好文档 - 专业文书写作范文服务资料分享网站

连接器手册 - 中文版 - 

天下 分享 时间: 加入收藏 我要投稿 点赞

除了上述化学膜以外,其它复合膜(特别是含水量、组织以及各种各样的其它污染物和微粒)也可能存在于金属外表。这些复合膜也可能对连接器的机械和导电性能产生很大的影响,这一点将在以后阐述。

2.2接触界面和机械性质 本部分主要讨论点接触模式决定的接触界面的机械特性,尤其是对摩擦和磨损的影响。从连接器性能的角度来看,摩擦的重要性在于它对于连接器配合力的和接触界面的机械稳定性的作用。在连接器性能显然退化之前,磨损过程将影响连接器能经历的配合周期次数。点接触模式对摩擦和磨损的作用可以由图2.6中得到解释。在图例中展示了两种点接触方式,其中a区接触时间比b区接触时间更长且经历的变形量更大。如2.2.2部分中所述,在这些条件下a区的接触面积将大于b区,也就是说a区的连接将会更比b区稳固。此时a区的剪切力(或剪切强度)也比b区大。这种变化将会影响点接触的摩擦和磨损。 为预测将会遇到的问题,摩擦和磨损是两种不同的方法,来描述点接触界面在受到压力之下的分离。接下来的讨论仅仅涉及到单一点接触模型。当然接触界面的性能将会影响多个的点接触结构以及由各个独立的点接触性能总和表现出来。此时将首先考虑摩擦作用的影响。

2.2.1 摩擦 摩擦表现为一个力量,其作用是阻止两个接触表面之间在受到剪切力的作用下沿相对的方向移动。摩擦力可以由公式2.1来确定:

Ff=μFn (2.1) 其中, Ff==摩擦力 μ==摩擦系数

Fn==维持两表面接触的力---对连接器而言是接触正压力

由Rabinowitz的理论,摩擦力可看作是分离两表面间连接的必需力量。摩擦力可以从下面公式中,由接触界面强度而进行简单的估计:

Ff=τs Ac (2.2) 其中, τs==剪切强度系数 Ac ==点接触面积

21

接触区域与硬度,H(接触高度),以及由等式(2.1)中的力Fn 有关: Ac =κH/Fn (2.3)

比例常数κ由很多参数而定,例如表面镀层的作用,润滑的状况,表面粗糙度,接触正压力以及变形的种类(弹性/塑性变形),由此,我们将公式(2.1)与公式(2.3)合并后可得到: μ=κτs/H (2.4)

如Rabinowitz 所提出的,剪切强度和硬度同样要由材料的性质来决定,因此公式(2.4)中的系数可以被看作为1的常数。

在实践中,摩擦系数是从0.05到>1不等,与理论上的偏差仅仅反映的了假设的简化模式的限制,尤其是接触总面积是金属以及表面的分离产生在原来的接触界面上。 低的摩擦系数值表明接触表面是由镀层覆盖的,其中有化学联接层(如氧化物),吸收层(如水或有机物),以及趋向于应用的润滑剂层。这些涂层对于减少这两种机械接触表面的剪切强度都是非常重要。

位于接触端的氧化层可减少金属接触面积。氧化层能支持但并不能促进机械式的金属接触。减少金属接触面积将导致剪切力的降低,其最终的结果是摩擦系数的减少。 有机涂层尤其是润滑剂,提供了在两表面间具有更低的剪切力的接触表面和inhabit金属接触层,尤其是两表面之间具有相对运动。

高的摩擦系数表明,点接触的塑性变形作用和金属性连接的产生,将会导致比基础金属材料更高的剪切强度。应用到接触界面上的剪切力将会导致在接触界面上一定距离内接触碎片的产生,此时将会导致更大的碎片接触表面积同时也将导致更的摩擦系数。使连接的碎片从原来接触表面中分离出来的可能性提供一种磨损过程的模式。

