【摘 要】
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连接器是电气设备中的基础元件,在航天、军事以及汽车等领域有广泛应用,其连接可靠性与系统的安全性能息息相关,连接器失效会导致整体设备出现故障,造成严重的经济损失。其中,接触失效是连接器主要失效模式,导致接触失效的原因有接触压力、载流温升、振动应力等方面因素。本文以PCB端子为研究对象,分析其失效机制和测试方法,并利用有限元软件ANSYS模拟其工作过程,旨在提高产品连接可靠性。主要研究内容如下:分析P
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连接器是电气设备中的基础元件,在航天、军事以及汽车等领域有广泛应用,其连接可靠性与系统的安全性能息息相关,连接器失效会导致整体设备出现故障,造成严重的经济损失。其中,接触失效是连接器主要失效模式,导致接触失效的原因有接触压力、载流温升、振动应力等方面因素。本文以PCB端子为研究对象,分析其失效机制和测试方法,并利用有限元软件ANSYS模拟其工作过程,旨在提高产品连接可靠性。主要研究内容如下:分析PCB端子结构特点以及应用环境,选用C1100和C70250作为插片和端子材料。对PCB端子接触过程进行仿真,对比发现,产品插入力较大、前后端接触不均。因此,建立响应面法优化端子结构参数,选择前端间隙D、后端间隙E和后端长度M作为优化参数,以最大插拔力F1和前后端压力差F2为优化指标。经优化获得较优结构参数,即前端间隙为0.48mm,后端间隙为0.45mm,后端长度为4.20mm,此时最大插入力为27.14N,比优化前降低了19.12%,前后端压力差为15.20N,对比优化前有明显改善。建立PCB端子接触电阻等效模型,对产品进行电热耦合仿真,得到10A-50A电流下的温升数据,根据仿真结果,产品最高额定电流为35A,温升为29.63℃。对PCB端子进行模态分析,得到各阶固有频率,其中最低1阶频率为540.27Hz,大于产品最高工作频率500Hz,由此判断产品共振情况较少,随后进行随机振动分析,结果显示产品最大振动应力为42.39MPa,最大变形为0.004mm,均在接受范围内,由此判断产品可以承受随机振动影响。本文主要针对PCB端子进行可靠性分析和结构优化,将优化结果应用于实践生产,通过插拔力测试和温升测试验证了数值模拟和优化方案的可靠性,为之后同类产品的设计制造提供一定参考。
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