电连接器常用接触件设计中的关键点

徐 斌

（安费诺（常州）高端连接器有限公司，江苏常州 213100）

0 引言

电连接进行电与信号的传输，必须通过插合接触件来实现，如果接触件没有可靠的接触，连接件也就不具有电连接的意义。电连接中的插针以及插孔组合，被称为接触件，是电连接器的核心部分。从电连接器常用接触件的制造工艺、选用思路、结构设计等方面，对设计关键点做简要分析。

1 电连接器常用接触件类型

电连接器中使用比较广泛的类型：①刚性插针同悬臂式插孔接触型；②刚性插针同线簧式插孔接触型；③刚性插针同冠簧式插孔接触型；④刚性插针同爪簧式插孔接触型。这4种接触件同属刚性件同圆形弹性件互相接触类型。

2 4种类型接触件结构设计关键点

2.1 刚性插件

从不同类型接触件使用的刚性差异分析，零件结构形式均不复杂，设计中要考虑的问题是插针插合引导端结构，希望让插合力不高，同时还要保证可靠的插合性，就要求插针的接触段表面有极高的粗糙度，接触端尺寸精度≤0.03 mm，保证插针插合端是直接圆角或者是锥形圆角，见图1。这两种不同的结构，也适合使用在不同类型接触件上，接触端直径≥2 mm使用直接圆角，小于该值，一般建议用锥形圆角。刚性插针应使用精密自动形式的机械加工，才能保证尺寸精度和表面粗糙度满足要求。

图1 插针插合端锥形圆角

2.2 悬臂式插孔的选用和结构设计要点

圆形电连接器通常使用悬臂式插孔结构接触件，排列形状近似于方形矩形的连接器中也有使用，但不会用在长条形矩形连接器上，该类型接触件需要配合使用到22#规格之上接触件，不适宜与小于该规格的接触件配合，使用寿命≥500次。

悬臂式插孔结构是设计电连接器时应用最多的一种插孔类型，也被称为集束式多弹性节点插孔。主要结构形式：从圆柱形插孔接触件开始，接触段端均匀开（2～8）个等分槽，具体槽数根据使用要求以及插孔直径而定，然后要配置与等分槽数量相同的悬臂簧片，使用到械做中心收口，以满足规定接触分离力和接触压力的要求，结构示意见图2。图2 a是2槽插孔，图2b是4槽插孔，设计低频连接器时使用2槽插孔，设计射频连接器时使用4槽插孔，接触件插合部位之外的结构，应该根据实际防转动和端接形式，设计出具体的形式。图2c是一种多槽的插孔结构，经常使用在射频同轴的连接器和大于电流接触体的接触头中，其有着诸多的优点，包括接触可靠、接触点多、传输电流大等。

设计和使用该种类型的接触件时，提高可靠性的方法是使用一个保护套，套在开槽外的圆柱面上，形成封闭式插孔，保护套一般使用不锈钢制作成薄壁（图3）。保护套的作用：避免插入大直径插针的接触件，帮助插针倒着插入插孔，套管上孔导孔起到限位的良好功能，确保插针不会歪斜，减小插入力，保护插孔弹性结构，避免出现无效弹性和接触，使用可靠性大大提升。

图2 3种形式的插孔结构

图3 带保护套的插孔

2.3 线簧式插孔设计关键点

线簧式插孔插拔力较为柔和、接触电阻比较小、接触寿命≥500次。一般使用在矩形连接器中，间距规格≥2.54 mm的机柜式连接器和印制电路矩形连接器和大电流连接器，一些圆形连接器中也应用此种类型的接触结构，一般是大型接触件插合深度同该种类型的接触结构配合，因此，一般不用于接触件插合深度不高的产品中，如果要在插合深度不高的接触件使用该种类型，应适当调整产品接触结构，将其加长才能有较高的可靠接触性。圆筒形接触件运用滚压机械连接形式，在接触件上固定线簧组件，见图4。

