CN117080829B - 一种基于应力分散的直插式数据线制造方法及数据线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，包括：S1，确定数据线导体的阻值；S2，确定数据线导体的面积参数；S3，确定连接器的外观；S4，制造数据线。本发明同时还提供了一种数据线。
Description
技术领域
本发明涉及数据线制造的技术领域，具体为一种基于应力分散的直插式数据线制造方法及数据线。
背景技术
数据线作为连接设备之间的物理媒介，用于传输数据。数据线可以传输数字信号，从简单的文本和图像到复杂的音频、视频和网络数据。无论是计算机、手机、摄像头还是其他智能设备，数据线都是将数据从一个设备传输到另一个设备的主要通信通道。
随着数据线连接的设备越来越轻薄，对数据线的尺寸也提出了更高的要求，小型化、轻薄、轻便成了数据线的发展方向，这些适应性的要求和发展都导致数据线容易因为弯曲、扭曲等而损坏。
应力分散是一种工程设计原则，旨在在材料或结构中分散外部加载引起的应力，从而降低应力集中的程度，提高材料或结构的耐久性和稳定性。应力集中往往会导致材料的疲劳、断裂和损坏，因此在设计中采取应力分散措施可以减轻这些问题。通过应力分散可以减少因应力集中对数据线造成的断裂或连接器损坏，尤其是对直插式的数据线可以降低连接器的磨损、脱落和损坏的风险，减少因应力集中引起的信号干扰，从而保持信号质量。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的第一方面提供了一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，根据数据线中充电功率、额定电流、长度的要求，以及数据线的导体材料电阻率，通过圆滑过渡的连接器增加数据线在连接器附近的曲率半径、在连接器和连接线交汇处采用柔性弯曲护套、多段外绝缘层的方法制造数据线，减少数据线有平均应力、法向应力分布、最大剪应力、应力集中系数，减少因应力集中对数据线造成的断裂或连接器损坏。
为实现上述目的，本发明的第一个方面，提供了一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，包括：
S1，确定数据线导体的阻值；
S2，确定数据线导体的面积参数；
此步骤还包括：
步骤S21，根据以下公式，计算得到数据线导体在连接器附近的曲率半径：
r＝kdeq
步骤S22，根据以下公式计算连接器的支撑横截面积：
S3，确定连接器的外观；
S4，制造数据线；
其中，r是数据线导体在连接器附近的曲率半径，
k是圆滑过渡系数，
deq是单个数据线导体的等效直径，
Amin是连接器的支撑横截面积，
Fmin是数据线的拔出力下限，
σ是数据线的最小应力，
A是数据线导体的横截面积。
可选的，所述步骤S1，还包括：
步骤S11，根据以下公式计算得到数据线导体的阻值：
其中，P为数据线的充电功率，I为数据线的额定电流，R为数据线导体的阻值。
可选的，所述步骤S21，还包括：
步骤S211，确定数据线导体的横截面积；
步骤S212，确定单个数据线导体的等效横截面积；
步骤S213，确定单个数据线导体的等效直径。
可选的，所述步骤S211，还包括：
步骤S2111，根据以下公式计算数据线导体的横截面积：
其中，A为数据线导体的横截面积，ρ为数据线导体的电阻率，L为数据线的长度，I为数据线的额定电流，P为数据线的充电功率。
可选的，所述步骤S212，还包括：
步骤S2121，根据以下公式计算单个数据线导体的等效横截面积：
其中，Aeq为单个数据线导体的等效横截面积，n为单个数据线导体的个数。
可选的，所述步骤S213还包括：
步骤S2131，根据以下公式计算单个数据线导体的等效直径：
其中，deq为单个数据线导体的等效直径。
可选的，所述步骤S22还包括：
步骤S221，根据以下公式计算数据线的平均应力：
步骤S222，根据以下公式计算数据线的法向应力分布：
步骤S223，根据以下公式计算得到数据线的最大剪应力：
步骤S224，根据以下公式计算满足数据线的平均应力要求所需的连接器的支撑横截面积：
Amin1＝Atotal1-A
步骤S225，根据以下公式计算满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器的支撑横截面积：
Amin2＝Atotal2-A
步骤S226，根据以下公式计算满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器的支撑横截面积：
Amin3＝Atotal3-A
步骤S227，根据以下公式计算得到数据线的最小应力：
其中，σavg是数据线的平均应力，
Fmin是数据线的拔出力下限，
