电线电缆结构设计与物料用量计算0

电缆结构设计是把线材各组成部分参数书面化.在设计过程中,主要是根据线材的有关标准,结合本厂的生产能力,尽量满足客户要求.并把结果以书面形式表达出来,为生产提供依据.物料用量计算是根据设计线材时选用的材料及结构参数,计算出各种材料的用量,为会计部计算成本及仓储发料提供依据.
 
导体部分有关设计与计算:
 导体在结构上有实心及绞线两种,而其成份方面有纯金属.合金.镀层及漆包线等.在设计过程中,对于不同的线材选用这些导体材料时,基于下面几个方面: 
  1.线材的使用场所及后序加工方式.
  2.导体材料的性能:导电率,耐热性.抗张强度.加工性.弹性系数等. 
1.导体绞合节距设计: 
绞线中绞合节距大小一般根据绞合导体线规选取(主要针对UL电子线系列, 电源线,UL444系列,CSATR-4系列对导体的节距有要求,需根据标准设计),有时为了改善某种性能可选其它的节距.如通信线材为了降衰减选用小节距,为了提供好的弯曲性能选用较小的节距.下面的节距表选择表是针对UL电子线. 
  美制线规对应截面积及绞线节距 
美制线规 标称截面积 *小截面积 节距 
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.多根绞合导体绞合外径计算: 
导体绞**用束绞方式进行,绞合外径采用下面两种方法计算: 
方法1: 
 
方法2: 
 
d----单根导体的直径 
D---绞合后绞合导体外径 
N---导体根数 
上述两种方法中,方法2比较适合束绞方式导体绞合外径计算： 
　
  3.导体用量计算: 
  1.单根导体 
 
  2.绞合导体 
 
d----单根导体直径 
ρ—导体密度 
N---导体绞合根数 
λ---导体绞入系数 
注:用量计算为单芯时导体用量,当多芯时须考虑芯线绞合时的绞入系数. 
  4.导体防氧化. 
  为防止导体氧化, 可在导体绞合时, 加BAT或DOP油（如电源线，透明线）。
押出部分有关的设计与计算: 
押出部分包括绝缘押出.内被押出及外被押出,在押出过程中,因对线材要求不同采用押出方式不同.一般情况下,绝缘押出采用挤压式,内护层与外护层采用半挤管式.有时为了满足性能要求采用挤管式.其具体选择方法,参照押出技术. 
1.押出料的选择: 
  设计过程中押出料的选择主要根据胶料的用途、耐温等级、光泽性、软硬度、可塑剂耐迁移性、无毒性能等来选择. 
2.押出外径: 
D2=D+2*T 
D------押出前外径 
D2----押出后外径 
T------押出厚度 
押出厚度(T)主要根据线材有关标准,结合厂内设备生产能力尽量满足客户要求. 
3.胶料用量: 
  采用不同的押出方式,押出胶料用量计算公式也有不同. 
  挤管式 
 
  挤压式
  W=(S成品截面-S缆芯内容物)*ρ 
  ρ-----胶料密度. 
考虑到线材的公差, 现期线缆企业一般采用下面计算方法. 
W=3,14159*1.05*T*(2*D+T)* ρ
芯线绞合有关设计与计算: 
芯线绞合国内称为成缆，是大多数多芯电缆生产的重要工序之一。由若干绝缘线芯或单元组绞合成缆芯的过程称芯线绞合。其原理类似如导体绞合，芯线绞合的一般工艺参数计算及线芯在绞合过程中的变形与绞线相似。芯线绞合根据绞合绝缘线芯直径是否相同分为对称绞合和不对称绞合。因为芯线在绞合过程中有弯曲变形,有些较粗绝缘芯线在绞合过程采用退扭。如UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI芯线及其它高发泡绝缘芯线。以下分几个方面叙述芯线绞合的工艺参数计算: 
1.对绞:
  对绞线的等效外径: 
  D=1.65d或1.71d 
  (软质用1.65d,硬质用1.71d),sometimes D=1.86d
  复对绞线等效外径﹕ 
  D=2.6d 
  多对数绞线等效外径﹕ 
 
