CN109583053B - 一种y2型电连接器内部温度测试方法 - Google Patents

一种y2型电连接器内部温度测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Y2型电连接器内部温度测试方法，步骤如下：(1)应用三维CAD设计软件建立Y2型电连接器三维模型，将其导入有限元分析软件平台中，设置装配体与接触域；(2)计算并添加内部热生成率，完成有限元热分析，得出Y2型电连接器内部温度的仿真值T1；(3)进行温度试验，确定仿真值T1的修正系数a，其内部温度的测试值T2＝aT1；通过以上步骤，本发明达到了实时测试Y2型电连接器内部温度的效果，解决了电连接器内部温度难以测量的实际问题，同时也为其他型号的电连接器内部温度测试提供方法；本发明为军用电连接器提供温度预测，对Y2型电连接器的应用发展起到推动作用，能进行温度的实时监控，具有重要的军事应用价值和社会经济效益。

Description

一种Y2型电连接器内部温度测试方法
技术领域
本发明涉及一种Y2型电连接器内部温度测试方法，属于电子元件测试领域。
背景技术
电连接器是一种用于实现电信号的传输和控制，实现不同设备之间的电连接的基础元件。可以快速方便的实现电气、电子系统、器件等的接通与断开。在汽车、工业设备、航天等领域，电连接器均有广泛应用。电连接器的可靠性对于航天、航空系统的正常运转起着非常重要的作用。
通过对电连接器进行一系列相关分析，得出温度是失效的主要因素。其中包含产品工艺性分析、设计关键件特性分析、薄弱环节的识别、关键失效因素的分析。
(1)产品工艺性分析
电连接器的零件可分成四大类：接触件为第一类，包括插针和插孔；绝缘件为第二类，如针/孔面板、针/孔盖板、密封座绝缘体、活动层绝缘体等；壳体类为第三类，包括插头壳体、插座壳体、尾罩等；第四类为五金件类，如大、小导柱、弹簧、大小顶套、接地簧片等。
第一类接触件类，在插针等接触件的研制生产过程中，借用了航天某厂已定型产品接触件，为保证插针的插合部位尺寸及轴向定位精度，零件采用数控纵切机床进行加工，可获得良好的一致性，且效率较高。其中插针针头直径成型工艺——插针自动车加工工艺被确定为产品的关键工艺。插针表面处理采用成熟的镀金处理工艺，表面处理后对关键尺寸进行100％检验，以确保插针使用时能可靠接触，保证产品电接触性能的稳定。
第二类绝缘体零件材料方面选用了FX-502，FX-502材料具有良好的流动性、绝缘性，以及强度高，耐腐蚀性强的优点。通过挤胶模具压制成型，既提高产品的加工效率，又提高绝缘体零件尺寸的一致性，有效地保证各接触件装配后的位置，以保证产品达到设计要求和实现批生产要求。挤压出来的零件经严格检验，各尺寸、形位、外观均达设计要求。产品装配后，绝缘电阻、耐电压等性能均满足要求。密封圈、密封垫采用硅橡胶G100材料，具有优良的耐油性、耐化学溶剂性能、高的机械强度和弹性、绝缘性能优异、优良的耐高温辐照性能和使用温度范围广。
第三类壳体类零件是连接器的整个骨架，采用铝合金材料。壳体类零件加工是圆形分离脱落电连接器加工工作量最大的部分，也是电连接器实现其耐环境指标的重要部分。对于壳体类零件加工的重点是接触簧片安装槽的加工，要保证接触簧片安装槽尺寸、位置的精确度。因此加工工艺设计在加工中心完成壳体类零件的加工。
第四类零件五金件类，像大、小导柱、顶套等零件都可以采用成熟工艺和通用设备进行加工，完全可以满足产品设计要求。
产品零件加工工艺主要有绝缘件的精密压制成型工艺、橡胶件的精密压制成型工艺、壳体零件的精密机加工艺和壳体件的电镀工艺。
产品的装配工艺主要包括：金属件和非金属件的清洗、涂覆处理、打印标记、1553B总线连接器装配、产品部件的组装、机械性能、电性能检测等。其中插头连接机构的组装是装配工艺中的重点工艺。
(2)设计关键件特性分析