Atotal1是满足数据线的平均应力要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积，
σnormal是数据线的法向应力分布，
Atotal2是满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积，
Tmax是数据线的最大剪应力，
Atotal3是满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积，
Amin1是满足数据线的平均应力要求所需的连接器的支撑横截面积，
Amin2是满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器的支撑横截面积，
Amin3是满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器的支撑横截面积，
σ是数据线的最小应力，
是数据线的平均应力阈值上限，
是数据线的法向应力分布阈值上限，
是数据线的最大剪应力阈值上限。
可选的，所述步骤S3，包括：
步骤S31，确定连接器的外观参数；
步骤S32，改变连接器应力分布。
可选的，所述步骤S4还包括：
步骤S41，准备数据线；
步骤S42，连接连接器内的金属引脚；
步骤S43，固定弯曲保护套。
本发明的第二个方面，提供了一种数据线，采用如上所述的方法制得。
本发明提供的一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，根据数据线中充电功率、额定电流、长度的要求，以及数据线的导体材料电阻率，通过圆滑过渡的连接器增加数据线在连接器附近的曲率半径、在连接器和连接线交汇处采用柔性弯曲护套、多段外绝缘层的方法制造数据线，减少数据线有平均应力、法向应力分布、最大剪应力、应力集中系数，能有效减少因应力集中对数据线造成的断裂或连接器损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种基于应力分散的直插式数据线制造方法流程图；
图2为本发明提出的一种数据线的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
可选的，本发明所指的数据线包括数据线导体，其两端设有连接器，用于支撑数据线导体与外部设备的连接，数据线导体可能包括一个或一个以上的单个数据线导体，当数据线导体包括有多个单个数据线导体时，数据线导体的外部还可设置外部绝缘层，用于绝缘和将多个单个数据线导体包裹在一起。
请参阅图1，本发明的第一方面，提供了一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，包括：
S1，确定数据线导体的阻值；
可选的，此步骤还包括：
步骤S11，根据数据线的充电功率和和数据线的额定电流的要求，按以下公式计算得到数据线导体的阻值：
其中，P为数据线的充电功率，单位为瓦特(w)，I为数据线的额定电流，单位为安培(A)，R为数据线导体的阻值，单位是欧姆(Ω)。
为了便于理解本发明，本发明中以数据线导体的材质是铜为例进行具体说明，当然，数据线导体的材质包括铜但不限于铜。
具体的，P设为120w,I设为5A，代入上述步骤S11，计算得到数据线导体的阻值：
S2，确定数据线导体的面积参数；
可选的，此步骤还包括：
步骤S21，根据以下公式，计算得到数据线导体在连接器附近的曲率半径
r＝kdeq
其中，r是数据线导体在连接器附近的曲率半径，
k是圆滑过渡系数，根据数据线导体的材料特性、使用频率来确定，且2≤k≤4，一般情况下，导体材料韧性差使用频率高k取值接近或等于4，反之取值接近或等于2，
deq为单个数据线导体的等效直径。
可选的，还此步骤还包括：
步骤S211，根据数据线导体的阻值、数据线的长度要求、数据线导体的电阻率，确定数据线导体的横截面积；
可选的，此步骤包括：
步骤S2111，根据以下公式计算数据线导体的横截面积：
其中，A为数据线导体的横截面积，单位是平方米(m2)；
ρ为数据线导体的电阻率，单位是是欧姆·米(Ω·m)，该数值由数据线导体的材料确定；
L为数据线的长度，单位是米(m)，
I是数据线的额定电流，
P是数据线的充电功率。
具体的，以铜为例，铜的电阻率为1.68×10-8Ω·m，数据线长度设为1m，代入上述步骤S2111，得到数据线导体的横截面积为：
步骤S212，确定单个数据线导体的等效横截面积；
可选的，单个数据线导体一般是由多个直径细小的导线组成的，每个导线都有自己的直径和电阻，这种结构使得数据线导体相对柔软，有更好的柔性和弯曲性能。
可选的，根据数据线导体材料的硬度特点，可选取数据线导体包括单个或多个单个数据线导体。
可选的，在此步骤中，根据数据线导体包括的单个数据线导体的个数，及数据线导体的横截面积，即可确定单个数据线导体的等效横截面积。
