Обмоточные и монтажные провода - Монтажные провода

Глава двенадцатая
МОНТАЖНЫЕ ПРОВОДА
12-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКЦИЯХ МОНТАЖНЫХ ПРОВОДОВ

Монтажные провода применяются для осуществления электрических соединений в приборах и аппаратах и других электротехнических устройствах, радиотехнических и иных схемах. Потребность в этих проводах различных конструкций особенно резко возросла в связи с бурным развитием радиоэлектроники, вычислительной техники, автоматики, телемеханики и других отраслей техники. Во всех указанных устройствах монтажные провода применяются в весьма значительных количествах; от них зависит надежная работа многих ответственных агрегатов, и поэтому монтажные провода являются существенной частью этих устройств.
В результате огромного роста ассортимента и объема производства монтажные провода представляют собой самостоятельную группу кабельных изделий.
Основным материалом для изготовления токопроводящих жил монтажных проводов является мягкая медная проволока (марка ММ, ГОСТ 2112-62, см. § 1-2). Для монтажных проводов, предназначенных для работы при повышенных температурах, целесообразно применение бескислородной меди, обладающей в этих условиях большой устойчивостью (см. § 1-1).
В особых случаях, когда от токопроводящих жил, преимущественно малых сечений, требуется повышенная прочность при действии растягивающих усилий, принимаются следующие меры:

1. Изготовление токопроводящих жил из сплавов на основе меди, обладающих повышенной механической 

прочностью. Проволока из таких сплавов, по данным фирмы Сильвания Электрик Продакте (США), имеет электропроводимость, составляющую 30—40% электропроводимости стандартной электролитической меди; разрывная прочность у отожженной проволоки составляет 31—43, а у твердой 60—77 кгс/мм².

1. Применение жилы с сердечником из проволоки, изготовленной из особо прочных сплавов. Вокруг сердечника накладываются повивы из обычной медной проволоки. В этом случае увеличение электрического сопротивления жилы незначительно и обычно не превышает 15%. При растяжении распределение напряжений в упрочняющем сердечнике и повивах из медной проволоки будет пропорциональным их модулю упругости, так что напряжение растяжения в медных проволоках будет значительно меньшим, чем в упрочняющей части жилы. Это необходимо учитывать при расчете механической прочности токопроводящих жил монтажных проводов.

В процессе монтажа количество паек, приходящихся на каждый метр длины провода, получается довольно большим, в особенности при монтаже малогабаритных радиоэлектронных приборов, систем автоматики, электронно-вычислительных устройств и т. п. Пайки в отношении надежности обычно являются наиболее слабыми местами. Поэтому для повышения качества соединений и облегчения выполнения пайки большая часть медной проволоки, которая предназначается для изготовления жил монтажных проводов, покрывается соответствующими металлами или сплавами. Обычно для этой цели применяется горячее лужение проволоки чистым оловом или свинцово-оловянистым сплавом с содержанием олова не менее 40% (ПОС-40 и т. п.). Помимо повышения качества пайки, полуда предохраняет медную проволоку от окисления при хранении и во время эксплуатации, в особенности при повышенных температурах.
При температурах эксплуатации выше 200° С необходима надежная защита медной проволоки от окисления. В этом случае для жил монтажных проводов применяются обычно покрытия серебром, никелем и — реже — нержавеющей сталью. Характеристика качества таких покрытий приведена выше (см. § 1-5). Защитные покрытия из никеля обладают значительным преимуществом в сравнении с серебром, наносимым на медную проволоку гальваническим способом.
Весьма существенное значение для практики имеет гибкость токопроводящих жил и конструкций монтажных проводов в целом.
Если гибкость проволоки F характеризовать усилием, которое необходимо для изгиба ее по окружности определенного радиуса, то она может быть выражена следующим образом:

(12-1)

где В — жесткость проволоки; Е— модуль упругости, который для мягкой медной проволоки при 20° С может быть принят равным 11 700 кгс/мм²; при 200° С его величина составляет примерно 11 000 кгс/мм², а при 250—300° С 10 200 кг с/мм², J — момент инерции сечения проволоки.
Для круглой проволоки диаметром d