2.2.2 磨损过程 正如Bowden以及Tabor所提到的,摩擦和磨损过程要由接触表面的分布位置而定。如前现所提到的,点接触塑性变形将会由于加工时的变硬而导致接触强度的增加。除了加工变硬之外另外一机理同样很重要:也就是冷焊。冷焊与经过接触界面联接的产生有关,而此接触界面是出现在两金属表面将成为intimate接触时。 在此条件下,相同的联接机理将对金属的粘着力量起到作用。事实上冷焊界面的强度高于基础金属,这是因为变形时产生加工硬化。这种可能性对在受到剪切力作用下的接触将会产生很大的影响,也同样要对磨损机理产生影响。现在回到图2.6中的a-区域,考虑一下当给定冷焊接触界面的模式时

22

接触界面的分离怎样出现。在剪切力的作用下假定a-区经过了冷焊,将会从原来的接触表面中分离出去,导致磨损碎片的和金属转移,此时情况如图2.6中的下部所示。b -区部分具有较低的变形,因此也具有较低的冷焊时的加工硬化,也将会在原来接触表面的附近产生微小的分离,也就是说基本上没有磨损和金属转移。

前述提到的磨损过程中,a区为粘着磨损而b区为光滑磨损。粘着磨损的特性是高的摩擦系数和在两界面间出现金属转移,而光滑磨损过程是低的摩擦系数和极少的金属转移。应当注意到磨损是一个动态的作用过程,它只是当两接触表面间有相对的运动时才会产生。在此运动过程中,连接增长和prow 成形将会随着大量的接触界面的形成和分离而出现,此时的结果将是磨损过程分布在其滑动的轨迹上。粘着磨损和光滑磨损轨迹上表面分别是粗糙和光滑的,此时可从相对的金属转移量而定。

同样应当注意的是,如果a-区分离产生的转移磨损部分,将会在接触界面上产生如研磨一样的作用,这是由于它将产生的加工硬化,这里也就提到了第三个磨损机理:研磨磨损,如Antler所提到的,研磨磨损将会导致接触界面的磨损率的增加。

2.2.3表面薄膜的摩擦和磨损 表面膜对摩擦力及磨损的影响可通过分析图7加于讨论,图7大致显示了摩擦力系数的变化,μ,作为随负载变化的函数。负载变化开始及其存在的范围依赖于表面膜,构造或化学接合和表面润滑状况。摩擦系统数随负载的变化能从小于0.1到大于1.0。据等式(2.5)显示,磨损系数κ,有相同的变化趋势,但因为磨损机理的变化其变化阶数很大,例如,接合处增大与凸头的形成。

首先考虑摩擦。低负载状况下,氧化物的破损与脱落是不完全的,只有一小部分金属接触面产生及粘附,导致低摩擦系数。随负载的增加,表面变形增加,从而使表面氧化物破裂十分容易。随金属接触面的增大,摩擦系数亦跟着增加。最终,金属接触面变得很大,摩擦系数稳定下来。

相似的情况在磨损系数变化中也可以见到。磨损系数可由一简单的破损等式确定: v=κFn L/H (2.5) 此处 v==通过单程长度L的容量 H==硬度 Fn==负载

23

κ==磨损系数

在该状况下,如前面所述,磨损系数集中于破裂的连接处。低负载情况下,小接触面积及极小的冷焊导致小连接处增大及凸头形成,并伴随小的磨损在原始接触面附近发生分裂。负载超过一定范围,磨损系数依赖于两种材料特性与接触形状,通过接触增大与凸头形成,表面薄膜破裂的增加促进了冷焊的形成和导致粘附性磨损的增强。随这种磨损机理转化的产生,磨损系数便显著发生变化。变化负载也依赖于接触面的润滑状况,是因为在滑动期间润滑对接触形成动力的影响。有效的润滑可减少与摩擦系数及磨损系数二者有关的金属接触面。Antler建议,对硬金属接触面而言,由光滑磨损向粘着摩擦变化所需的负载,无润滑接触面大约需要10克力,而有润滑的接触面则超过500克力。通常金镀层电连接器的正压力范围从50克力到200克力,暗示了使用润滑可延迟粘着磨损的发生。但是,该情况并非必定出现,因为在前述期间全部接触表面形成了污染膜 。这些污染物能提供表面润滑,虽然是以污染的方式。Antler指出这些偶然被污染的接触面可承受的负载范围大致为从25克力到250克力。为确保一致的低磨损状况,有计划的润滑是有益的。接触润滑将在第三章讨论。