可选的，此步骤还包括：
步骤S2121，根据以下公式计算单个数据线导体的等效横截面积：
其中，Aeq为单个数据线导体的等效横截面积，n为数据线导体包括的单个数据线导体的个数。
具体的，n取值4，代入上述步骤S2121，得到单个数据线导体的等效横截面积为：
步骤S213，确定单个数据线导体的等效直径。
可选的，此步骤还包括：
步骤S2131，根据以下公式计算单个数据线导体的等效直径：
其中，deq为单个数据线导体的等效直径。
具体的，将上述计算得到的单个数据线导体的等效横截面积代入步骤S2131计算得到单个数据线导体的等效直径为：
可选的，设定圆滑过渡系数k＝4，将上述计算结果代入步骤S21，得到数据线导体在连接器附近的曲率半径：
r＝kdeq＝4×3.34×10-5＝1.37×10-4
步骤S22，根据以下公式计算连接器的支撑横截面积：
其中，Amin是连接器的支撑横截面积，Fmin是数据线的拔出力下限，可以根据实际需求进行设定，σ是数据线的最小应力，A是数据线导体的横截面积。
可选的，此步骤还包括：
步骤S221，根据以下公式计算数据线的平均应力：
其中，σavg是数据线的平均应力，Fmin是数据线的拔出力下限，Atotal1是满足数据线的平均应力要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积。
步骤S222，根据以下公式计算数据线的法向应力分布：
其中，σnormal是数据线的法向应力分布，Atotal2是满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积。
步骤S223，根据以下公式计算得到数据线的最大剪应力：
其中，Tmax是数据线的最大剪应力，Atotal3是满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积。
步骤S224，根据以下公式满足数据线的平均应力要求所需的连接器的支撑横截面积Amin1：
Amin1＝Atotal1-A
步骤S225，根据以下公式计算满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器的支撑横截面积Amin2：
Amin2＝Atotal2-A
步骤S226，根据以下公式计算满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器的支撑横截面积Amin3：
Amin3＝Atotal3-A
可选的，增加满足数据线的平均应力要求所需的连接器的支撑横截面积Amin1可以减少数据线的平均应力σavg；增加满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器的支撑横截面积Amin2可以减少数据线的法向应力分布σnormal；增加满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器的支撑横截面积Amin3可以减少数据线的最大剪应力Tmax。
步骤S227，根据以下公式计算得到数据线的最小应力：
其中，σ是数据线的最小应力，是数据线的平均应力阈值上限，可以根据实际需求进行设定，/>是数据线的法向应力分布阈值上限，可以根据实际需求进行设定，是数据线的最大剪应力阈值上限，可以根据实际需求进行设定。
可选的，根据σavg、σnormal、Tmax与Fmin的负相关系，在Fmin的值一定时，σavg、σnormal、Tmax中在最小的应力需求对应的连接器的支撑横截面积满足要求时，其他应力也满足要求。
具体的，根据直插式数据线的拔出力下限通常需要约8～10牛顿的力(约0.8～1公斤)取Fmin＝8N，以及数据线的平均应力阈值上限数据线的法向应力分布阈值上限/>数据线的最大剪应力阈值上限/>和数据线导体的横截面积A＝3.5×10-9m2，将这些参数值带入上述步骤S227，计算得到数据线的最小应力σ：
进一步的，将这些参数值带入上述步骤S22，计算得到连接器的支撑横截面积取值范围为：
可选的，σ为最小应力取平均应力阈值上限法向应力分布阈值上限/>和最大剪应力的阈值上限/>中的最小值，则可设定Amin≥7.65×10-7(m2)。
S3，确定连接器的外观；
可选的，此步骤还包括：
步骤S31，确定连接器的外观参数；
可选的，请一并参阅图2，连接器与数据线导体交界处为扁平鼔形，其中鼔形两侧的圆滑过渡圆弧的曲率半径为r，连接器的支撑横截面积为Amin。
步骤S32，改变连接器应力分布；
可选的，具体为优化连接器几何结构，在连接器的中部添加圆孔或缺口。
S4，制造数据线；
可选的，此步骤还包括：
步骤S41，准备数据线；