电连接器的关键件为插针和插孔。接触件(插针、插孔)要求具有接触可靠、插拔力稳定、导电性好、耐磨性好、抗疲劳性好等特点。该部件失效会影响电接触失效，而直接引起失效的原因，如刚性插针直径小、插孔内径大导致无插拔力或插拔力太小。因此插针针头直径成型工艺——插针自动车加工工艺与插孔收口为加工生产中的关键工艺。
(3)薄弱环节的识别
对航天某厂进行调研，在半年的Y2型产品生产过程中对收口后的零件进行100％筛选，将不合格的零件剔除，统计发现单个批次的报废量为10％。收口工艺后，在测量时发现其分离力存在很大的离散性。导致分离力不稳定的原因有很多，主要有插孔的内外尺寸一致性，缩口模的精度以及收口工艺的稳定性等。收口后由插孔的压痕深浅、位置可以观察到，插孔的压痕有的过深、有的过浅，有的插孔压痕与插孔切槽的方向不一致，有的压痕发生偏移等问题，收口模在使用过程中紧固螺容易松动、收口模本身存在一定的不稳定性，定位装置不精确等众多因素导致收口后插孔接触件分离力过大或过小。
结合产品工艺特性的分析以及设计关键特性的分析，认定收口工艺为Y2型电连接器的薄弱环节，对于收口工艺，收口量过小可能使插孔松弛，接触不良而导致接触失效，收口量过大可能使集基体或者镀层产生裂纹，甚至脱落，可能引起绝缘失效。
(4)关键失效因素的分析
利用故障树对电连接器进行定性分析，可以发现接触失效是电连接器一个很重要的失效模式，接触可靠性直接决定了信号与电能能否传输到位，其对设备或系统的安全有着重要的影响。如果接触发生故障，可能导致断电、信号传输失败，甚至影响整个系统的正常运行。保证电连接器的接触可靠性问题越来越受到研究者的重视，保证宇航电连接器的接触可靠性，才能保证信号、电能有效的进行传输；绝缘失效是电连接器的另一个主要失效形式。在恶劣的宇航环境下，电子设备经常会面临高温、高湿和高盐雾等各种特殊使用条件。金属多余物、焊剂等污染、受潮、过压击穿、绝缘电阻低等绝缘不良的现象，都对宇航用电连接器的绝缘电阻造成很大的影响，导致信号传输的畸变，甚至可能导致失真，影响电连接器的绝缘可靠性。
由上述对电连接器故障树以及失效表现形式分析，可以得出，在一般的工作环境下，电连接器的主要失效模式为接触失效。而导致接触失效的主要因素是温度，温度对电连接器工作寿命影响最大。这是因为温度决定了电连接器表面膜层的反应速率，使得镀层接触状态会发生改变，而且，高温环境下插孔容易产生蠕变，引起接触压力不足，最终出现接触失效。温度的升高还可以促进氧化反应的速率，加速其生长，使得在振动条件下微动磨损产生了更多的费屑，加速了电连接器的接触失效。同时，绝缘失效是电连接器的另一主要失效形式。插针插孔镀层起泡脱落是导致绝缘失效的最主要原因，而高温是导致镀层起泡脱落的最主要因素。因此，需要对电连接器内部耐高温性能有一个准确的预计，以防电连接器在工作时由于温度过高导致失效。
鉴于此，本发明结合三维建模和有限元仿真技术，从仿真分析、试验验证两方面综合研究电连接器的内部温度分布规律，最终形成一套电连接器内部温度测试方法，解决电连接器内部温度难以准确测量的问题。
发明内容
1)发明目的
本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种Y2型电连接器内部温度测试方法，解决由于内部温度变化而导致电连接器失效的问题，同时为其他型号的电连接器内部温度测试提供方法。
2)技术方案
本发明所述的一种Y2型电连接器内部温度测试方法，其步骤如下：
步骤(1)应用三维CAD设计软件(SolidWorks)建立Y2型电连接器三维模型，将其导入有限元分析软件平台(ANSYS Workbench)中，定义实体模型的各个部件的材料以及属性，设置装配体与接触域；
步骤(2)计算并添加内部热生成率
Figure BDA0001867072550000031
设置热对流环境为空气静止简化模型(Stagnant Air-Simplified Case)，完成有限元热分析，得出Y2型电连接器内部温度的仿真值T1；
步骤(3)进行温度试验，确定仿真值T1的修正系数a，其中a＝1.04，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝αT1。
