Ngoài việc đáp ứng các yêu cầu hiệu suất chung, các đầu nối điện còn có ba yêu cầu cốt lõi quan trọng: hiệu suất tiếp xúc tuyệt vời, hoạt động ổn định và dễ bảo trì. Độ tin cậy hoạt động của chúng quyết định trực tiếp đến hoạt động bình thường của toàn bộ mạch thiết bị và liên quan đến sự an toàn của toàn bộ thiết bị chính. Do đó, các mạch điện đặt ra các tiêu chuẩn cực kỳ khắt khe về chất lượng và độ tin cậy của các đầu nối điện.
Là các thành phần bên trong cốt lõi chịu trách nhiệm về tiếp xúc điện trong các đầu nối điện, các tiếp điểm đóng vai trò quyết định đến độ tin cậy của đầu nối. Độ tin cậy của các tiếp điểm bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm thiết kế cấu trúc, công nghệ xử lý, sản xuất, quản lý sản xuất, đặc tính vật liệu thô và môi trường hoạt động.
Có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến độ tin cậy của tiếp xúc điện, chủ yếu bao gồm các đặc tính vật liệu tiếp xúc, điều kiện hoạt động, khí môi trường và các khía cạnh khác. Để đảm bảo độ tin cậy của tiếp xúc điện bằng cách phát triển các giải pháp chống lại sự cố tiếp xúc, việc nghiên cứu và phân tích cơ chế hỏng hóc của các điểm tiếp xúc là rất cần thiết. Các nghiên cứu liên quan chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực sau:
Nghiên cứu vật liệu
Tính chất của tất cả các vật liệu đều suy giảm theo thời gian. Do đó, cần ưu tiên các vật liệu hiệu suất cao có thể duy trì độ tin cậy lâu dài, tiếp theo là đánh giá môi trường sử dụng, đảm bảo vật liệu có khả năng chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Nghiên cứu về Quy trình & Sản xuất
Hiện nay, các lỗi sản xuất khá phổ biến ở các đầu nối được sản xuất trong nước tại Trung Quốc. Năng lực sản xuất không đủ tạo ra sự chênh lệch đáng kể về hiệu năng giữa các đầu nối thành phẩm thực tế và thông số kỹ thuật thiết kế lý tưởng, từ đó làm giảm độ tin cậy tổng thể.
Nghiên cứu về các yếu tố môi trường
Khi các tiếp điểm bị ăn mòn trong điều kiện khí quyển, hình dạng bề mặt của các vùng tiếp xúc sẽ thay đổi. So với trạng thái lý tưởng, tất cả các thông số liên quan đều thay đổi không chỉ theo thời gian mà còn theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Điều này làm suy giảm hiệu suất tiếp xúc điện và cuối cùng dẫn đến hỏng tiếp điểm điện.
Dựa trên ba yếu tố chính gây ra lỗi tiếp xúc điện đã đề cập ở trên, bài báo này chủ yếu thảo luận về cấu trúc, đặc điểm và quy trình thiết kế của một loại lò xo vương miện cụ thể, nhằm đạt được hiệu suất hoạt động vượt trội và ngăn ngừa lỗi tiếp xúc điện sớm.
1. Cấu trúc lò xo vương miện
Lò xo vương miện được chia thành lò xo vương miện trong và lò xo vương miện ngoài. Lò xo vương miện ngoài, còn được gọi là tiếp điểm đèn lồng, được gắn trên bề mặt hình trụ bên ngoài của chốt và tạo thành một cặp tiếp xúc với ổ cắm hình trụ, như thể hiện trong Hình 1. Lò xo vương miện trong được lắp đặt bên trong lỗ khoan bên trong của ổ cắm và tạo thành một cặp tiếp xúc với chốt hình trụ, như thể hiện trong Hình 2.
