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电连接器热特性和振动特性研究

蒋杰  
【摘要】:电连接器是电子、电气系统中的基础部件,担负着电气连接和信号传递的重任,电连接器的可靠性和安全性直接决定了所在设备的可靠性。温度和振动是影响电连接器接触可靠性的两个重要因素,本文的研究对象是圆形电源连接器,主要应用在可靠性要求高的航空领域。运用理论分析、有限元仿真和试验研究的方法对电连接器的接触特性、热特性和振动特性进行了研究和探讨,为电连接器的热设计和抗振设计提供了一定的参考依据。论文完成了如下的工作:介绍了电连接器的结构组成及其性能、电接触的理论知识,分析了电连接器的失效机理,结果表明:接触失效是电连接器最主要的失效模式,引起接触失效的主要因素是接触区的生热和振动。通过理论计算,得到了电连接器接触件分离力和接触压力的大小。通过对接触件进行接触分析,得到了接触件在插拔过程中插入力和分离力与时间的关系,以及插入力和分离力的最大值,并与理论计算的分离力值进行比较,发现两者相差不大,理论计算具有一定的参考价值。运用Hertz接触理论和有限元仿真的方法分别计算了电连接器接触件的接触面积,为电连接器的三维建模与热特性分析提供了合理的接触参数。根据求出的接触区接触面积,对电连接器中接触电阻等效体进行了精确建模,建立了电连接器热仿真的有限元模型,分别对同一型号不同接触电阻的电连接器进行了稳态热分析,得出了电连接器在不同接触电阻下的温度分布情况。并对电连接器进行了温升试验。结果表明:试验结果和仿真结果具有很好的一致性。建立的接触电阻等效体的模型精度较高,提高了电连接器温度场数值仿真结果的准确性。根据仿真结论,从降低接触电阻值和增强传热效率两方面出发,提出了降低电连接器温升的措施。通过模态分析和随机振动分析得出了电连接器各阶固有频率和振型、最大应力值和接触件的间隙值。运用正交试验方法,通过改变接触件中冠簧的长度、厚度和宽度,对电连接器进行随机振动分析,结果表明,冠簧宽度对一阶固有频率影响最大,冠簧长度对最大应力影响最大,冠簧厚度对接触件间隙影响最大。运用极差分析方法,得到了冠簧各试验参数对试验指际影响的主次顺序以及最优水平组合。将优化后的电连接器进行随机振动分析,与优化前进行对比,获得了较优的设计方案。根据Miner线性累计损伤理论、材料的疲劳寿命曲线公式以及随机振动分析的结果对电连接器的疲劳寿命进行了预测。


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