其中，在步骤(1)中所述的“建立Y2型电连接器三维模型”，其作法如下：
本发明在不影响温度仿真模拟的精度要求的条件下，对其部分结构进行了一些合理的简化：
①将螺纹改成光滑曲面；
②忽略外形倒角、凸台以及其余的细节特征；
③将孔座和针座合为一体；
本发明利用SolidWorks绘制Y2型电连接器三维仿真图，本发明建立的三维模型主要包括了影响电连接器温度变化和分布的部件：接触件，绝缘体和外壳体；每个接触件形成一个单独的实体，孔座和针座可合并成绝缘体实体，孔座外壳和针座外壳合并成整个壳体；
进一步的，在步骤(1)中所述的“将其导入有限元分析软件平台(ANSYSWorkbench)中”，是指将三维模型导入ANSYS的Workbench模块中，完成各个实体之间的合并，修改ANSYS默认尺寸单位，点击生成模型按钮；本发明使用的长度尺寸单位、面积单位、体积单位分别为mm，mm2和mm3；
进一步的，在步骤(1)中所述的“定义实体模型的各个部件的材料以及属性，设置装配体与接触域”，是在稳态热分析模块中添加三种实体的材料和属性，如表1所示；应用网格划分的结构分析方法，设置其网格精度为相关性0，关联中心为高级(fine)，绝缘体的关联中心设置为中等(medium)，壳体的关联中心设置为粗糙(coarse)；将接触件与绝缘体的接触和绝缘体与壳体之间的接触都设置为绑定(bond)模式，各自模式下的导热系数和弹球区半径根据系统计算和设定，两者均设置为系统控制(Program Controlled)；
表1电连接器使用的材料及其属性
实体 材料 导热率K(W/(m·℃)) 密度(g/cm<sup>3</sup>) 比热容J/(kg·℃)
接触体 铜合金 401 8.32 385
壳体 铝合金 160 2.77 875
绝缘体 POM 0.26 1.50 1465
上列“表1”改成以叙述方式表达如下：
接触体的材料、导热率、密度和比热容分别为铜合金、401K(W/(m·℃)、8.32g/cm3和385J/(kg·℃)；壳体的材料、导热率、密度和比热容分别为铝合金、160K(W/(m·℃)、2.77g/cm3和875J/(kg·℃)；绝缘体的材料、导热率、密度和比热容分别为POM、0.26K(W/(m·℃)、1.50g/cm3和1465J/(kg·℃)。
其中，在步骤(2)中所述的“内部热生成”，是由金属电阻和接触电阻共同发热产生，其内部热生成率Qi的计算公式为：
Figure BDA0001867072550000051
其中，Qi为单位体积的热生成率，单位为W/mm3；I代表通过接触件的电流，单位为A；ρ为金属的电阻率，单位为Ω.mm2/mm，如表2所示；L为金属的长度，单位为mm；V为接触件的体积，单位为mm3；S为金属的平均横截面积，单位为mm2；
金属电阻的L、S和V的数值通过Y2型电连接器尺寸得出，接触件电阻的L、S和V的数值通过SolidWorks软件的评估功能得出。
表2不同温度下铜的电阻率
温度(℃) 电阻率(10<sup>-6</sup>Ω.mm<sup>2</sup>/mm)
0 1.65
10 1.72
20 1.78
30 1.85
35 1.88
40 1.92
50 2.00
60 2.06
70 2.12
75 2.16
80 2.19
85 2.22
90 2.26
100 2.33
>100 近似认为不变
上列“表2”改成以叙述方式表达如下：
铜的电阻率随温度升高而增大，当温度高于100℃时近似认为电阻率不变。温度在70℃、85℃、105℃和125℃时的电阻率分别为2.12*10-6Ω.mm2/mm、2.22*10-6Ω.mm2/mm、2.33*10-6Ω.mm2/mm和2.33*10-6Ω.mm2/mm。