2. Đặc điểm của lò xo vương miện
Cấu trúc ổ cắm lò xo vương miện và độ tin cậy tiếp xúc
Như có thể thấy từ cấu trúc lò xo vương miện, khi sử dụng lò xo vương miện ngoài, bề mặt tiếp xúc thực tế của phần tử tiếp xúc là bề mặt hình cầu ngoài của đầu đèn, tiếp xúc với bề mặt hình trụ của ổ cắm. Đối với lò xo vương miện trong, bề mặt hình cầu trong của lò xo vương miện trong tiếp xúc với bề mặt hình trụ của chốt. Cả hai cấu hình đều có đặc điểm tiếp xúc điểm-bề mặt.
Với lực pháp tuyến, vật liệu và các thông số cấu trúc giống hệt nhau, tiếp xúc điểm-bề mặt mang lại lực cản nén và lực cản màng thấp hơn so với tiếp xúc bề mặt-bề mặt, dẫn đến lực cản tiếp xúc thực tế tương đối thấp đối với cấu trúc lò xo vương miện.
Ngoài ra, lò xo vương miện dựa vào biến dạng đàn hồi để khóa, điều này đặt ra yêu cầu độ chính xác vừa phải đối với các bộ phận tiếp xúc. Theo đó, ổ/chốt lò xo vương miện mang lại khả năng ghép nối và tách rời trơn tru, tiếp xúc ổn định và đáng tin cậy, khả năng chống rung và va đập tuyệt vời, và tuổi thọ chu kỳ ghép nối cao. So với ổ lò xo dây, chúng phù hợp hơn cho sản xuất hàng loạt và thể hiện hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng dòng điện cao, khắc phục nhược điểm về khả năng chịu tải dòng điện không đủ của ổ lò xo dây, đồng thời vẫn duy trì chi phí thấp.
Các đầu nối lò xo hình vương miện có đặc điểm là khớp và tách rời trơn tru cũng như tiếp xúc đáng tin cậy. Là một trong những phần tử tiếp xúc được sử dụng rộng rãi, chúng tạo ra lực cắm và rút thấp hơn và mang lại thao tác êm ái hơn so với các đầu nối đàn hồi có rãnh, và chủ yếu được ứng dụng trong các đầu nối điện đa lõi và mật độ cao.
Khi các chân tiếp xúc khớp với ổ cắm, lực pháp tuyến sinh ra do biến dạng đàn hồi của các vòng tiếp xúc đảm bảo sự tiếp xúc chặt chẽ giữa các vòng tiếp xúc và các chân tiếp xúc để truyền tín hiệu. Sơ đồ khớp nối giữa ổ cắm lò xo vương miện và các chân tiếp xúc đực được thể hiện trong Hình 1.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy tiếp xúc của các đầu nối điện. Hai chỉ số, đó là lực tách tiếp điểm đơn và điện trở tiếp xúc, thường được sử dụng để đánh giá độ tin cậy tiếp xúc của đầu nối.
3. Quy trình thiết kế và các điểm chính của Crown Spring
Các ổ cắm là thành phần cốt lõi thực hiện kết nối điện trong các đầu nối, và lò xo vương miện, là bộ phận quan trọng của ổ cắm (chân cắm), đóng vai trò thiết yếu. Do đó, việc lựa chọn lò xo vương miện phù hợp và thiết kế hợp lý các ổ cắm lò xo vương miện (chân cắm) là rất quan trọng để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất điện của các cặp tiếp điểm, bao gồm điện trở tiếp xúc, lực ghép nối và tăng nhiệt độ. Cần đặc biệt chú trọng đến việc lựa chọn lò xo vương miện và thiết kế các ổ cắm lò xo vương miện (chân cắm).
DQuy trình thiết kế lò xo vương miện trong và ngoài
Xác định hình dạng cấu trúc cụ thể: sử dụng lò xo vương miện bên trong hay lò xo vương miện bên ngoài. Chọn cấu trúc lò xo vương miện phù hợp theo điều kiện ứng dụng của sản phẩm để đánh giá xem lò xo vương miện bên trong hay bên ngoài đáp ứng yêu cầu tốt hơn.
