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摘 要：弯折耐久线束指线束在工作过程中需要反复进行伸展及弯曲的耐久运动，本文介绍了弯折耐久线束的结构设计，运动仿真以及耐久性能测试，对弯折耐久线束产品开发过程进行产品质量的监控和管理，以满足产品应用要求。
关键词：线束;弯折耐久;耐久测试
中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0170-02
1 概 述
弯折耐久线束指线束在工作过程中需要反复进行伸展及弯曲运动，在船舶、汽车、机械手、升降机等领域均有应用。该线束不仅需要考虑电信号设计，还需考虑线束的结构设计，保证在弯折耐久运动过程中线束不发生破损、断裂等异常导致产品故障。
2 线束结构设计
弯折耐久线束运动段两端固定点，其中一固定点相对静止，另一固定点进行反复相对运动。线束结构设计时，线束运动段的设计应关注线束运动的三个位置：线束弯折极限位置、平衡点、线束伸展极限位置;当线束伸展至极限位置时，必须预留一部分线长来克服两运动点之间的最大远离距离。
在各运动位置，线束均应满足最小弯曲半径为5倍线束外径要求，线束弯折半径越大，弯折耐久性能越优。
线束布置时应选择机构中运动幅度较小的位置进行布置，线束弯折区域两端固定点可使用注塑橡胶与金属卡扣或支架进行安装固定，布置时应防止线束的应力集中现象，特别是线束的接头、固定点位置，线束布置时还应避免线束的扭曲，以提高线束的耐久性能。线束在运动时应避免与其余机构件产生干涉和摩擦，不存在被钣金割伤的风险，保持足够的安全距离。
弯折耐久线的线束需选择特种软电线[1]，电线绝缘材料均为高弹性体，具备优异的耐高低温、弯曲性、柔软性等特点，且有光滑、耐磨外绝缘层对电线进行防护。
电线的导体应选择多股软铜丝，保证线束的弯折耐久性能，表1为电线按照ISO 14572标准[2]中测试方法所做的弯折耐久测试，从弯折耐久测试数据可见：相同截面积的电线，导体芯数越多，单丝外径越细，线束的弯折耐久性能越优，实验数据如表1所示。
3 运动仿真分析
产品设计完成后，可采用线束运动仿真[3]来分析线束在运动状态下的应力应变，运动走向，运动干涉和运动包络等。通过运动仿真，可以在软件里模拟产品结构设計和安装的合理性，可行性。
根据产品的结构，安装环境，固定方式，运动行程构建仿真模型[4]。先将产品模型进行有限元网格划分。设定电线材料，护套材料参数以及约束条件，通过仿真分析对产品的设计风险进行优化改进。
通过仿真分析得出在线束固定位置线束承受较大应力应变[5]，存在应力集中现象。通过优化固定点结构、变更固定点位置，运动线长校核等方式来改善该固定点的应力应变集中现象，提高线束的弯折耐久性能。
通过对线束运动段的运动仿真分析，能一定程度上反应线束的弯折耐久性能，对产品的结构设计有较大帮助。
4 耐久试验验证
弯折耐久线束除了常规电性能测试外，一般需要进行弯折耐久测试验证，以验证产品是否满足弯折耐久的使用环境要求，有的产品根据其使用环境需要验证在不同环境温度条件下的弯折耐久性能，表2为某产品的弯折耐久测试标准。
根据产品的弯折耐久测试要求，设计图1所示实验设备用于验证弯折耐久线束的耐久性能，该设备由伺服电机、齿轮、丝杆、导轨、滑块、线束安装结构、电控箱、人机交互界面等组成，通过PLC软件编程控制伺服电机正反转运动，齿轮、丝杆、导轨结构实现线束安装板的上下反复运动，将产品运动段其中一端安装在左边固定安装板固定，另一端安装在运动安装板上，即可使线束进行反复耐久运动。
通过实验设备上面的结构可调节固定点和运动点之间X、Y、Z三个方向的相对位置关系，使产品的安装固定位置、固定方式及与实际应用安装结构一致。产品的运动幅度、运动频率均可通过软件编程、人机交互界面设置，以满足不同实验条件的需求。
当需要验证不同温度条件下的弯折耐久性能，可将设备放置于温控箱内，设置温控箱的温度，即可验证产品在不同环境温度条件下的弯折耐久性能。
实验前通过人机交互界面设置弯折耐久次数，频率，振幅等参数，产品在测试过程中监测电信号的连续性和阻值变化，判定实验过程中是否有线芯断裂失效发生，同时会记录发生线芯弯折断裂失效时的耐久次数，图2为某产品的失效次数和产品失效照片。
5 总 结
本文主要介绍了弯折耐久线束的结构设计，材料选择要求，并运用运动仿真软件辅助分析产品结构设计和安装的合理性，通过仿真分析对产品的设计风险进行优化改进，最后通过设计实验来验证产品的耐久性能，对弯折耐久线束产品开发过程中产品质量进行监控和管理，对弯折耐久线束的设计具有一定的指导意义，以满足客户应用要求。
参考文献
[1]汪景璞，邹元传.电缆材料.机械工业出版社，1983.
[2]ISO 14572 Test methods and requirement for basic and high performance cables.International Standard，2011.