其中，在步骤(2)中所述的“设置热对流环境为空气静止简化模型(Stagnant Air-Simplified Case)，完成有限元热分析，得出Y2型电连接器内部温度的仿真值T1”，其作法如下：金属结构的辐射散热数量级较小，对温度结果影响较小，本发明考虑电连接器绝缘体的热传导和壳体的热对流引起的散热；在ANSYS Workbench的热对流设置单元中设置对流环境为空气静止简化模型(Stagnant Air-Simplified Case)；电连接器的其他部分，在没有添加条件的情况下，系统默认为完全绝热，其温度或热量不受外界影响；
计算Y2型电连接器单位体积热生成率并导入到ANSYS中，同时根据标准《电连接器测试方法》GJB1217-2009A中规定的方法1005，设置环境温度；取通电电流大小为3A，设置电连接器工作时间2小时，运行程序，得到Y2型电连接器内部温度的仿真值T1。
其中，在步骤(3)中所述的“进行温度试验，确定仿真值T1的修正系数a，其中a＝1.04，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝aT1”，其作法如下：
设计电连接器内部温度测试系统，设计框图如图1所示；试验用HOBO UX100铂电阻温度记录仪和PT100型铂电阻测量温升，采样率为10Hz，精度为±0.1℃，数据同步上传到PC机上；设置通电电流为3A，利用高温导线与接触件相接进行通电2小时，测得温度试验值；
进一步的，步骤(3)中确定仿真值T1的修正系数a，其中a＝1.04，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝aT1。
通过以上步骤，本发明利用SolidWorks软件进行建模，再使用ANSYS有限元软件进行分析，可对工作时的Y2型电连接器进行温度仿真，达到了实时测试Y2型电连接器内部温度的效果，解决了电连接器内部温度难以测量的实际问题，同时也为其他型号的电连接器内部温度测试提供方法；本发明为军用电连接器提供工作时的温度预测，对Y2型电连接器的应用发展起到一定推动作用，可以对其进行温度的实时监控，采用合理的维护措施提高设备可靠性，具有重要的军事应用价值和明显的社会经济效益；本发明为国内其他型号电连接器内部温度测试提供新的技术与方法流程，搭建温度测试系统仿真平台，降低系统维护保障技术门槛，使电连接器的更换更精准、更高效。
3)优点及作用
1.本发明利用SolidWorks软件进行建模，再使用ANSYS有限元软件进行分析，可对工作时的Y2型电连接器进行温度仿真，一定程度上解决了实际工作中Y2型电连接器接触件温度难以准确测量的问题，可为Y2型电连接器的设计作参考，起到一定的辅助作用。
2.本发明为军用电连接器提供工作时的温度预测，对Y2型电连接器的应用发展起到一定推动作用，可以对其进行温度的实时监控，采用合理的维护措施提高设备可靠性，具有重要的军事应用价值和明显的社会经济效益。
3.本发明为国内其他型号电连接器内部温度测试提供新的技术与方法流程，搭建温度测试系统仿真平台，降低系统维护保障技术门槛，使电连接器的更换更精准、更高效。
附图说明
图1为本发明Y2型电连接器温度测试系统方案设计框图。
图2为本发明所述Y2型电连接器内部温度测试方法流程图。
图3为本发明的案例Y2型电连接器外形图。
图4(a)Y2型电连接器70℃温度试验结果。
图4(b)Y2型电连接器85℃温度试验结果。
图4(c)Y2型电连接器105℃温度试验结果。
图4(d)Y2型电连接器125℃温度试验结果。
具体实施方式
以下由特定的具体实施案例说明本发明的实施方式。
本发明所述的一种Y2型电连接器内部温度测试方法，见图2所示，其步骤如下：
步骤(1)应用三维CAD设计软件(SolidWorks)建立Y2型电连接器三维模型，将其导入有限元分析软件平台(ANSYS Workbench)中，定义实体模型的各个部件的材料以及属性，设置装配体与接触域；
步骤(2)计算并添加内部热生成率
Figure BDA0001867072550000081
设置热对流环境为空气静止简化模型(Stagnant Air-Simplified Case)，完成有限元热分析，得出Y2型电连接器内部温度的仿真值T1；
