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電線電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計與物料用量計算
點擊次數(shù)：3824 更新時間：2008-03-06
電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計是把線材各組成部分參數(shù)書面化.在設(shè)計過程中,主要是根據(jù)線材的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合本廠的生產(chǎn)能力,盡量滿足客戶要求.并把結(jié)果以書面形式表達(dá)出來,為生產(chǎn)提供依據(jù). 物料用量計算是根據(jù)設(shè)計線材時選用的材料及結(jié)構(gòu)參數(shù),計算出各種材料的用量,為會計部計算成本及倉儲發(fā)料提供依據(jù).
導(dǎo)體部分有關(guān)設(shè)計與計算:
導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)上有實心及絞線兩種,而其成份方面有純金屬.合金.鍍層及漆包線等.在設(shè)計過程中,對于不同的線材選用這些導(dǎo)體材料時,基于下面幾個方面:
1.線材的使用場所及后序加工方式.
2.導(dǎo)體材料的性能:導(dǎo)電率,耐熱性.抗張強度.加工性.彈性系數(shù)等.
1.導(dǎo)體絞合節(jié)距設(shè)計:
絞線中絞合節(jié)距大小一般根據(jù)絞合導(dǎo)體線規(guī)選取主要針對UL電子線系列, 電源線,UL444系列,CSA TR-4系列對導(dǎo)體的節(jié)距有要求,需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,有時為了改善某種性能可選其它的節(jié)距.如通信線材為了降衰減選用小節(jié)距,為了提供好的彎曲性能選用較小的節(jié)距.下面的節(jié)距表選擇表是針對UL電子線.
美制線規(guī)對應(yīng)截面積及絞線節(jié)距
美制線規(guī) 標(biāo)稱截面積 zui小截面積 節(jié)距
30 0.0507 0.0497 6~8
28 0.0804 0.0790 9~11
26 0.1280 0.1260 11~13
24 0.2050 0.1990 14~16
22 0.3240 0.3140 16~19
20 0.5190 0.5090 21~24
18 0.8230 0.8070 27~32
16 1.3100 1.2700 32~38
14 2.0800 2.0200 39~47
2.多根絞合導(dǎo)體絞合外徑計算:
導(dǎo)體絞合采用束絞方式進(jìn)行,絞合外徑采用下面兩種方法計算:
方法1:
方法2:
d----單根導(dǎo)體的直徑
D---絞合后絞合導(dǎo)體外徑
N---導(dǎo)體根數(shù)
上述兩種方法中,方法2比較適合束絞方式導(dǎo)體絞合外徑計算：
3.導(dǎo)體用量計算:
1.單根導(dǎo)體
2.絞合導(dǎo)體
d----單根導(dǎo)體直徑
ρ—導(dǎo)體密度
N---導(dǎo)體絞合根數(shù)
λ---導(dǎo)體絞入系數(shù)
注:用量計算為單芯時導(dǎo)體用量,當(dāng)多芯時須考慮芯線絞合時的絞入系數(shù).
4.導(dǎo)體防氧化.
為防止導(dǎo)體氧化, 可在導(dǎo)體絞合時, 加BAT或DOP油（如電源線，透明線）。
押出部分有關(guān)的設(shè)計與計算:
押出部分包括絕緣押出.內(nèi)被押出及外被押出,在押出過程中,因?qū)€材要求不同采用押出方式不同.一般情況下,絕緣押出采用擠壓式,內(nèi)護層與外護層采用半擠管式.有時為了滿足性能要求采用擠管式.其具體選擇方法,參照押出技術(shù).
1.押出料的選擇:
設(shè)計過程中押出料的選擇主要根據(jù)膠料的用途、耐溫等級、光澤性、軟硬度、可塑劑耐遷移性、無毒性能等來選擇.
2.押出外徑:
D2=D+2＊T
D------押出前外徑
D2----押出后外徑
T------押出厚度
押出厚度T主要根據(jù)線材有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合廠內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)能力盡量滿足客戶要求.
3.膠料用量:
采用不同的押出方式,押出膠料用量計算公式也有不同.
擠管式
擠壓式
W=S成品截面-S纜芯內(nèi)容物＊ρ
ρ-----膠料密度.
考慮到線材的公差, 現(xiàn)期線纜企業(yè)一般采用下面計算方法.