Xác định đường kính của các chân hoặc ổ cắm. Chọn đường kính chân phù hợp cho cấu trúc lò xo vương miện bên trong và đường kính ổ cắm phù hợp cho cấu trúc lò xo vương miện bên ngoài dựa trên dòng tải tối đa trong quá trình hoạt động của sản phẩm.
Xác định các thông số kích thước khác. Thiết kế các kích thước còn lại của lò xo vương miện theo đường kính chốt hoặc ổ cắm.
Xác định kích thước của các bộ phận ghép nối cho lò xo vương miện. Ghép kích thước chốt với lò xo vương miện bên trong đã hoàn thiện và ghép kích thước ổ cắm với lò xo vương miện bên ngoài đã hoàn thiện.
Các điểm thiết kế chính
Việc nén một chiều lò xo vương miện sau khi lắp ghép phải được kiểm soát trong phạm vi 0,15.~0,25 mm.
Kích thước cấu trúc của lò xo vương miện ảnh hưởng trực tiếp đến lực tách của cặp tiếp xúc. Với tất cả các thông số khác không đổi, bán kính hình cầu R lớn hơn và chiều dài phần hình cầu S dài hơn của phần giữa lò xo vương miện, cũng như chiều rộng rãnh P nhỏ hơn trên phần hình cầu, sẽ làm giảm lực tách của cặp tiếp xúc tương ứng. Tuy nhiên, bán kính hình cầu R và chiều dài phần hình cầu S quá lớn, hoặc chiều rộng rãnh quá hẹp, đều không có lợi. Cần thiết kế hợp lý ba thông số này để đạt được lực tách phù hợp và khả năng chống tiếp xúc tuyệt vời. Ngoài ra, chiều rộng rãnh không được quá hẹp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc gia công khuôn và kéo dài tuổi thọ của khuôn.
Cần vẽ bản vẽ chi tiết lò xo vương miện với hai đầu hở để thuận tiện cho việc thiết kế và gia công khuôn.
Tất cả các kích thước được quy định trong quy trình thiết kế đều đề cập đến kích thước của lò xo vương miện trong trạng thái làm việc và ăn khớp.
4. Kết luận
Tóm lại, lò xo vương miện trong và ngoài cùng với các chốt và ổ cắm tương ứng là những cụm lắp ráp quan trọng của đầu nối điện, quyết định trực tiếp đến độ tin cậy của đầu nối. Hiệu suất hoạt động của cấu trúc lò xo vương miện không chỉ phụ thuộc vào quy trình thiết kế mà còn phụ thuộc vào vật liệu và công nghệ gia công của các chốt và ổ cắm tương ứng.
Nhìn chung, các chân và ổ cắm chủ yếu được làm bằng hợp kim đồng hoặc đồng nguyên chất để đáp ứng yêu cầu dẫn điện trong thực tế sử dụng, và chúng được sản xuất bằng phương pháp gia công cơ khí. Để đạt được hiệu suất sử dụng vượt trội, cần phải xử lý bề mặt sau khi lắp đặt đối với bề mặt của lò xo vòng trong và vòng ngoài. Quy trình thiết kế chi tiết cho cấu trúc lò xo vòng trong và vòng ngoài sẽ được hoàn thiện trong nghiên cứu tiếp theo.
Đầu nối dòng điện cao Amass sử dụng lò xo vương miện giúp duy trì kết nối ổn định trong các tình huống ứng dụng như rung động cường độ cao, tác động lặp đi lặp lại ở nhiệt độ cao và thấp, kích thước nhỏ và dòng điện cao.
Các sản phẩm thế hệ thứ 4 của Amass hoàn toàn áp dụng công nghệ tiếp xúc lò xo vương miện, giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ và tăng cường độ ổn định hoạt động. Chúng cung cấp khả năng bảo vệ đáng tin cậy cho các thiết bị hoạt động trong điều kiện kích thước nhỏ gọn, rung động mạnh và sốc nhiệt lặp đi lặp lại giữa nhiệt độ cao và thấp.
Thời gian đăng bài: 04/07/2026