步骤(3)进行温度试验，确定仿真值T1的修正系数a，其中a＝1.04，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝aT1。
其中，在步骤(1)中所述的“建立Y2型电连接器三维模型”，本发明在不影响温度仿真模拟的精度要求的条件下，对其部分结构进行了一些合理的简化：
④将螺纹改成光滑曲面；
⑤忽略外形倒角、凸台以及其余的细节特征；
⑥将孔座和针座合为一体。
本发明利用SolidWorks绘制Y2型电连接器三维仿真图，本发明建立的三维模型主要包括了影响电连接器温度变化和分布的部件：接触件，绝缘体和外壳体。每个接触件形成一个单独的实体，孔座和针座可合并成绝缘体实体，孔座外壳和针座外壳合并成整个壳体。
进一步的，步骤(1)中将三维模型导入ANSYS的Workbench模块中，完成各个实体之间的合并，修改ANSYS默认尺寸单位，点击生成模型按钮。本发明使用的长度尺寸单位、面积单位、体积单位分别为mm，mm2和mm3。
进一步的，步骤(1)中在稳态热分析模块中添加三种实体的材料和属性，如表1所示。应用网格划分的结构分析方法，设置其网格精度为相关性0，关联中心为高级(fine)，绝缘体的关联中心设置为中等(medium)，壳体的关联中心设置为粗糙(coarse)。将接触件与绝缘体的接触和绝缘体与壳体之间的接触都设置为绑定(bond)模式，各自模式下的导热系数和弹球区半径根据系统计算和设定，两者均设置为系统控制(Program Controlled)。
表1电连接器使用的材料及其属性
实体 材料 导热率K(W/(m·℃)) 密度(g/cm<sup>3</sup>) 比热容J/(kg·℃)
接触体 铜合金 401 8.32 385
壳体 铝合金 160 2.77 875
绝缘体 POM 0.26 1.50 1465
其中，在步骤(2)中所述的“内部热生成”，是由金属电阻和接触电阻共同发热产生，计算公式为：
Figure BDA0001867072550000082
其中，Qi为单位体积的热生成率，单位为W/mm3；I代表通过接触件的电流，单位为A；ρ为金属的电阻率，单位为Ω.mm2/mm，如表2所示；L为金属的长度，单位为mm；V为接触件的体积，单位为mm3；S为金属的平均横截面积，单位为mm2；
金属电阻的L、S和V的数值通过Y2型电连接器尺寸得出，接触件电阻的L、S和V的数值通过SolidWorks软件的评估功能得出。
表2不同温度下铜的电阻率
温度(℃) 电阻率(10<sup>-6</sup>Ω.mm<sup>2</sup>/mm)
0 1.65
10 1.72
20 1.78
30 1.85
35 1.88
40 1.92
50 2.00
60 2.06
70 2.12
75 2.16
80 2.19
85 2.22
90 2.26
100 2.33
>100 近似认为不变
进一步的，步骤(2)中金属结构的辐射散热数量级较小，对温度结果影响较小，本发明考虑电连接器绝缘体的热传导和壳体的热对流引起的散热；在ANSYS Workbench的热对流设置单元中设置对流环境为空气静止简化模型(Stagnant Air-Simplified Case)；电连接器的其他部分，在没有添加条件的情况下，系统默认为完全绝热，其温度或热量不受外界影响。
计算Y2型电连接器单位体积热生成率并导入到ANSYS中，同时根据标准《电连接器测试方法》GJB1217-2009A中规定的方法1005，设置环境温度。取通电电流大小为3A，设置电连接器工作时间2h，运行程序，得到Y2型电连接器内部温度的仿真值T1。
其中，在步骤(3)中所述的“进行温度试验”，其作法如下：
设计电连接器内部温度测试系统，设计框图如图1所示。试验用HOBO UX100铂电阻温度记录仪和PT100型铂电阻测量温升，采样率为10Hz，精度为±0.1℃，数据同步上传到PC机上。设置通电电流为3A，利用高温导线与接触件相接进行通电2h，测得温度试验值。