具体的，可按照数据线长度L，数据线导体的电阻率ρ，单个数据线导体的个数n，单个数据线导体的等效横截面积Aeq选取数据线导体，单个数据线导体的外部为导体绝缘层，数据线导体的外部为外部绝缘层，在数据线导体两端的外部绝缘层外还分别设有弯曲保护套，用于包覆连接器和数据线导体的交界处。
可选的，在弯曲保护套和外部绝缘层间还设有支撑件，用于增强弯曲保护套的防护作用。
步骤S42，连接连接器内的金属引脚；
具体的，n个单个数据线导体平均分成两部份分别通过连接器两侧的圆滑过渡再连接至连接器内的金属引脚,然后依次将连接器内的金属引脚与单个数据线导体进行电气连接。
步骤S43，固定弯曲保护套。
具体的，移动弯曲保护套包覆连接器和数据线的交界处后，固定弯曲保护套。
本发明的第二个方面，提供了一种数据线，采用如上所述的方法制得。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，其特征在于，包括：
S1，确定数据线导体的阻值；
S2，确定数据线导体的面积参数；
此步骤还包括：
步骤S21，根据以下公式，计算得到数据线导体在连接器附近的曲率半径：
步骤S21，还包括：
步骤S211，确定数据线导体的横截面积；
步骤S211，还包括：
步骤S2111，根据以下公式计算数据线导体的横截面积：
步骤S212，确定单个数据线导体的等效横截面积；
步骤S212，还包括：
步骤S2121，根据以下公式计算单个数据线导体的等效横截面积：
步骤S213，确定单个数据线导体的等效直径；
步骤S213，还包括：
步骤S2131，根据以下公式计算单个数据线导体的等效直径：
步骤S22，根据以下公式计算连接器的支撑横截面积：
步骤S22，还包括：
步骤S221，根据以下公式计算数据线的平均应力：
步骤S222，根据以下公式计算数据线的法向应力分布：
步骤S223，根据以下公式计算得到数据线的最大剪应力：
步骤S224，根据以下公式计算满足数据线的平均应力要求所需的连接器的支撑横截面积：
步骤S225，根据以下公式计算满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器的支撑横截面积：
步骤S226，根据以下公式计算满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器的支撑横截面积：
步骤S227，根据以下公式计算得到数据线的最小应力：
S3，确定连接器的外观；
S4，制造数据线；
其中，是数据线导体在连接器附近的曲率半径，/>是圆滑过渡系数，/>是单个数据线导体的等效直径，/>为数据线导体的横截面积，/>为数据线导体的电阻率，/>为数据线的长度，/>为数据线的额定电流，/>为数据线的充电功率，/>为单个数据线导体的等效横截面积，/>为单个数据线导体的个数，/>是连接器的支撑横截面积，/>是数据线的拔出力下限，/>是数据线的最小应力，/>是数据线的平均应力，/>是满足数据线的平均应力要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积，/>是数据线的法向应力分布，/>是满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积，/>是数据线的最大剪应力，/>是满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器与数据线导体连接部的横截面积，/>是满足数据线的平均应力要求所需的连接器的支撑横截面积，/>是满足数据线的法向应力分布要求所需的连接器的支撑横截面积，是满足数据线的最大剪应力要求所需的连接器的支撑横截面积， />是数据线的平均应力阈值上限，/>是数据线的法向应力分布阈值上限，/>是数据线的最大剪应力阈值上限。
2.根据权利要求1所述的一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，其特征在于，所述步骤S1，还包括：
步骤S11，根据以下公式计算得到数据线导体的阻值：
其中，为数据线导体的阻值。
3.根据权利要求1所述的一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：
步骤S31，确定连接器的外观参数；
步骤S32，改变连接器应力分布。
4.根据权利要求1所述的一种基于应力分散的直插式数据线制造方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：
步骤S41，准备数据线；
步骤S42，连接连接器内的金属引脚；
步骤S43，固定弯曲保护套。
5.一种数据线，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项权利要求所述的方法制得。
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