  对绞节距. 
  根据对绞组对数,芯线外径选取. 
  2. 多芯绞合: 
  绞合外径当芯线根数不多时,按正规绞合计算.见下表. 
芯线排列方式及芯线绞合外径计算可根据下表: 
芯数 芯线排列 外径比(M=D/d) 中芯空隙面积Xd2 外层空隙面积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 
  当芯线根数较多并线径较小的情况下,可按束绞近似计算(导体绞合外径计算公式)
  绞合节距
 一般绞合节距取绞合外径的15~20倍.有时为了改善线材性能,可选择合适的节距.如为了改善线材的弯曲性能降低绞合节距.USB电缆为了减小芯线变形,采用大节距. 
3. 有关绞合中的基圆直径.节圆直径.绞合外径 
基圆直径:对于某一绞线层,绞线前芯线直径称基圆直径. 
  节圆直径:单线绞合在直径为D0的圆柱体上,以单线轴线至绞线轴线的距离为半径的圆为节圆,其直径为节圆直径. 
  绞合外径:该层绞线的外接圆直径为绞线外径. 
 
图中对于第三层绞合: 基圆直径为D0(即**层(1+6)绞合的绞合外径) 
节圆直径为D’ D’=D0+d 
绞合外径为DD=D’+d
  4.绞入系数: 
  芯线绞合的绞入系数为1+(圆周率X绞合外径/绞合节距)的二次方. 
 
  D----绞合外径. 
  H----绞合节距.
在绞线过程中,对于多芯并芯线分层的情况,虽然为束绞,各层芯线绞入系数并不相同.为了保守起见,增大**系数,并且减化计算,所以在上述绞入系数的计算中D采用芯线绞合的绞合外径(理论上,各层的绞合系数应为节圆直径代入上式计算). 
斜包有关的设计与计算 
  斜包在线材中主要起屏蔽作用，有时作为同轴电缆的外导体。 
  屏蔽目的是将外界干挠消除，对于同轴电缆，由于有屏蔽层而使阻抗得以匹配,降低信号或传输能量之损失。 
 从屏蔽效果来讲，斜包不如编织，其屏蔽效果具有方向性，弯曲时屏蔽特性发生变化但其具有完成外径小、线材柔软、价格也比较低特点。适用于低频屏蔽。以下从几个方面叙述斜包结构设计: 
  1.斜包的铜线根数近似计算: 
  整数部分 
  D-----斜包前外径. 
  d------斜包铜线的直径.
  如果是二、三芯绞合，绞合后不圆整，D(斜包前)外径为等效外径。 
此设计中的D斜包前外径，相当绞线中基圆直径。从理论计算上讲,要达到100%斜包D应采用节圆直径，但为了防止有时因节距选取较少及其它因素而产生过满(容易起股)。所以D采用斜包前外径(基圆直径)。在实际生产中，因斜包铜丝一般为0.10mm、0.12mm的细线，其值在上述计算中忽略影响不大。采用上面公式计算，其斜包满度可达90%以上，对线材的性能影响很少。 
2.斜包节距的选择: 
 斜包节距根据斜包前外径大小选择，一般按下面优化节距选取(此优化节距考虑到成本、附着力、外观等方面，并通过长时间生产验证)。 
  成品外径 斜包节距 
d
3.绞入系数: 
  斜包的绞入系数为1+(圆周率X斜包后外径/斜包节距)的二次方. 
 
  D----斜包后外径.
  H----斜包节距.
4.斜包铜线的用量: 
 
  d----斜包导体直径 
  ρ—斜包导体密度 
  N----斜包导体根数 
  λ---斜包导体绞入系数
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