进一步的，步骤(3)中确定仿真值T1的修正系数a，其中a＝1.04，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝aT1。
实施案例
本发明一种Y2型电连接器内部温度测试方法，如图2所示，步骤01：选用Y2型电连接器，选择的接触件数量为8芯，其为卡口式连接，能够实现快速插合和分离。对其进行外形参数和电气参数分析，外形、尺寸和装针绝缘体插合面视图如图3所示，尺寸数值如表3所示，其他具体参数如表4所示。
表3 Y2型电连接器尺寸(单位：mm)
产品芯数 A D1 M左 B D2 D3 L1 L2 L3 L4
50 36 26 M36×1 46 46 36.7 60 67 2.5 108
表4 Y2型8芯电连接器部分参数表
Figure BDA0001867072550000101
在不影响温度仿真模拟的精度要求的条件下，对Y2型电连接器部分结构进行了一些合理简化。本发明建立的三维模型主要包括了影响电连接器温度变化和分布的部件：接触件，绝缘体和外壳体。本发明根据表3和表4所提供的器件各部分尺寸，在SolidWorks软件中进行三维仿真建模型。
将三维Y2型电连接器模型导入到ANSYS Workbench模块中，完成各个实体之间的合并。修改ANSYS默认尺寸单位，点击生成模型按钮。本发明使用的长度尺寸单位、面积单位、体积单位分别为mm，mm2和mm3。
步骤02：在稳态热分析模块中添加三种实体的材料和属性，如表5所示。应用网格划分的结构分析方法，设置其网格精度为相关性0，关联中心为高级(fine)，绝缘体的关联中心设置为中等(medium)，壳体的关联中心设置为粗糙(coarse)。用检查工具来查看上述两个电连接器的倾斜度平均数都可以达到0.3，网格划分单元质量较为优秀。
表5电连接器使用的材料及其属性
实体 材料 导热率K(W/(m·℃)) 密度(g/cm<sup>3</sup>) 比热容J/(kg·℃)
接触体 铜合金 401 8.32 385
壳体 铝合金 160 2.77 875
绝缘体 POM 0.26 1.50 1465
本发明的Y2型电连接器仿真中，将接触件与绝缘体的接触和绝缘体与壳体之间的接触都设置为绑定(bond)模式，各自模式下的导热系数和弹球区半径都可以根据系统计算和设定。两者均设置为系统控制(Program Controlled)。
Y2型电连接器内部热生成由金属电阻和接触电阻共同发热产生，计算公式为
Figure BDA0001867072550000111
其中，Qi为单位体积的热生成率，单位为W/mm3；I代表通过接触件的电流，单位为A；ρ为金属的电阻率，单位为Ω；mm2/mm，如表6所示，；L为金属的长度，单位为mm；V为接触件的体积，单位为mm3；S为金属的平均横截面积，单位为mm2。金属电阻的L、S和V的数值通过Y2型电连接器尺寸得出，接触件电阻的L、S和V的数值通过SolidWorks软件的评估功能得出。
表6不同温度下铜的电阻率
温度(℃) 电阻率(10<sup>-6</sup>Ω.mm<sup>2</sup>/mm)
0 1.65
10 1.72
20 1.78
30 1.85
35 1.88
40 1.92
50 2.00
60 2.06
70 2.12
75 2.16
80 2.19
85 2.22
90 2.26
100 2.33
>100 近似认为不变
在ANSYS Workbench的热对流设置单元中设置对流环境为Stagnant Air-Simplified Case(空气静止简化模型)。在设置环境温度后，该模型会根据设置的环境温度的大小来加载对应的热对流系数。计算电连接器单位体积热生成率，如表7所示，并导入到ANSYS中，同时根据标准《电连接器测试方法》GJB1217-2009A中规定的方法1005，分别设置环境温度为70℃、85℃、105℃和125℃，取通电电流大小为3A，电连接器工作时间为2h，运行程序，得到Y2型电连接器内部温度的最高温度仿真值T1及最高温度温升值，如
