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仿真技术在连接器设计中的应用
2020-01-13 11:52:39 阅读

采用有限元方法,借助计算机软件solidwork对连接器进行3D建模,将连接器部件3D模型进行有限元模型分析,对进行屈服力的计算及其材料进行应力应变分析,为连接器设计提供了力学理论依据。
 
连接器的结构:包括连接线固定块①、连接器母端②、连接线③、连接金属端子④,连接金属端子④与连接线③铆合后,固定与连接器母端②内, 连接线③尾部与固定块①注塑固定在一起,连接器母端②的弧形面与与产品紧密连在一起。由于这种在电器设计中普遍采用,因此选取它作为研究分析对象。
 
连接器在生产注塑过程遇到以下问题:1、 连接器母端②尾部的弧形尺寸比较难控制,2、 连接器母端弧形部位在测试达到150N的力会出现断裂,3、注塑过程中弧形面经moldflow 结构计算后有0.1mm变形的趋势。对生产过程中遇到的问题进行设计改善, 针对连接器母端变形和安装面过小现象,我们通过对连接器相配合的塑胶支架进行重新设计来解决连接器弧形部位完全与支架配合问题。
 
将连接器3D模型在Solidwork中分以.stp后缀命名的文件保存,在Patran 程序的运行中选择以同样的格式导入,由于在Solidwork以mm单位设计的连接端子模型,在连接端子导入中也要规定其以mm单位作为设计长度要求。在导入前,进入preference 菜单中的 Geometry Scale Factor中设定1000.0(millimeter)作为长度单位,并选择并选择其后缀名为.stp的文件格式导入。
 
由于连接器受到的力是顶端,即连接器弧形部位轴载荷最大时,受到的载荷是静载荷。根据产品结构和组装要求, 连接器弧形部分固定,顶部受力。 外壳材料为PA66, 端子为C5191,C5191材料的弹性模量E=2.62Gpa,泊松比v=0.34,屈服强度 σb (MPa):≥69。
 
在进行有限元网格划分和材料定义时,本文有限元分析采用固体元素,考虑到连接端子的背部凸台复杂的形状及Solidwork以导入solid格式导入,网格的划分不能采用ISOmesh, 本文采用mesh/solid/Tetmesh/tet4的格式。根据设计功能需要,连接器顶部的凸台平面在使用中进行空间力的约束,根据设计要求顶部要使加不少于100N的力对连接器约束与载荷的施加力。
 
连接端子材料为PA66,弹性模量E=2.62Gpa,泊松比v=0.34。由于只进行静力分析,所以材料其它属性不代入计算分析。在Materials中输入材料的属性数值,然后在properties中为有限元模型选择建立的材料属性即可完成对连接外壳材料和分析单元属性的定义。
 
根据静力学理论分析,连接器接近弧形处的弯矩最大,属于变形危险面。通过有限元分析,连接端子部分最大应力位于弧形的外侧上,与静力分析结论较吻合。从有限元分析结果中可知,连接端子最大应力为2.7Mpa,最大位移位于弧形面,最大位移为0.047mm,有材料手册可知PA66的屈服极限是69Mpa,在外加极限载荷的情况下,考虑其它组装中插入外力载荷因素的影响,连接器的工作强度相应降低,连接器弧形部分都能满足设计要求。(世连电子)