W=3,14159＊1.05＊T＊2＊D+T＊ ρ
芯線絞合有關(guān)設(shè)計與計算:
芯線絞合國內(nèi)稱為成纜，是大多數(shù)多芯電纜生產(chǎn)的重要工序之一。由若干絕緣線芯或單元組絞合成纜芯的過程稱芯線絞合。其原理類似如導(dǎo)體絞合，芯線絞合的一般工藝參數(shù)計算及線芯在絞合過程中的變形與絞線相似。芯線絞合根據(jù)絞合絕緣線芯直徑是否相同分為對稱絞合和不對稱絞合。因為芯線在絞合過程中有彎曲變形,有些較粗絕緣芯線在絞合過程采用退扭。如UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI芯線及其它高發(fā)泡絕緣芯線。以下分幾個方面敘述芯線絞合的工藝參數(shù)計算:
1.對絞:
對絞線的等效外徑:
D=1.65d或1.71d
軟質(zhì)用1.65d,硬質(zhì)用1.71d,sometimes D=1.86d
復(fù)對絞線等效外徑﹕
D=2.6d
多對數(shù)絞線等效外徑﹕
對絞節(jié)距.
根據(jù)對絞組對數(shù),芯線外徑選取.
2. 多芯絞合:
絞合外徑當(dāng)芯線根數(shù)不多時,按正規(guī)絞合計算.見下表.
芯線排列方式及芯線絞合外徑計算可根據(jù)下表:
芯數(shù) 芯線排列 外徑比M=D/d 中芯空隙面積Xd2 外層空隙面積Xd2
2 2 2 0 1.571
3 3 2.154 0.04 1.248
4 4 2.414 0.215 1.22
5 5 2.7 0.543 1.259
6 6 3 1.025 1.329
7 1+6 3 0 1.329
8 1+7 3.3 0 1.39
9 1+8 3.7 0 1.679
10 2+8 4 0 2.276
11 3+8 4.154 0.04 2.593
12 3+9 4.154 0.04 2.039
13 4+9 4.414 0.215 2.553
14 4+10 4.414 0.215 2.025
15 5+10 4.7 0.543 2.578
16 5+11 4.7 0.543 2.071
17 6+11 5 1.025 2.641
18 6+12 5 1.025 2.137
19 1+6+12 5 0 2.137
20 1+6+13 5.154 0 1.944
21 1+7+13 5.3 0 2.257
22 1+8+13 5.7 0 4.442
23 2+8+13 6 0 3.598
24 2+8+14 6 0 2.975
25 3+8+14 6.154 0.04 3.285
26 3+9+14 6.154 0.04 3.285
27 3+9+15 6.154 0.04 2.801
28 4+9+15 6.414 0.215 3.282
29 4+9+16 6.414 0.215 2.806
30 4+10+16 6.414 0.215 2.806
31 5+10+16 6.7 0.543 3.319
32 5+11+16 6.7 0.543 3.319
33 5+11+17 6.7 0.543 2.864
34 6+11+17 7 1.025 3.398
35 6+12+17 7 1.025 3.398
36 6+12+18 7 1.025 2.927
37 1+6+12+18 7 0 2.927
38 1+7+12+18 7.3 0 3.458
39 2+6+12+18 8 0 4.705
40 2+7+12+19 8 0 4.254
41 2+7+13+19 8 0 4.254
42 2+8+13+19 8 0 4.254
44 2+8+14+20 8 0 3.774
45 3+8+14+20 8.154 0.04 4.042
48 3+9+15+21 8.154 0.04 2.867
當(dāng)芯線根數(shù)較多并線徑較小的情況下,可按束絞近似計算導(dǎo)體絞合外徑計算公式
絞合節(jié)距
一般絞合節(jié)距取絞合外徑的15~20倍.有時為了改善線材性能,可選擇合適的節(jié)距.如為了改善線材的彎曲性能降低絞合節(jié)距.USB電纜為了減小芯線變形,采用大節(jié)距.
3. 有關(guān)絞合中的基圓直徑.節(jié)圓直徑.絞合外徑
基圓直徑:對于某一絞線層,絞線前芯線直徑稱基圓直徑.
節(jié)圓直徑:單線絞合在直徑為D0的圓柱體上,以單線軸線至絞線軸線的距離為半徑的圓為節(jié)圓,其直徑為節(jié)圓直徑.
絞合外徑:該層絞線的外接圓直徑為絞線外徑.
圖中對于第三層絞合: 基圓直徑為D0即第二層1+6絞合的絞合外徑
節(jié)圓直徑為D’ D’=D0+d
絞合外徑為DD=D’+d
4.絞入系數(shù):
芯線絞合的絞入系數(shù)為1+圓周率X絞合外徑/絞合節(jié)距的二次方.
D----絞合外徑.
H----絞合節(jié)距.