表8所示。
表7电连接器单位体积热生成率变化
Figure BDA0001867072550000121
表8 Y2型电连接器温升情况
环境温度(℃) 仿真值T<sub>1</sub>(℃) 最高温温升(℃)
70 73.444 3.444
85 88.434 3.434
105 108.33 3.33
125 128.57 3.57
步骤03：设计电连接器内部温度测试系统，设计框图如图2所示。试验用电连接器Y2型电连接器，插针、插孔均为镀金件，应用HOBO UX100铂电阻温度记录仪和PT100型铂电阻测量温升，采样率为10Hz，精度为±0.1℃，数据同步上传到PC机上。设置通电电流为3A，利用高温导线与接触件相接进行通电2h。Y2型电连接器内部中心点温度在各个环境温度下的实时温度记录如图4所示。
应用线性插值法将试验数据进行系统误差校准，重复5次上述温度试验，将温度试验值取平均值，并与仿真值比较，如
表9所示。
表9仿真值最高温与试验值最高温比较
Figure BDA0001867072550000131
这8次试验中，试验值均比仿真值大4％左右，对仿真结果进行修正，确定修正系数a＝1.04，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝aT1。
本发明利用SolidWorks软件进行建模，再使用ANSYS有限元软件进行分析，可对工作时的Y2型电连接器进行温度仿真，一定程度上解决了实际工作中Y2型电连接器接触件温度难以准确测量的问题，可为Y2型电连接器的设计作参考，起到一定的辅助作用。
本发明为军用Y2型电连接器提供工作时的温度预测，对Y2型电连接器的应用发展起到一定推动作用，可以对其进行温度的实时监控，采用合理的维护措施提高设备可靠性，具有重要的军事应用价值和明显的社会经济效益。
本发明为国内其他型号电连接器内部温度测试提供新的技术与方法流程，搭建温度测试系统仿真平台，降低系统维护保障技术门槛，使电连接器的更换更精准、更高效。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于熟悉此项技术的相关人士据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所做的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种Y2型电连接器内部温度测试方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤(1)应用三维CAD设计软件即SolidWorks建立Y2型电连接器三维模型，将其导入有限元分析软件平台即ANSYS Workbench中，定义实体模型的各个部件的材料以及属性，设置装配体与接触域；
步骤(2)计算并添加内部热生成率
Figure FDA0003636096290000011
设置热对流环境为空气静止简化模型即Stagnant Air-Simplified Case，完成有限元热分析，得出Y2型电连接器内部温度的仿真值T1；
其中，Qi为单位体积的热生成率，单位为W/mm3；I代表通过接触件的电流，单位为A；ρ为金属的电阻率，单位为Ω.mm2/mm，不同温度下铜的电阻率如下所述：铜的电阻率随温度升高而增大，当温度高于100℃时认为电阻率不变；温度在70℃、85℃、105℃和125℃时的电阻率分别为2.12*10-6Ω.mm2/mm、2.22*10-6Ω.mm2/mm、2.33*10-6Ω.mm2/mm和2.33*10-6Ω.mm2/mm；
L为金属的长度，单位为mm；V为接触件的体积，单位为mm3；S为金属的平均横截面积，单位为mm2；金属电阻的L、S和V的数值通过Y2型电连接器尺寸得出，接触件电阻的L、S和V的数值通过SolidWorks软件的评估功能得出；
