满足最小弯曲半径要求的高柔性钢丝

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选择定制电缆组件的最常见原因之一是满足某种灵活性或弯曲要求。即使是最笨重的电缆也有一定的柔韧性,可以在拐角处弯曲或卷绕。

柔性电缆可用于任何需要运动或存在空间限制的地方。通常情况下,电线直径越小,柔性越好。虽然线径是决定电缆整体柔性的最关键变量之一,但还有其他一些因素会影响电缆的刚度。

导线尺寸选项

提高电缆柔韧性的最简单方法就是减小其外径。反之,这意味着线规或 AWG 尺寸越大,柔韧性就越高。在同等条件下,34AWG 电缆比 22AWG 电缆柔韧得多。虽然并非每种应用都允许通过减小线径来提高柔性,但这仍然是解决常见问题的最简单方法。

许多常见的电线类别都有连续的电线尺寸,设计人员可以很容易地从几种尺寸中进行选择,以优化电缆的柔性。电缆一旦制成,就可以进行测试,以比较最终产品的各种机械和柔韧性能。

对于熟悉小规格电子线路的人来说,34AWG 的电线显然要比 22AWG 的电线灵活得多。但如何才能更好地量化这种柔性差异呢?一根电缆的柔韧性究竟比另一根电缆高多少?由于像电缆柔性这样的物理特性对许多设计应用都至关重要,工程师们有多种方法来保障他们的设计要求。

什么是最小弯曲半径?

定义电缆柔性的一种常见方法是计算其最小弯曲半径。顾名思义,电缆的最小弯曲半径是指电缆在不对护套或导体造成某种损坏的情况下,所能转过的最窄的弯角。

最小弯曲半径首先使用初步尺寸系数进行估算,以得出近似值。然后将电缆护套外径乘以一个与电缆横截面相关的系数,得出估计的最小弯曲半径。该系数各不相同,但通常在 6 倍到 12 倍之间,是应用和电缆结构的函数。最小弯曲半径系数还可进行调整,以考虑到预计会发生循环和极端运动的项目。由于电缆护套和导体可能会因过度和频繁的弯曲而过早疲劳,因此可以降低该系数以补偿这种环境。需要注意的是,这个计算出的最小弯曲半径值只是一个经验法则,应被视为一个善意的估计值。因此,在全速生产之前,必须对任何关键设计应用进行测试。

在本示例中,UL1213 导线的最小弯曲半径是按 34AWG 和 22AWG 导线计算的。两者都假设最坏情况下的弯曲系数为 12,以显示最小弯曲半径的巨大变化。当导线外径增加一倍时,预计的最小弯曲半径也会增加一倍。对于 12AWG 至 8AWG 等较大的导线束,导线直径会随着尺寸的增大而成倍增加,从而显著降低电缆的整体柔性。

柔性导体选项

如果改变导线尺寸无法满足任何柔性要求,则可以考虑其他导线结构选项。需要考虑的其他变量包括修改导体的横截面或股数。绞合导线因其灵活性和电流承载能力而成为电子应用中最常见的导线类型。

绞合导体可按不同的股数生产,从几十股到几千股不等。对于特殊的高股数电缆来说,有些单股导线甚至比一根头发丝大不了多少。这些细线以数百(甚至数千)股为一组捆绑在一起,可以形成更大的电缆形状,同时仍然表现出卓越的柔韧性和运动范围。当这些高股数电缆以足够大的线束组合在一起时,其支持的电流负荷可与单根 8AWG 或 12AWG 电线相媲美。

如何开始使用

电源管理系统和电池应用不断挑战着小型设备的功率极限。这种要求要求导线具有极高的柔韧性,可以在复杂的组件中弯曲和布线。硅胶、聚四氟乙烯或较软的聚氯乙烯等高柔性材料可用作护套材料,以更好地发挥高股数导线设计的柔性优势。这些不太常见的护套材料(如聚四氟乙烯或硅胶)还具有其他优点,如增加温度范围、提高疲劳寿命或耐化学腐蚀和紫外线。

有些电缆横截面可能适合进一步定制,选择非均匀形状,如挤压扁平电缆和矩形横截面。这些变化可再次提高电缆在特定弯曲配置中的灵活性,进一步增强其弯曲和穿过狭窄开口的能力。

摘要

显然,柔性电线需要对电线护套和铜导体进行定制,才能真正有效。与此同时,立即投入生产预期的电缆解决方案可能会有风险、成本高昂且适得其反,因为这种解决方案可能需要花费数周时间和数千美元来制造,而且几乎无法保证一定有效。合格的电缆制造商可在流程早期提供有关选择、时间表和风险的指导,从而加快产品上市时间。开始讨论时,只需提供电缆长度的大致轮廓、大致电线尺寸以及所需的连接器类型。在此基础上,像 Epec 这样提供全方位服务的制造商可以帮助解决生产过程中需要解决的各种复杂设计问题。

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