一种测量不同环境温度下电连接器接触压力的方法及装置与流程

本发明涉及测量技术领域，特指一种测量电连接器接触件在不同环境温度下的接触压力的方法和装置，尤其适用于电连接器接触件在不同高温环境下接触压力的测量。

背景技术：

电连接器的接触件(插针件与插孔件)是电子设备信号传输的直接载体，具有把信号从电连接器的输入端传送到输出端的作用，若失去了接触件的可靠接触，连接器就失去了其电连接的作用。

电连接器接触电阻是影响电连接器可靠性的重要因素之一，电连接器在正常工作时，要求具有小而稳定的电阻。如果电连接器接触电阻比较大，那么在大功率应用场合由于电连接器流通的电流比较大，有可能导致接触件的温度迅速升高，这样很有可能导致接触件变形甚至粘连，从而影响了电连接器的性能甚至会对整个电气系统造成致命的危害。

电连接器失效的原因主要在于电连接器接触件的失效，接触件之间的接触压力这一因素是导致其失效的重要原因，接触件之间的接触压力过小会导致接触电阻增大，发热量增多。适当地提高接触压力可以使得接触件间的接触区域增多，将其接触电阻变小，改善接触的可靠性。但是如果将接触压力的取值增大到超过设计要求，会导致接触件结构发生塑性变形甚至断裂。

所以，合理的确定接触压力的取值是十分必要的，较高的环境温度会使材料的硬度降低，也会使弹性接触件性能下降，造成接触压力不足。然而实际工程中，由于电连接器的整体尺寸比较小，接触件的接触压力测量比较困难。

申请号为201220214578.3名称为一种高温环境下电连接器接触件插拔力测试装置，该装置可以测量不同高温环境下接触件的插拔力，但是不能测量与接触电阻直接相关的接触压力。申请号为201010170544.4名称为基于三维热场有限元分析的电力连接器触头温升测量方法，此方法可以测量接触件触头的温升，但是不能测量温度对电连接器接触件接触压力的影响大小。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种测量不同环境温度下电连接器接触件接触压力的方法和装置，可以测量不同环境温度下电连接器不同尺寸的接触件插拔过程中的接触压力。

为解决上述问题，本发明所采用的具体方案如下：

一种测量不同环境温度下电连接器接触件接触压力的装置，主要包括：运动控制系统、上下运动装置、定位与夹紧装置、隔热杆夹具1#、下隔热杆、加热装置、加热装置固定架、测力装置、隔热杆夹具2#、螺旋调整装置、固定杆、上隔热杆、插针件夹具、插孔件夹具、显示与操控系统、支架；定位与夹紧装置安装于上下运动装置上面；隔热杆夹具1#安装在定位与夹紧装置上；下隔热杆一端被隔热杆夹具1#固定，另一端安装插孔件夹具；上隔热杆一端用于安装插针件夹具，另一端固定在隔热杆夹具2#上，在隔热杆夹具2#下方将测力装置安装于上隔热杆上面；加热装置被加热装置固定架固定在固定杆下方；隔热杆夹具2#安装在固定杆中间，并可由螺旋调整装置调整上下移动；固定杆固定在支架上端；运动控制系统控制上下运动装置的上下运动；显示与操控系统控制整个装置的运动、测量、显示。

一种测量不同环境温度下电连接器接触压力的方法，其特征在于包括以下步骤：

1、利用仿真分析软件的建模模块按照接触件的实际尺寸建立电连接器接触件接触状态时的三维仿真分析模型。

2、对建立的模型进行不同环境温度下电连接器接触件插拔过程的接触仿真分析。

3、因为只有在高温环境下温度才会对接触件间的接触压力产生影响，因此考虑到高温电连接器所适用的环境温度，进行仿真分析时在载荷、边界条件相同的情况下第一次仿真分析设置环境温度100℃，第二次仿真分析设置环境温度150℃，第三次仿真分析设置环境温度200℃，以此类推直到10次仿真分析设置环境温度550℃。

4、通过步骤3的仿真分析分别得出100℃、150℃……550℃温度下电连接器接触件插拔过程中分离力随时间变化的曲线及数据，通过Mathematica的曲线拟合命令和接触压力与分离力的数学关系式，将电连接器接触件插拔过程中的分离力作为X值，接触压力作为Y值，分别建立100℃、150℃……550℃温度下的电连接器接触件插拔过程中接触压力和分离力的数学模型并绘制拟合曲线。

5、将得到的数学关系模型导入不同环境温度下的电连接器接触压力测量装置中的显示与操控系统中。

6、将整个测量装置放置于工作台上，将插针件与插孔件分别固定在插针件夹具和插孔件夹具中，调整定位与夹紧装置将插孔件与插针件在竖直方向上同轴对齐。所述定位与夹紧装置安装在上下运动装置上方，由运动控制系统控制上下运动装置的上下运动。