2.2.4 机械特性小结 接触面的机械性能,尤其是摩擦及磨损,强烈依赖于接触面粗糙微结构,因为这些粗糙微结构很小,它们在较小的负载下发生弹性形变而导致微结构接触面的工件硬化及冷焊的发生。接触点,接触点的破碎决定了接触面的摩擦系数及磨损系数。摩擦系数影响接触面的配合力和电连接器接触面的耐磨损持久性。

2.3接触面形态及电气特性 影响摩擦及磨损的相同结构及薄膜决定了接触面的电气特性。简单而言,本讨论从金属接触面开始,薄膜的影响将在后面考虑。

两个金属面接触产生一电阻,术语称之为接触面压缩电阻,压缩电阻产生的根源,如Holm所描述,是一个基本的结果并可通过图2.8加于说明,接触面接触点微结构使电流被压缩为仅从接触点通过,因而会产生“压缩电阻”这一术语。根据Holm所述,对单一接触点来说,压缩电阻由下式确定:

RC=ρ1/2α+ρ2/2α (2.6)

24

此处 ρ1与ρ2==接触材料的电阻系数 α==接触接触点的直径 如果两种材料相同,(2.6)式可简化为:

Rc=ρ/α (2.7)

应该注意的是压缩电阻是一种几何形状上的效果。这就是说,如果如2.8图所描述的几何形状是因为在实心原料上加工一细小凹槽而形成接触点,尽管没有接触面存在仍有压缩阻抗产生。流过变小了的通过面的电流的压缩是因为接触面结构的相互独立。这种接触面构造能够导致阻抗的增加超出根据式(2.7)所得出的结果,例如薄膜,但是减少压缩电阻的唯一方法是增大接触面积。

为了本讨论的目的,多个接触点及它们接触电阻的分配对总接触电阻的影响可由图2.9说明。插入的等式表明分布在同一接触面的单一接触点和多个接触点的压缩电阻依赖于其接触面的几何形状。而多点接触等式与通常接触表面更为相关: Rc=ρ/nα+ρ/D (2.8) 此处 n==接触点的个数 D==接触所分布平面的直径

该等式表示一系列宏观压缩电阻的合成决定于各个接触点的微电阻以及这些接触点所分布的接触面积。图2.10说明了这两种作用。第一条件明确了并行排列的多个接触点的阻抗。对金属导体而言,这种情况的电流压缩与接触面非常接近。第二个条件则表明了电流压缩通过分布接触面的结果。等式(2.8),可清楚表明,当接触点的接触数目非常大(数以十计)时,第二个条件尤其依赖于接触点的分布。在这些条件下,图2.9提出了一种近似的压缩电阻的第三等式。对显示的这种情况,其假定了接触点的圆形分布,分布面积(因而其直径)能够从接触材料硬度及其提供的压力中得到,结果如式(2.9)。 Rc=κρ√(H/Fn) (2.9) 此处 κ==与表面粗糙程度,接触形状及弹性形变有关的系数 H==硬度 Fn==接触正压力

2.3.1金属界面的压缩阻抗 对以上这样简单的等式的论证在插图2.11中会有所提示,从具体角度来讲,它所涉及

25

连接器手册 - 中文版 - 

除了上述化学膜以外,其它复合膜(特别是含水量、组织以及各种各样的其它污染物和微粒)也可能存在于金属外表。这些复合膜也可能对连接器的机械和导电性能产生很大的影响,这一点将在以后阐述。2.2接触界面和机械性质本部分主要讨论点接触模式决定的接触界面的机械特性,尤其是对摩擦和磨损的影响。从连接器性能的角度来看,摩擦的重要性在于它对于连接器配合力的和接触界面的机械稳定性的作
推荐度:
点击下载文档文档为doc格式
6833l0855j3blzb1bszh
领取福利

微信扫码领取福利

微信扫码分享