在絞線過程中,對于多芯并芯線分層的情況,雖然為束絞,各層芯線絞入系數(shù)并不相同.為了保守起見,增大安全系 數(shù),并且減化計算,所以在上述絞入系數(shù)的計算中D采用芯線絞合的絞合外徑理論上,各層的絞合系數(shù)應(yīng)為節(jié)圓直徑代入上式計算.
斜包有關(guān)的設(shè)計與計算
斜包在線材中主要起屏蔽作用，有時作為同軸電纜的外導(dǎo)體。
屏蔽目的是將外界干撓消除，對于同軸電纜，由于有屏蔽層而使阻抗得以匹配,降低信號或傳輸能量之損失。
從屏蔽效果來講，斜包不如編織，其屏蔽效果具有方向性，彎曲時屏蔽特性發(fā)生變化但其具有完成外徑小、線材柔軟、價格也比較低特點。適用于低頻屏蔽。以下從幾個方面敘述斜包結(jié)構(gòu)設(shè)計:
1.斜包的銅線根數(shù)近似計算:
整數(shù)部分
D-----斜包前外徑.
d------斜包銅線的直徑.
如果是二、三芯絞合，絞合后不圓整，D斜包前外徑為等效外徑。
此設(shè)計中的D斜包前外徑，相當(dāng)絞線中基圓直徑。從理論計算上講,要達(dá)到100斜包D應(yīng)采用節(jié)圓直徑，但為了防止有時因節(jié)距選取較少及其它因素而產(chǎn)生過滿容易起股。所以D采用斜包前外徑基圓直徑。在實際生產(chǎn)中，因斜包銅絲一般為0.10mm、0.12mm的細(xì)線，其值在上述計算中忽略影響不大。采用上面公式計算，其斜包滿度可達(dá)90以上，對線材的性能影響很少。
2.斜包節(jié)距的選擇:
斜包節(jié)距根據(jù)斜包前外徑大小選擇，一般按下面優(yōu)化節(jié)距選取此優(yōu)化節(jié)距考慮到成本、附著力、外觀等方面，并通過長時間生產(chǎn)驗證。
成品外徑 斜包節(jié)距
d
3.絞入系數(shù):
斜包的絞入系數(shù)為1+圓周率X斜包后外徑/斜包節(jié)距的二次方.
D----斜包后外徑.
H----斜包節(jié)距.
4.斜包銅線的用量:
d----斜包導(dǎo)體直徑
ρ—斜包導(dǎo)體密度
N----斜包導(dǎo)體根數(shù)
λ---斜包導(dǎo)體絞入系數(shù)
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導(dǎo)體部分有關(guān)設(shè)計與計算:
導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)上有實心及絞線兩種,而其成份方面有純金屬.合金.鍍層及漆包線等.在設(shè)計過程中,對于不同的線材選用這些導(dǎo)體材料時,基于下面幾個方面:
1.線材的使用場所及后序加工方式.
2.導(dǎo)體材料的性能:導(dǎo)電率,耐熱性.抗張強度.加工性.彈性系數(shù)等.
1.導(dǎo)體絞合節(jié)距設(shè)計:
絞線中絞合節(jié)距大小一般根據(jù)絞合導(dǎo)體線規(guī)選取主要針對UL電子線系列, 電源線,UL444系列,CSA TR-4系列對導(dǎo)體的節(jié)距有要求,需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,有時為了改善某種性能可選其它的節(jié)距.如通信線材為了降衰減選用小節(jié)距,為了提供好的彎曲性能選用較小的節(jié)距.下面的節(jié)距表選擇表是針對UL電子線.
美制線規(guī)對應(yīng)截面積及絞線節(jié)距
美制線規(guī) 標(biāo)稱截面積 zui小截面積 節(jié)距
30 0.0507 0.0497 6~8
28 0.0804 0.0790 9~11
26 0.1280 0.1260 11~13
24 0.2050 0.1990 14~16
22 0.3240 0.3140 16~19
20 0.5190 0.5090 21~24
18 0.8230 0.8070 27~32
16 1.3100 1.2700 32~38
14 2.0800 2.0200 39~47
2.多根絞合導(dǎo)體絞合外徑計算:
導(dǎo)體絞合采用束絞方式進(jìn)行,絞合外徑采用下面兩種方法計算:
方法1:
方法2:
d----單根導(dǎo)體的直徑
D---絞合后絞合導(dǎo)體外徑
N---導(dǎo)體根數(shù)
上述兩種方法中,方法2比較適合束絞方式導(dǎo)體絞合外徑計算：
3.導(dǎo)體用量計算:
1.單根導(dǎo)體
2.絞合導(dǎo)體
d----單根導(dǎo)體直徑
ρ—導(dǎo)體密度
N---導(dǎo)體絞合根數(shù)
λ---導(dǎo)體絞入系數(shù)
注:用量計算為單芯時導(dǎo)體用量,當(dāng)多芯時須考慮芯線絞合時的絞入系數(shù).