7、调整上下移动装置和螺旋调整装置将插针件和插孔件移动到加热装置中并且使两者相距5～10mm。所述加热装置可以加热到的温度范围在0℃～600℃。

8、在显示与操控系统界面设置加热装置所要达到测量接触件接触压力的环境温度(例如200℃)，设置接上下运动装置移动的速度和位移参数。

9、待加热装置达到指定温度(例如200℃)后，由显示与操控系统操控运动控制系统使上下运动装置向上缓慢移动到指定的位移量完成插针件与插孔件的插合动作，动作完成后控制上下运动装向下运动使接触件逐渐分离，同时测力装置测出接触件分离过程的接触压力并显示在显示与操控系统的界面上。

附图说明

图1为本发明所述的测量方法流程图。

图2为本发明所述测量不同环境温度下电连接器接触压力的示意图。

图3为本发明所述加热装置端面示意图。

图4、图5为本发明所述不同环境温度下分离力随时间变化的拟合曲线。

图中：1.运动控制系统，2.上下运动装置，3.定位与夹紧装置，4.隔热杆夹具1#，5.下隔热杆，6.加热装置，7.加热装置固定架，8.测力装置，9.隔热杆夹具2#，10.螺旋调整装置，11.固定杆，12.上隔热杆，13.插针件夹具，14.插针件，15.插孔件，16.插孔件夹具，17.显示与操控系统，18.工作台，19.支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例：结合附图，一种测量不同环境温度下电连接器接触件接触压力方法，实施步骤如下：

(1)、选取YF系列耐高温电连接器接触件(插针件和插孔件)，根据其外形尺寸利用ANSYS Workbench有限元仿真软件Geometry中的Design Modeler建立电连接器接触件插和接触状态时的三维仿真分析模型。

(2)、利用Static-Structural分析模块进行不同环境温度下的接触件插拔过程的接触仿真分析。在Engineering Data中设置材料参数，插孔件：材料为QBe2，密度8.23g/cm³性模量为128GPa，泊松比为0.35；插针件：材料为H62，密度8.43g/cm³，弹性模量为100MPa，泊松比为0.33。

(3)、在Mechanical界面中添加材料属性，定义接触属性：设置接触类型为摩擦接触，摩擦系数设置为0.2，设置接触行为是非对称接触，选择增强的拉格朗日算法，接触刚度设置为0.02，其它参数选择程序控制；划分网格：插针单元尺寸选择0.2mm，插孔单元尺寸选择0.15mm，并对实际接触部位进行局部细化；设置求解控制并施加边界条件：分析过程设置两个载荷步，第一个载荷步为插针插入插孔过程，设定时间为1秒，第二个载荷步为插针拔出插孔过程，设定时间为2秒，每个载荷步的子步数为20步。在插孔底部施加固定约束，在插针底面施加位移3.5mm，在接触对上施加环境温度为100℃。

(4)、在施加的载荷和边界条件相同的情况下第一次仿真分析设置环境温度100℃，第二次仿真分析设置环境温度150℃，第三次仿真分析设置环境温度200℃，以此类推第10次仿真分析设置环境温度550℃。

(5)、按照上述步骤(4)每次设置的环境温度运行求解，求解完成后将结果数据导入ANSYS经典界面下的通用后处理器中，提取插拔过程中每个子步的接触体的接触面所有节点受到的作用力数据，依次得出环境温度为100℃、150℃……550℃下分离力与时间的关系数据及曲线，不同环境温度下接触件分离力随时间变化的拟合曲线如图4与图5所示，接触件从插合状态到完全分离，此过程中的分离力从稳定值逐渐增大到最大之后在逐渐减小为零。

(6)、将上述步骤(5)得到的关系数据及曲线导入Mathematica中，并利用Mathematica的曲线拟合命令和接触压力和分离力的数学关系，将电连接器接触件插拔过程中的分离力作为X值，接触压力作为Y值，分别建立100℃、150℃……550℃温度下的电连接器接触件插拔过程中接触压力和分离力的数学模型，并将其导入显示与操控系统17中。

(7)、选取YF系列电连接器接触件一对即：一个插针件14和一个插孔件15。

(8)、将电连接器接触件分别安装于插针件夹具13和插孔件夹具16中，调整定位与加紧装置3使插针件14与插孔件15在竖直方向同轴对齐。

(9)、调节运动控制系统1和螺旋调整装置10使插针件14与插孔件15移动到加热装置6的中心部分并且使两个接触件相距3mm。

(10)、在显示与操控系统17界面设置加热装置6要加热达到的温度为200℃，上下运动装置3的移动量程6.5mm，移动速度0.3mm/s。

(11)、待电加热装置6加热到200℃后由显示与操控系统17操控运动控制系统1使上下运动装置2向上缓慢移动6.5mm完成插针件14与插孔件15的插合动作，动作完成后控制上下运动装2向下运动使接触件逐渐分离，同时测力装置8测出接触件分离过程的接触压力并显示在显示与操控系统17的界面上。本次测得接触压力1.92N。