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连接器技术之--6.7 赫兹应力与连接器性能

连接器技术之--6.7 赫兹应力与连接器性能
           1989年，Kantner 与Hobgood 根据业界经验提出赫兹应力可以提供一与连接器性能有关的参数。Mroczkowski 与Fluss提交了对此提议的鉴定。为理解此提议与鉴定，有必要作一简单的总结。
           6.7.1赫兹应力
          1881年，赫兹提出了用于计算两接触物体接触面上应力的模型。此模型假定有如下特征﹕
         ＊光滑平面内的点接触
         ＊与表面尺寸相比，接触面可近似认为一点
         ＊弹性变形
         ＊无摩擦
        在这些假定条件下，赫兹推导出许多计算接触应力的公式，适用于多种几何形状接触表面。一简化的球面对平面公式就可满足本节讨论的需要。
        σH=[Fn＊（E/D）２ ]１／３（６.7）
       在这里，σH==赫兹应力
       Ｆn==为所施加的外力
       Ｅ==杨氏弹性模量
       Ｄ==接触区域半径
      此公式包括材料性能参数Ｅ、接触区大小参数Ｄ及接触力大小的设定参数Ｆ，上述几项都是独立变化项。连接器技术之--6.7赫兹应力与连接器性能
       6.7.2 赫兹应力的理论''有效性''
      赫兹公式用于分析弹簧的性能，并且上述的假定与此项应用有一定的关联。但对于连接器插接，情况大不相同。如**章所述，端子接触面可以被认为是宏观接触区域的许多小的接触点。假定此描述成立的说，则假定１不成立，但接触的宏观尺寸可以满足假定２。因为独立的接触点很小，它们在标准法向力情况下就产生塑性变形，因此假定３不成立。假定４也是不成立的。出现这么多理论上的间题，赫兹公式看起来好像不适用于连接器。抛开理论上的难题，只考虑其基本思想是否可以提供某些指导。Kantner与Hobgood介绍对于复数柱状端子所采用的*小赫兹应力值为150，000psi(磅/平方英寸)，此情况下，外力、连接器的典型尺寸及典型连接器材料的屈服极限都被赋予很高的值。对于高值赫兹外力(的产生)的理解存在两个方面的限制﹕较小的外力与凹凸不平的接触面几何形状，较大的外力与较平缓的接触面几何形状。考虑这两个极限是如何影响连接器的三个重要特
性参数——接触抗力、疲劳强度及抗腐蚀能力。
    ．赫兹应力与接触抗力
       假定端子接触面宏观尺寸可以被认为一独立点，则接触抗力的Holm 公式可以表示为﹕
       Ｒcontact＝ρ／ｄ（6.8）
       这里，Ｒcontact==接触抗力
       ρ==材料抗力
       d==接触区半径
       从赫兹应力观点看，d是重要的参数。用较小的外力与凹凸不平的接触面将产生''高''的接触抗力，因为接触面积相对于较小的外力会很小，同样直径相对于较小的半径会很小。相反由较大的外力对较大的接触面积将提供高应力和高应力分布区。换句话说，对于给定值的赫兹应力所产生的接触抗力的大小依靠如何得到此赫兹应力。
     ．赫兹应力与疲劳强度
        从参考文献12 中选取的图6.22对于接触疲劳强度同样适用。每一疲劳轨迹曲线都显示了相同的计算赫兹应力---115000psi，一个比*小推荐值小得多的值。很清楚，如6.5 节所讨论的，疲劳行为也依赖于接触法向力与接触面积对赫兹应力交叉影响。
       ．赫兹应力与接触腐蚀
        接触面腐蚀之接触抗力的理论分析是基于从参考文献12 中选取的图6.23。图中所示两接触面处于相同的赫兹应力下，图6.23a为较小的外力与凹凸不平的触面几何形状的情形，图6.23b 为较大的外力与较大的接触面积。原则上，由于两个原因，图6.23a中所示的接触面较图6.23b中所示的接触面更容易腐蚀。**，腐蚀性气体必须经过一段较小的距离到达接触区域。**，金属接触区域更小并且流动的更快。从上述可以看出，接触面对于腐蚀的敏感性与通过何种方式达到定值赫兹应力有关。
      ．总结．
        兹应前述的讨论揭示了赫兹应力并不是连接器性能的良好体现者，因为认识到虽然定值的赫力对于连接器的三个主要特性–接触抗力、疲劳强度及抗腐蚀能力有着显著的影响。连接器特性对于设计变量的敏感性已经在上一节的实验研究中被着重强调了。连接器技术之--6.7赫兹应力与连接器性能

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