（5～7）根直径0.1 mm、0.12 mm或0.15 mm的铍青铜丝，在（20#～24#）规格的插针线簧孔内，根据插针直径不同，选择不同直径的铍青铜丝，与插孔的轴线构成15°夹角，在内套筒的内壁均匀分布，使用后套和前套将线簧丝固定，内套筒的内壁构成双曲接触面，其特点是条形鼓状。插针配合插孔后，线簧丝构成鼓状接触面，与插针工作面充分接触，实现传输电信号的功能。这种接触结构，一般使用在插针直径≥0.4 mm，不同插针接触结构中。连接器有着不同的需求，线簧孔设计成不同形式，有压接和焊接两种形式，受结构限制，线簧孔一般不能满足直径＜0.4 mm的接触件，并且受到线簧孔外套直径的制约，该结构一般不用于超高密度或高密度连接器。

图4 线簧组件

2.4 冠簧式插孔设计要点

不同插孔有着不同的特点，冠簧式插孔的特点是接触面积较大、柔和的插拔性、接触电阻较小、机械寿命较高，一般接触寿命≥1000次，适应于大电流电源连接器或同轴连接器。该种插孔的典型结构如图5所示，其组成部分有冠簧簧片以及插孔基体，冠簧簧片是中间朝内圆弧状弯曲圆柱形（图6），插孔基体为圆筒状。圆筒前端孔腔内有1个园槽，依靠簧片的外向弹力，将簧片固定在圆槽中。

工作原理：插孔与插针的接触压力，来自簧片变形产生的弹力。弹簧片展开的图形是矩形，中间分布着栅格条状。弹簧片的弹力取决于栅格宽度、簧片材料和圆弧尺寸，设计时可以悬臂梁式插孔计算方法为参照，确定弹簧片形状。该种插孔适用于直径≥3 mm的插针接触。该种类型的插孔结构工艺并不复杂，在产品不断进步的背景下，也会使用在小型接触件中，一般用来替代线簧孔技术。

2.5 爪簧式插孔设计要点

爪簧式插孔的特点包括较多接触点、柔和的插拔性、较高机械寿命，机械接触寿命一般≥1000次，广泛应用于中小型的连接器，该种类型接触件如果用于矩形电连接器，应用标准是插合直径在3 mm到0.40 mm之间。该种形式的插孔由爪簧簧片和插孔基体组成，簧片形状是中间朝内圆弧状弯曲爪形，插孔基体是圆筒形结构。该类型插孔通常会设计成过盈配合或过度配合。过盈配合式运用压强的过盈配合，把簧片强制固定到插孔基体端部；过度配合式为，在圆筒前端孔槽中有一个圆槽，簧片在过度配合装入的作用下，插入插孔基体，簧片靠向外弹力固定到圆槽内。

工作原理：通过弹簧变形弹力产生插针与插孔的接触压力。弹簧片尺寸取决于簧片材料、圆弧尺寸、弹性爪数量和宽度，设计时可适当参照悬臂梁插孔计算方法确定弹簧片尺寸形状。

图5 冠簧孔

图6 冠簧

3 结语

不同形式的电连接器使用不同类型的接触件，因此不同种类接触件的设计有不一样的关键点。电连接器的核心部件是接触件，为此应该根据连接器的结构要点、电性能、使用环境等方面，确定使用接触件的种类、合理性与接触件能否满足要求是设计的关键点，对电连接器的设计使用有着巨大影响。

[1]吕斌，唐敏，周升俊.电连接器接触件优化设计研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2006，24（3）：54-57.

[2]Samtec公司.对于连接器性能与可靠性至关重要的接触件及其表面处理[J].今日电子，2017(Z1)：72-75.

[3]骆燕燕，杨静宇，任永隆,等.电连接器接触件插拔特性仿真与试验研究[J].工程设计学报，2017，24（2）：168-173.

[4]靳方建.电连接器接触件可靠性分析与高温插拔试验[D].浙江理工大学,2013.