4.導(dǎo)體防氧化.
為防止導(dǎo)體氧化, 可在導(dǎo)體絞合時, 加BAT或DOP油（如電源線，透明線）。
押出部分有關(guān)的設(shè)計與計算:
押出部分包括絕緣押出.內(nèi)被押出及外被押出,在押出過程中,因?qū)€材要求不同采用押出方式不同.一般情況下,絕緣押出采用擠壓式,內(nèi)護層與外護層采用半擠管式.有時為了滿足性能要求采用擠管式.其具體選擇方法,參照押出技術(shù).
1.押出料的選擇:
設(shè)計過程中押出料的選擇主要根據(jù)膠料的用途、耐溫等級、光澤性、軟硬度、可塑劑耐遷移性、無毒性能等來選擇.
2.押出外徑:
D2=D+2＊T
D------押出前外徑
D2----押出后外徑
T------押出厚度
押出厚度T主要根據(jù)線材有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合廠內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)能力盡量滿足客戶要求.
3.膠料用量:
采用不同的押出方式,押出膠料用量計算公式也有不同.
擠管式
擠壓式
W=S成品截面-S纜芯內(nèi)容物＊ρ
ρ-----膠料密度.
考慮到線材的公差, 現(xiàn)期線纜企業(yè)一般采用下面計算方法.
W=3,14159＊1.05＊T＊2＊D+T＊ ρ
芯線絞合有關(guān)設(shè)計與計算:
芯線絞合國內(nèi)稱為成纜，是大多數(shù)多芯電纜生產(chǎn)的重要工序之一。由若干絕緣線芯或單元組絞合成纜芯的過程稱芯線絞合。其原理類似如導(dǎo)體絞合，芯線絞合的一般工藝參數(shù)計算及線芯在絞合過程中的變形與絞線相似。芯線絞合根據(jù)絞合絕緣線芯直徑是否相同分為對稱絞合和不對稱絞合。因為芯線在絞合過程中有彎曲變形,有些較粗絕緣芯線在絞合過程采用退扭。如UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI芯線及其它高發(fā)泡絕緣芯線。以下分幾個方面敘述芯線絞合的工藝參數(shù)計算:
1.對絞:
對絞線的等效外徑:
D=1.65d或1.71d
軟質(zhì)用1.65d,硬質(zhì)用1.71d,sometimes D=1.86d
復(fù)對絞線等效外徑﹕
D=2.6d
多對數(shù)絞線等效外徑﹕
對絞節(jié)距.
根據(jù)對絞組對數(shù),芯線外徑選取.
2. 多芯絞合:
絞合外徑當(dāng)芯線根數(shù)不多時,按正規(guī)絞合計算.見下表.
芯線排列方式及芯線絞合外徑計算可根據(jù)下表:
芯數(shù) 芯線排列 外徑比M=D/d 中芯空隙面積Xd2 外層空隙面積Xd2
2 2 2 0 1.571
3 3 2.154 0.04 1.248
4 4 2.414 0.215 1.22
5 5 2.7 0.543 1.259
6 6 3 1.025 1.329
7 1+6 3 0 1.329
8 1+7 3.3 0 1.39
9 1+8 3.7 0 1.679
10 2+8 4 0 2.276
11 3+8 4.154 0.04 2.593
12 3+9 4.154 0.04 2.039
13 4+9 4.414 0.215 2.553
14 4+10 4.414 0.215 2.025
15 5+10 4.7 0.543 2.578
16 5+11 4.7 0.543 2.071
17 6+11 5 1.025 2.641
18 6+12 5 1.025 2.137
19 1+6+12 5 0 2.137
20 1+6+13 5.154 0 1.944
21 1+7+13 5.3 0 2.257
22 1+8+13 5.7 0 4.442
23 2+8+13 6 0 3.598
24 2+8+14 6 0 2.975
25 3+8+14 6.154 0.04 3.285
26 3+9+14 6.154 0.04 3.285
27 3+9+15 6.154 0.04 2.801
28 4+9+15 6.414 0.215 3.282
29 4+9+16 6.414 0.215 2.806
30 4+10+16 6.414 0.215 2.806
31 5+10+16 6.7 0.543 3.319
32 5+11+16 6.7 0.543 3.319
33 5+11+17 6.7 0.543 2.864
34 6+11+17 7 1.025 3.398
35 6+12+17 7 1.025 3.398
36 6+12+18 7 1.025 2.927
37 1+6+12+18 7 0 2.927
38 1+7+12+18 7.3 0 3.458
39 2+6+12+18 8 0 4.705
40 2+7+12+19 8 0 4.254
41 2+7+13+19 8 0 4.254
42 2+8+13+19 8 0 4.254
44 2+8+14+20 8 0 3.774
45 3+8+14+20 8.154 0.04 4.042
48 3+9+15+21 8.154 0.04 2.867
當(dāng)芯線根數(shù)較多并線徑較小的情況下,可按束絞近似計算導(dǎo)體絞合外徑計算公式
絞合節(jié)距
一般絞合節(jié)距取絞合外徑的15~20倍.有時為了改善線材性能,可選擇合適的節(jié)距.如為了改善線材的彎曲性能降低絞合節(jié)距.USB電纜為了減小芯線變形,采用大節(jié)距.