(12-2)

Таким образом, гибкость токопроводящих однопроволочных жил резко уменьшается с увеличением их диаметра. Поэтому в тех случаях, когда от монтажных проводов требуется повышенная гибкость, применяются жилы, скрученные из тонкой проволоки. Чем меньше диаметр отдельных проволок (т. е. чем больше их число при одном и том же сечении жилы), тем больше гибкость провода. Это нетрудно показать и расчетным путем. Возьмем жилу, составленную из п параллельно расположенных проволок, и сравним ее с однопроволочной жилой диаметром D равновеликого сечения. В этом случае

Гибкость п параллельно расположенных проволок

откуда следует, что скрученная жила будет иметь гибкость, в п раз большую в сравнении с однопроволочной жилой.
Гибкость скрученных многопроволочных жил будет значительно большей, так как отдельные проволоки при изгибе будут иметь возможность перемещаться одна относительно другой. Кроме того, у расположенной по винтовой линии проволоки при изгибе один участок проволоки будет растягиваться, а следующий за ним (через половину шага скрутки) — сжиматься, что также будет способствовать повышению гибкости скрученных жил по сравнению с однопроволочными.
Различают два основных вида скрутки круглой проволоки в жилу: правильную и шнуровую. При правильной скрутке вокруг одной или нескольких центральных проволок концентрично накладывается один или несколько повивов остальных проволок. При шнуровой скрутке все проволоки, неупорядоченно расположенные одна относительно другой, скручиваются в одну сторону.
При применении правильной скрутки в центре жилы обычно располагается одна или (реже) три проволоки. Наружные диаметры таких скрученных жил на основании элементарных геометрических соотношений выражаются следующими уравнениями:
(12-3)
где d — диаметр скручиваемых проволок; пп — число повивов, причем центральные проволоки считаются первым повивом.
Общие количества проволок в этих жилах будут составлять:

(12-4)

При скрутке многопроволочных жил существенное значение имеет шаг скрутки, т. е. расстояние по длине скручиваемой жилы, которое соответствует полному обороту вокруг нее отдельной проволоки. Обычно шаг скрутки характеризуют коэффициентом т, определяемым на практике часто как отношение длины шага скрутки к наружному диаметру данного повива Dн, т. е. m=h/Dн.  (12-5)

Рис 12-1. Положение отдельной проволоки в повиве.

Точнее, как это будет показано ниже, этот коэффициент должен определяться как отношение шага скрутки к диаметру окружности, проведенной через центры сечений проволок данного повива.

При правильной скрутке число проволок от повива к повиву, как известно, увеличивается обычно на 6. Однако при коэффициенте скрутки менее 10 это увеличение числа проволок будет уже меньшим. Дело в том, что каждая проволока в повиве представляет собой винтовую линию и ее сечение плоскостью, перпендикулярной оси жилы, будет эллипсовидным.
Из рис. 12-1 нетрудно убедиться в том, что длина большой оси эллипса d зависит от угла скрутки а, а именно:

Таким образом, разность между d1 и d характеризуется величиной

(12-6)

Очевидно, что при малых шагах скрутки величина коэффициента k значительно возрастает, что и приводит к уменьшению числа проволок в повиве.
При скрутке токопроводящих жил монтажных проводов существенное значение имеет так называемая укрут- ка, т. е. приращение длины скручиваемых проволок по сравнению с длиной скрученной жилы.

Если сделать развертку любой из скрученных проволок повива на плоскость, то она изобразится гипотенузой прямоугольного треугольника (рис. 12-2), большой катет которого будет равен длине шага, а малый — длине окружности диаметром Dср, проведенной через центры сечений проволок данного повива, т. е.

