza di contatto, forza di accoppiamento e aumento di temperatura. È necessario attribuire grande importanza alla selezione delle molle a corona e alla progettazione delle prese (pin) con molle a corona.
DProcedure di progettazione delle molle a corona interne ed esterne
Determinare la forma strutturale specifica: adottare una molla a corona interna o una molla a corona esterna. Selezionare la struttura della molla a corona appropriata in base alle condizioni di applicazione del prodotto per valutare se la molla a corona interna o esterna soddisfa meglio i requisiti.
Determinare il diametro dei perni o delle prese. Selezionare un diametro del perno appropriato per la struttura interna della molla a corona e un diametro della presa appropriato per la struttura esterna della molla a corona in base alla corrente di carico massima durante il funzionamento del prodotto.
l Determinare gli altri parametri dimensionali. Progettare le dimensioni rimanenti della molla a corona in base al diametro del perno o dell'alloggiamento.
l Determinare le dimensioni delle parti di accoppiamento per la molla a corona. Far corrispondere le dimensioni del perno alla molla a corona interna definitiva e le dimensioni dell'alloggiamento alla molla a corona esterna definitiva.
Punti chiave della progettazione
La compressione unilaterale della molla della corona dopo l'accoppiamento deve essere controllata entro l'intervallo di 0,15～0,25 mm.
Le dimensioni strutturali della molla a corona influenzano direttamente la forza di separazione della coppia di contatto. A parità di tutti gli altri parametri, un raggio sferico R maggiore e una lunghezza della sezione sferica S più lunga nella parte centrale della molla a corona, così come una larghezza della fessura P minore nella parte sferica, ridurranno di conseguenza la forza di separazione della coppia di contatto. Tuttavia, un raggio sferico R e una lunghezza della sezione sferica S eccessivamente grandi, o una larghezza della fessura eccessivamente stretta, non sono auspicabili. È necessaria una progettazione razionale di questi tre parametri per ottenere una forza di separazione adeguata e un'eccellente resistenza al contatto. Inoltre, la larghezza della fessura non deve essere troppo stretta per facilitare la lavorazione dello stampo e prolungarne la durata.
Per facilitare la progettazione e la lavorazione dello stampo, si dovrà realizzare un disegno ingrandito della molla a corona con le estremità aperte.
Tutte le dimensioni specificate nelle procedure di progettazione si riferiscono alle dimensioni della molla a corona in condizioni di accoppiamento di lavoro.
4. Conclusion
In sintesi, le molle a corona interne ed esterne, insieme ai relativi perni e prese di accoppiamento, sono componenti critici dei connettori elettrici, che ne determinano direttamente l'affidabilità. Le prestazioni in esercizio delle strutture a molla a corona dipendono non solo dal processo di progettazione, ma anche dal materiale e dalla tecnologia di lavorazione dei perni e delle prese di accoppiamento.
In genere, perni e prese sono realizzati principalmente in lega di rame o rame puro per soddisfare i requisiti di conduttività richiesti nell'uso pratico e vengono fabbricati mediante lavorazione meccanica. Per ottenere prestazioni di servizio superiori, è necessario un trattamento superficiale successivo sulla superficie delle molle a corona interne ed esterne. Le procedure di progettazione dettagliate per le strutture delle molle a corona interne ed esterne saranno completate in ricerche successive.
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Data di pubblicazione: 4 luglio 2026