3. 有關(guān)絞合中的基圓直徑.節(jié)圓直徑.絞合外徑
基圓直徑:對于某一絞線層,絞線前芯線直徑稱基圓直徑.
節(jié)圓直徑:單線絞合在直徑為D0的圓柱體上,以單線軸線至絞線軸線的距離為半徑的圓為節(jié)圓,其直徑為節(jié)圓直徑.
絞合外徑:該層絞線的外接圓直徑為絞線外徑.
圖中對于第三層絞合: 基圓直徑為D0即第二層1+6絞合的絞合外徑
節(jié)圓直徑為D’ D’=D0+d
絞合外徑為DD=D’+d
4.絞入系數(shù):
芯線絞合的絞入系數(shù)為1+圓周率X絞合外徑/絞合節(jié)距的二次方.
D----絞合外徑.
H----絞合節(jié)距.
在絞線過程中,對于多芯并芯線分層的情況,雖然為束絞,各層芯線絞入系數(shù)并不相同.為了保守起見,增大安全系 數(shù),并且減化計算,所以在上述絞入系數(shù)的計算中D采用芯線絞合的絞合外徑理論上,各層的絞合系數(shù)應(yīng)為節(jié)圓直徑代入上式計算.
斜包有關(guān)的設(shè)計與計算
斜包在線材中主要起屏蔽作用，有時作為同軸電纜的外導(dǎo)體。
屏蔽目的是將外界干撓消除，對于同軸電纜，由于有屏蔽層而使阻抗得以匹配,降低信號或傳輸能量之損失。
從屏蔽效果來講，斜包不如編織，其屏蔽效果具有方向性，彎曲時屏蔽特性發(fā)生變化但其具有完成外徑小、線材柔軟、價格也比較低特點。適用于低頻屏蔽。以下從幾個方面敘述斜包結(jié)構(gòu)設(shè)計:
1.斜包的銅線根數(shù)近似計算:
整數(shù)部分
D-----斜包前外徑.
d------斜包銅線的直徑.
如果是二、三芯絞合，絞合后不圓整，D斜包前外徑為等效外徑。
此設(shè)計中的D斜包前外徑，相當(dāng)絞線中基圓直徑。從理論計算上講,要達(dá)到100斜包D應(yīng)采用節(jié)圓直徑，但為了防止有時因節(jié)距選取較少及其它因素而產(chǎn)生過滿容易起股。所以D采用斜包前外徑基圓直徑。在實際生產(chǎn)中，因斜包銅絲一般為0.10mm、0.12mm的細(xì)線，其值在上述計算中忽略影響不大。采用上面公式計算，其斜包滿度可達(dá)90以上，對線材的性能影響很少。
2.斜包節(jié)距的選擇:
斜包節(jié)距根據(jù)斜包前外徑大小選擇，一般按下面優(yōu)化節(jié)距選取此優(yōu)化節(jié)距考慮到成本、附著力、外觀等方面，并通過長時間生產(chǎn)驗證。
成品外徑 斜包節(jié)距
d
3.絞入系數(shù):
斜包的絞入系數(shù)為1+圓周率X斜包后外徑/斜包節(jié)距的二次方.
D----斜包后外徑.
H----斜包節(jié)距.
4.斜包銅線的用量:
d----斜包導(dǎo)體直徑
ρ—斜包導(dǎo)體密度
N----斜包導(dǎo)體根數(shù)
λ---斜包導(dǎo)體絞入系數(shù)
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