四爪簧片的插拔力固定性仿真计算

程德帅 石承伟 李岩 王佩

摘 要：PCB插座是目前国内生产量较大的军用直插式集成电路使用的插座产品，广泛用于航空航天、军事、电子工业等领域。本文主要介绍了目前集成电路领域中应用广泛的一种PCB插座的四爪式簧片接触件的结构设计以及接触件插拔力、固定性参数分析，并通过ANSYS仿真软件对接触件固定性进行力学仿真，来验证其结构设计的合理性。

关键词：四爪簧片 插拔力 固定性 ANSYS仿真

中图分类号：TB114.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0084-02

PCB插座是国内生产量较大的产品，广泛用于航空航天、电子工业等领域，使用时将插座焊接在电路板的安装孔上，实现电连接。本产品为定制产品，接触件固定性好，指标满足：接触件分离力：0.5～1.5N；接触件插入力：2～6N。

1 结构设计

接触簧片和外导体组成单个PCB插座，弹性接触连接。簧片是核心件，是信号传输通道，尺寸精度高，但长期插拔，口部直径可能会变大，影响其插拔力。我们将簧片设计为四爪结构，过盈配合接触可靠。

2 参数分析计算

接触件分离力f=μP，式中，f为摩擦力，μ为摩擦系数，P为接触压力。多接触对总分离力为：f总=（0.15～0.2）×接触件数目×f[1]。如图1所示，插孔开口0.25mm，插针φ0.5mm。

将问题模型化。弹片根部假设固定，将簧片简化为长1mm，宽0.25mm，厚0.1mm的悬臂梁[2]。铍青铜弹性模量E=1.3×104kg/mm2，许用应力[σ]为115kg/mm2。插針插入簧片引起变形：σ=≤[σ]，由M=PL和δ=PL3/3EI得：δ=2σL3/3Eh。接触部位的实际变形量为：δmax=0.125（mm），得出：

一般标准钢针与镀金面的摩擦系数为0.15～0.20，因此接触件分离力估值为：

fmax=4μp=4×（0.15～0.2）×1.12=0.672～0.896（N）

计算结果表明：接触件分离力符合0.5～1.5N的要求。

我们对接触件插拔力进行Ansys仿真[3]，插拔过程中的应力情况仿真结果如图2所示。

仿真结果：最大插入力为3.1363N，符合2～6N的要求；分离力稳定值在0.5～1.5N范围内，符合要求。

我们对簧片的受力进行分析，仿真结果如图3所示，簧片受力后应力压强为2418.7MPa，小于铍青铜弹性模量130GPa[4]，接触件结构及材料选择是合理的。

我们对接触簧片装入过程中的应力进行仿真，结果如图4所示。由仿真结果可知，簧片固定后的拔出力达到996.26N，固定性良好。

3 结语

本文对PCB插座四爪簧片的插拔力和固定性进行了分析。结果表明：接触件分离力符合0.5～1.5N的要求；接触件最大插入力符合2～6N的要求；接触件固定性良好，结构设计满足使用要求。

参考文献

[1] 佘玉芳.机电元件技术手册·制造·使用·维护[M].北京：电子工业出版社，1992.

[2] 汪日超，陈仲海，张波.基于近似模型的电连接器接触件分离力计算[J].机电元件，2015，35（1）：11-15.

[3] 黄志新.ANSYS Workbench 16.0超级学习手册[M].北京：人民邮电出版社，2016.

[4] 安继儒，郭强.金属材料手册[M].北京：化学工业出版社，2013.