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千兆以太网连接器CPA解锁功能优化案例

来源:线束世界作者:2024-05-16 11:50
1. 什么是CPA?

    CPA代表"Connector Position Assurance",即连接器位置保证。这是一种用于确保连接器插头和插座在连接状态下的稳固性和可靠性的设计特性。CPA结构通常包括一些额外的机械锁紧或卡扣机制,以防止连接器由于振动、冲击或其他动态力量而意外断开。

   工作原理:连接器的主锁紧结构(例如卡扣或推拉式锁紧)之外,提供一个辅助的锁紧装置。当连接器的主锁紧结构被锁定后,CPA结构进一步加固连接,使得即使在恶劣的工作环境或高振动条件下,连接器也不易松脱。解锁时,通常需要先解除CPA结构,然后才能释放主锁紧结构,进而分离连接器。



2. 分析介绍

    以下一种国际版千兆以太网连接器,主体结构如下图:


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    设计要求: 

1.CPA 预装位到锁止位插入力 5-30N(互配状态)。

2.锁止位到预装位的拔出力 10-30N (互配状态)。

3.CPA 预装位拔出力30Nmin。


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     CPA工作原理:

    ●连接器公母端互配后,向前推动CPA至最终状态,实现连接器二次锁止功能;

    ●连接器工作状态下,向后拉动CPA至预装位,然后通过按压CPA前端,使latch中间挂台与公端护套脱离,拔出母端,实现连接器解锁;


2. 分析介绍

    ●为简化分析,使用1/2比例CPA及局部公母护套模型,分析结果修正为全模型即可,约束方式如下图;

    ●母端护套材质PA66-GF20,CPA材质PA66-GF25,参数如下表;

    ●CPA锁止与解锁过程中主要为硬挤压,预设摩擦系数为0.05,假设材料为各向同性。 

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3. 现有设计分析

    解锁过程中,按压CPA前端,CPA弹臂根部存在应力集中,如下图;

    ●CPA锁止力很小,无手感;

    ●解锁过程中,存在CPA旋转侧翻情况,或导致解锁不顺畅;


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4. 优化方案分析_解锁功能

     ●优化方案CPA和护套latch配合,能实现正常解锁;

    ●优化方案CPA弹臂应力应变分布较现有设计更优,结合现有类似结构分析,判定优化方案断裂风险低。


以下是CPA及护套latch应变分布状况:

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4. 优化方案分析_锁止过程

    ●向前推CPA,使其从预装到锁止位置,锁止力约30N;

    ●锁止过程中,CPA与护套之间主要为强干涉,干涉量对锁止力影响明显。


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5. 优化方案分析_解锁过程

    ●向后拉CPA,使其从锁止到预装位置,解锁力约20N;

    ●解锁过程中,CPA与护套之间主要为强干涉,干涉量对锁止力影响明显。


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6. 优化方案分析_预装保持

    ●CPA置于预装位置,30N拉拔力作用下CPA不会被拉脱;

    ●当拉拔力达到50~60N时,护套侧边卡接位置应变超过材料断裂伸长率,或发生发白/滑脱情况。


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    现有设计:CPA锁止力很小无手感,解锁过程中,存在CPA旋转侧翻情况,解锁不顺畅;

    优化方案:能够正常解锁;锁止力约30N,解锁力约20N,保持力满足30N要求;


7. 结论:

    现有设计:CPA锁止力很小无手感,解锁过程中,存在CPA旋转侧翻情况,解锁不顺畅;

    优化方案:优化结构能够正常解锁;锁止力约30N,解锁力约20N,保持力满足30N要求。



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