电脑插座面板中网络模块的简介与扣合研究

施 狄 马 腾 彭美南 龚光辉

（宁波公牛电器有限公司 慈溪 315314）

引言

在当今以信息化为大趋势日益发展的环境中，网络作为一切信息远端交互的基础已全面普及。在生活中的网络传输方式常见的有：有线网、光纤网、无线网等。虽然光纤技术与无线连接技术现已成熟，而在家庭使用与局域网环境中，传统的有线连接依然富有实用价值与价格优势。在家庭使用环境中，书房、卧室、客厅等多个场景都会有网络模块的布线，用于连接路由与计算机端。在密度如此密集的使用环境中，网络模块产品也在进行着不断得变革更新。目前网络模块产品的变革更新方向主要是：①提高传输速率，减少信号损耗；②提升可安装性，使接口更便于固定安装在面板中；③在保证传输速率的前提下提升用户的手感体验，即网线水晶头与接口间的插拔手感优化。本文也意在同上述第二个方面探讨并分析目前网落模块革新的历程与优化方式。

1 网络模块简介

作为一种具有高效性、高速性、阻燃型的信息模块，网络模块以一种网络附件的形式密切与我们的日常生活息息相关。它在网络连接中扮演者中间连接器的重要角色，是家庭与各公共场所中实现信息交互的中转点。我们实际生活中用到的网络模块往往以网络插座形式出现，网络模块一般固定于网络插座之中。网络插座的组成一般可分为：面板、固定架、保护门组件、网络模块这四部分（如图1所示）。其用于将网线安装于墙体、网络装配箱或者配线盒。安装方法与电话线相似，可方便且简单得安装于墙面、桌面上。按照适用的线材来分，目前市面上常见的网络模块可以分为三类：5e类网络信息模块（100 MHz）、6类网络模块（250 MHz）和6A类网络模块（500 MHz），其中具体也分为屏蔽和非屏蔽、打线与免打线等。以下将进一步介绍网络模块的性能及特点。

1.1 网络接口规格

常用的网络模块高16mm、宽15mm，材料韧性强，可抗高压、阻燃V0、可扣合于市面上各系列标准化插座面板、支架或安装盒中，并可在标准面板上以90 °或45 °安装。在结构的优化下，接口寿命可提供750次重复插拔。接口模块使用了T568-A与T568-B布线通用标签，且这种模块是综合布线系统中应用最多的一种模块，无论5e类还是6类和6A类，它的外形都保持了相当的一致。目前市面上常见的网络模块结构如图2所示。

1.2 网络接口的类别

为了满足人们对网络传输速度不断提升的要求。目前我们常用的网线与网络模块类别主要为5e类、6类、6a类，主要区别如下。

5e类模块（CAT.5e）：传输频率为100 MHz，主要用于千兆位以太网（1 000 Mbps）。具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）、更小的时延误差，性能得到很大提高。

6类模块（CAT.6）：传输频率为250 MHz，最适用于传输速率高于1 Gbps的应用，主要用于千兆位以太网（1 000 Mbps）。

6a类模块（CAT.6a）：支持万兆上网，目前最大能达到500 MHz。由于其双屏蔽和高速率性能，不仅适用于中小型网络布线工程，还适用于各种大型企业的高速率网络部署，以及各种复杂的电磁环境或规定需要屏蔽的场合。

在许多家庭使用场景下，用户一般选择5e类或6类的网络模块，其传输速率能满足正常使用要求且性价比优势明显。而在商业及工业使用中，6a类以上的网络模块也因其传输速率可高于10 Gbps的优势被广泛应用。

1.3 网络模块的技术提升

随着电子集成技术与塑料成型技术的革新，目前的网络模块在各方面性能也有了显著提升，具体的特点可表现为以下六点：

1）采用了优质阻燃PC（聚碳酸酯）材料，阻燃性能可达到UL94V-0级别；

2）采用了扣锁式卡接罩保护接触点，可以避免线缆端接后的过度弯曲与脱落；

3）外形紧凑，模块上标注有通用的线序标签，便于快速准确地完成端接；

4）采用了磷青铜镀金引脚针和磷青铜镀锌卡线端子，能够起到防止表面氧化，提高接触性能的作用，从而保证了产品性能与使用寿命；

5）采用了8P8C并排式触点结构，使安装更为便捷，减少了因加工工艺与导通率检测而造成的额外费用。

图1 网络插座的组成

图2 常见的网络模块

2 网络模块在插座面板中的固定

目前市面上的网络模块皆存在统一的扣位尺寸标准，以标准化的形式配套于各类插座厂家的信息类插座产品。具体扣位外形如图3所示。标准网络接口皆设计有卡扣I与卡扣II，其中卡扣I起定位作用，卡扣II起扣合作用。网络模块装配于电脑模块时，装配方式一般为：先将卡扣I扣于插座面板固定架的筋位1上。然后使用推力器械或手动施加推力，使得卡扣II弯曲变形，从而将其扣入插座面板固定架的筋位2上。