Таким образом, укрутка равна величине коэффициента k. К этому выводу можно прийти сразу, если рассмотреть подобие треугольников 1 и 2 (см. рис. 12-1).
Как указывалось выше, на практике коэффициент т часто определяют как отношение шага скрутки к наружному диаметру жилы Dн. Вычисление величины укрутки с помощью уравнения (12-7) по полученному таким образом значению т может привести к существенной погрешности. Если считать m=h/Dн, то для получения точного результата и в этом случае необходимо пользоваться соотношением

откуда укрутка будет равна:


Рис. 12-3. Принципиальная схема определения гибкости монтажного провода.

Как показывают проведенные исследования, система скрутки не сказывается существенно на гибкости монтажных проводов. При обоих видах скрутки жил одинаковых сечений получаются близкие результаты, если определение гибкости производить измерением прогиба образца по схеме, показанной на рис. 12-3. Характеристикой гибкости здесь является стрела прогиба, величина которой при прочих равных условиях тем больше, чем меньше жесткость конструкции В.
Система скрутки также заметно не влияет и на результаты испытаний монтажных проводов на перегибы с помощью прибора, схематически показанного на рис. 12-4.
Для большинства конструкций монтажных проводов существенное значение имеет длительная прочность токопроводящих жил в местах их пайки к элементам электрических схем, так как очень часто отказы в работе многих устройств происходят именно вследствие обрыва монтажных проводов в этих местах. Особенно часто такие явления имеют место в аппаратуре и схемах, подвергающихся действию вибрации.

Исследования в ОКБ КП показали, что, помимо количества проволок в жиле, длительная прочность их в местах пайки зависит от проникновения припоя (при пайке) вдоль жилы провода, так как в этом месте образуется затвердевший участок жилы, способствующий ускоренному ее разрушению при вибрации. Шнуровая скрутка в этом отношении существенно уступает правильной скрутке, так как при пайке жил, скрученных шнуровой скруткой, припой распространяется на значительно большую длину, чем при пайке жил, скрученных правильной скруткой.
Гибкость изолированных монтажных проводов зависит также от гибкости наложенной изоляции. Жесткость конструкции изолированного провода в целом можно считать равной сумме жесткостей жилы и изоляции, т. е.

Следовательно, гибкость изолированного провода
(12-10)
Момент инерции сечения изоляционного слоя для круглых проводов можно определить с помощью уравнения

где Dн — наружный диаметр провода; dж — диаметр токопроводящей жилы.
Зная модуль упругости электроизоляционного материала, нетрудно рассчитать гибкость изоляции Fиз. Если резиновая изоляция имеет модуль упругости в пределах 50—60 кгс/см; поливинилхлоридный пластикат около 200 кгс/см², то у полиэтилена высокого давления он равен около 1 500 кгс/см², а у полиэтилена низкого давления и политетрафторэтилена модуль упругости может быть равен до 7 000 кгс/см².
На основании изложенного можно считать, что гибкость изолированного провода с однопроволочной жилой определяется в основном гибкостью самой жилы, а у изолированных проводов с многопроволочной жилой на гибкость провода существенное влияние оказывает также гибкость изоляционного слоя.
Шнуровую скрутку токопроводящих жил можно применять для монтажных проводов, которые в эксплуатации не подвергаются вибрационным воздействиям; в противном случае целесообразно применение токопроводящих жил, скрученных правильной скруткой.
В зависимости от предъявляемых требований и условий эксплуатации монтажные провода изготовляются с различными видами изоляции. Монтажные провода нормальной нагревостойкости можно разделить на две основные группы: 1) провода с волокнистой и пленочной изоляцией; 2) провода с пластмассовой изоляцией.
Монтажные провода повышенной нагревостойкости пока изготовляются преимущественно с изоляцией из фторопласта различных марок, а также с комбинированной изоляцией из стекловолокна, фторопласта и т. п.
Ввиду многочисленности конструкций ниже дается характеристика только основных типов монтажных проводов.
К монтажным проводам, применяемым в радиоэлектронной аппаратуре, современных электронно-счетных машинах и т. п., предъявляется ряд дополнительных требований в отношении наружных размеров, гибкости и т. п. Эта группа монтажных проводов ниже рассмотрена особо.