步骤(3)进行温度试验，确定仿真值T1的修正系数a，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝αT1。
2.根据权利要求1所述的一种Y2型电连接器内部温度测试方法，其特征在于：在步骤(1)中所述的“建立Y2型电连接器三维模型”，其作法如下：
在不影响温度仿真模拟的精度要求的条件下，对其部分结构进行了一些合理的简化：
①将螺纹改成光滑曲面；
②忽略外形倒角、凸台以及其余的细节特征；
③将孔座和针座合为一体；
利用SolidWorks绘制Y2型电连接器三维仿真图，建立的三维模型包括了影响电连接器温度变化和分布的部件：接触件，绝缘体和外壳体；每个接触件形成一个单独的实体，孔座和针座合并成绝缘体实体，孔座外壳和针座外壳合并成整个壳体；
在步骤(1)中所述的“将其导入有限元分析软件平台即ANSYS Workbench中”，是指将三维模型导入ANSYS的Workbench模块中，完成各个实体之间的合并，修改ANSYS默认尺寸单位，点击生成模型按钮；使用的长度尺寸单位、面积单位、体积单位分别为mm，mm2和mm3；
在步骤(1)中所述的“定义实体模型的各个部件的材料以及属性，设置装配体与接触域”，是在稳态热分析模块中添加三种实体的材料和属性，有关电连接器使用的材料及其属性如下所述：接触体的材料、导热率、密度和比热容分别为铜合金、401KW/m·℃、8.32g/cm3和385J/kg·℃；壳体的材料、导热率、密度和比热容分别为铝合金、160KW/m·℃、2.77g/cm3和875J/kg·℃；绝缘体的材料、导热率、密度和比热容分别为POM、0.26KW/m·℃、1.50g/cm3和1465J/kg·℃；
应用网格划分的结构分析方法，设置其网格精度为相关性0，关联中心为高级即fine，绝缘体的关联中心设置为中等即medium，壳体的关联中心设置为粗糙即coarse；将接触件与绝缘体的接触和绝缘体与壳体之间的接触都设置为绑定即bond模式，各自模式下的导热系数和弹球区半径根据系统计算和设定，两者均设置为系统控制即Program Controlled。
3.根据权利要求1所述的一种Y2型电连接器内部温度测试方法，其特征在于：在步骤(2)中所述的“设置热对流环境为空气静止简化模型即Stagnant Air-Simplified Case，完成有限元热分析，得出Y2型电连接器内部温度的仿真值T1”，其作法如下：金属结构的辐射散热数量级小，对温度结果影响小，考虑电连接器绝缘体的热传导和壳体的热对流引起的散热；在ANSYS Workbench的热对流设置单元中设置对流环境为空气静止简化模型即Stagnant Air-Simplified Case；电连接器的其他部分，在没有添加条件的情况下，系统默认为完全绝热，其温度及热量不受外界影响；
计算Y2型电连接器单位体积热生成率并导入到ANSYS中，同时根据标准《电连接器测试方法》GJB1217-2009A中规定的方法1005，设置环境温度；取通电电流大小为3A，设置电连接器工作时间2小时，运行程序，得到Y2型电连接器内部温度的仿真值T1。
4.根据权利要求1所述的一种Y2型电连接器内部温度测试方法，其特征在于：在步骤(3)中所述的“进行温度试验，确定仿真值T1的修正系数a，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝αT1”，其作法如下：
设计电连接器内部温度测试系统，试验用HOBO UX100铂电阻温度记录仪和PT100型铂电阻测量温升，采样率为10Hz，精度为±0.1℃，数据同步上传到PC机上；设置通电电流为3A，利用高温导线与接触件相接进行通电2小时，测得温度试验值；
步骤(3)中确定仿真值T1的修正系数a，Y2型电连接器内部温度的测试值T2＝αT1。
5.根据权利要求1所述的一种Y2型电连接器内部温度测试方法，其特征在于：其仿真值T1的修正系数a＝1.04。
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