看似简单的扣位结构在实际的装配过程中，也会出现多种多样的问题。例如，卡扣的扣合量不足时，模块有脱落的风险；扣脚材料韧性不足时，会出现装配断裂的情况；扣脚形变过大，导致产品跌落过程中扣脚断裂脱落等。

所以模块中卡扣的设计在产品整体中起到了尤为重要的作用，直接影响了产品质量、使用寿命以及用户体验。

2.1 不同扣脚结构的对比

虽然市面上形色各异的网络模块在卡扣设计方面都有统一的设计规范，但规范仅限于整体尺寸。其具体的结构设计、强度设计在不同厂家的产品上却体现出了多样性。下面我们就不同结构的5e类打线型模块样品进行扣脚的应力分析。如图4、图5所示。

上图两种结构不仅在卡扣尺寸上有区别，在加强筋的设计上也有明显的差异。结构一的扣脚相较于结构二具有更大的变形空间，且有效变形长度也比扣脚二多了2 mm。但从尺寸数据上来看，结构一的扣合力应小于结构二。而另一方面，结构一加强筋较结构二缺少R角，筋位高度略低，且中部无加强筋设计。在筋位结构方面来看，结构一的扣合强度应弱于结构二。根据大体分析猜测，下面我们进行分析并测试，以说明不同结构对扣合力的明显的影响。

2.2 扣合力测试

扣合力试验方法为：先将插座面板固定于测试夹具上，将卡扣I装入面板，再向下推送测力器，直至模块完成扣合动作。记录测力器显示的力的峰值。测试过程如图6所示。

我们在市面上再找出另外两种结构，加上之前介绍的总共四种结构做了扣合力测试，用来进行横向比较。另两种扣脚结构如图7所示。

分别对上述四种模块进行多次多组数据比对测试后得出表1数据。

图3 网络模块的扣位与配合

图4 扣脚结构一

图5 扣脚结构二

由测试数据可得，结构一的卡扣结构相较于结构二有更大的变形量，使得装配更省力。结构三相比结构一具有类似的变形空间，但其因为中部加强筋的支撑，使得扣合力反而接近于结构二，为一种变形量与扣合强度都相对优异的结构。结构四主卡扣采用斜面为基底，且中部筋位较厚，使得强度皆优于其余三款。在实际使用过程中，结构一模块却出现了扣位断裂且易脱落的问题。故单一得凭借一项优势无法全面表现出产品的优劣。需要多方面衡量，在多维度测量值皆符合性能与质量标准后，选取最优方案。

2.3 应力集中分析

为了表现出两个厂家的模块在卡扣结构处的强度区别，使用CAE分析软件是最直观的手段之一。

CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。使用CAE软件可计算出按压力与变形量之间最直接的联系。

为了仿真卡扣扣下去的变形量，需要在卡扣横向处施加载荷，如图8所示。

载荷施加后，卡扣产生变形。该过程中，通过有限元软件分析，能直观得体现卡扣的屈服局域。在屈服区域内，哪些点应力过于集中。如图9所示。

如图9所示，卡扣两侧与加强筋的衔接处为材料应力最为集中的部分。结构一中的卡扣加强筋处屈服强度失效较为明显，且卡扣中间支撑不足，应力集中与两侧，十分容易导致两侧脆裂。而结构二 变形量较小，且中部也具有支撑筋，可分担两侧集中的应力。故结构二的强度更为出色。对于两者在弯曲变形是产生的反力，见图10所示。

结构二的弯曲力仅略微大于结构一，在整个变形过程中，前中期的变形反力二者几乎一致。仅最后到达变形峰值时产生了轻微差距。

图6 扣合力测试工装

图7 其他扣脚结构

表1 不同结构的扣合力数值

图8 CAE仿真施加载荷

图9 施加载荷后的屈服区域

图10 两种结构的反力曲线

图11 施加载荷后的中部塌陷

由图11可见，在施加负载力后，结构一由于中部无支撑筋，导致塌陷严重。结构二在强度方面却有着明显的优势。故结构二的设计更利于生产的保障与质量的维护。

由上述测试可知，判断模块结构的优劣需要多方面多角度衡量，得出装配效益与质量的平衡点才能有助于产品的长足进步。

3 结论

以上意在通过介绍网络模块在生活中的应用以及分类方式、优劣性等方面从而引出其配合于插座面板中，装配方面的重点。通过进行对比测试，挖掘可量化数据。对影响电脑插座产品装配的稳固程度——模块卡扣强度的多项因素进行了研究，重点分析了模块的扣合力与应力集中。先通过实验得出可量化的数据，然后通过CAE软件对导致数据产生的根因进行可视化分析，从而验证了实验结果。

其对影响电脑插座组合件装配稳定性的因素如扣合手感、断裂分析等方面进行重点分析。其影响扣合处稳固的因素还有很多，如内部剪切应力、卡扣头部扣合量、筋位结构、勾位结构等，都需要结合对其性能影响进行全面分析。

稳固性仅为信息类插座的一个体验特征，其针对可量化的数据，研究了其中一些因素，仍有其他性能方面值得深入研究。