[3]陈海平，熊 召，刘长春.Top-Down设计模式下的机构运动仿真.新型工业化，2014（03）：65～69.
[4]吕艳蕊，唐 俊，曹晓蕾.电线束三维设计应用分析.汽车电器，2017，8（04）：38～40.
[5]赵启元.橡胶动态应力应变性能.橡胶译丛，1983.
收稿日期：2018-12-7
作者简介：周睿智（1982-），男，江苏南通人，助理工程师，本科，研究方向为船舶工程。
关键词：线束;弯折耐久;耐久测试
中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0170-02
1 概 述
弯折耐久线束指线束在工作过程中需要反复进行伸展及弯曲运动，在船舶、汽车、机械手、升降机等领域均有应用。该线束不仅需要考虑电信号设计，还需考虑线束的结构设计，保证在弯折耐久运动过程中线束不发生破损、断裂等异常导致产品故障。
2 线束结构设计
弯折耐久线束运动段两端固定点，其中一固定点相对静止，另一固定点进行反复相对运动。线束结构设计时，线束运动段的设计应关注线束运动的三个位置：线束弯折极限位置、平衡点、线束伸展极限位置;当线束伸展至极限位置时，必须预留一部分线长来克服两运动点之间的最大远离距离。
在各运动位置，线束均应满足最小弯曲半径为5倍线束外径要求，线束弯折半径越大，弯折耐久性能越优。
线束布置时应选择机构中运动幅度较小的位置进行布置，线束弯折区域两端固定点可使用注塑橡胶与金属卡扣或支架进行安装固定，布置时应防止线束的应力集中现象，特别是线束的接头、固定点位置，线束布置时还应避免线束的扭曲，以提高线束的耐久性能。线束在运动时应避免与其余机构件产生干涉和摩擦，不存在被钣金割伤的风险，保持足够的安全距离。
弯折耐久线的线束需选择特种软电线[1]，电线绝缘材料均为高弹性体，具备优异的耐高低温、弯曲性、柔软性等特点，且有光滑、耐磨外绝缘层对电线进行防护。
电线的导体应选择多股软铜丝，保证线束的弯折耐久性能，表1为电线按照ISO 14572标准[2]中测试方法所做的弯折耐久测试，从弯折耐久测试数据可见：相同截面积的电线，导体芯数越多，单丝外径越细，线束的弯折耐久性能越优，实验数据如表1所示。
3 运动仿真分析
产品设计完成后，可采用线束运动仿真[3]来分析线束在运动状态下的应力应变，运动走向，运动干涉和运动包络等。通过运动仿真，可以在软件里模拟产品结构设計和安装的合理性，可行性。
根据产品的结构，安装环境，固定方式，运动行程构建仿真模型[4]。先将产品模型进行有限元网格划分。设定电线材料，护套材料参数以及约束条件，通过仿真分析对产品的设计风险进行优化改进。
通过仿真分析得出在线束固定位置线束承受较大应力应变[5]，存在应力集中现象。通过优化固定点结构、变更固定点位置，运动线长校核等方式来改善该固定点的应力应变集中现象，提高线束的弯折耐久性能。
通过对线束运动段的运动仿真分析，能一定程度上反应线束的弯折耐久性能，对产品的结构设计有较大帮助。
4 耐久试验验证
弯折耐久线束除了常规电性能测试外，一般需要进行弯折耐久测试验证，以验证产品是否满足弯折耐久的使用环境要求，有的产品根据其使用环境需要验证在不同环境温度条件下的弯折耐久性能，表2为某产品的弯折耐久测试标准。
根据产品的弯折耐久测试要求，设计图1所示实验设备用于验证弯折耐久线束的耐久性能，该设备由伺服电机、齿轮、丝杆、导轨、滑块、线束安装结构、电控箱、人机交互界面等组成，通过PLC软件编程控制伺服电机正反转运动，齿轮、丝杆、导轨结构实现线束安装板的上下反复运动，将产品运动段其中一端安装在左边固定安装板固定，另一端安装在运动安装板上，即可使线束进行反复耐久运动。
通过实验设备上面的结构可调节固定点和运动点之间X、Y、Z三个方向的相对位置关系，使产品的安装固定位置、固定方式及与实际应用安装结构一致。产品的运动幅度、运动频率均可通过软件编程、人机交互界面设置，以满足不同实验条件的需求。
当需要验证不同温度条件下的弯折耐久性能，可将设备放置于温控箱内，设置温控箱的温度，即可验证产品在不同环境温度条件下的弯折耐久性能。
实验前通过人机交互界面设置弯折耐久次数，频率，振幅等参数，产品在测试过程中监测电信号的连续性和阻值变化，判定实验过程中是否有线芯断裂失效发生，同时会记录发生线芯弯折断裂失效时的耐久次数，图2为某产品的失效次数和产品失效照片。
5 总 结
本文主要介绍了弯折耐久线束的结构设计，材料选择要求，并运用运动仿真软件辅助分析产品结构设计和安装的合理性，通过仿真分析对产品的设计风险进行优化改进，最后通过设计实验来验证产品的耐久性能，对弯折耐久线束产品开发过程中产品质量进行监控和管理，对弯折耐久线束的设计具有一定的指导意义，以满足客户应用要求。
参考文献
[1]汪景璞，邹元传.电缆材料.机械工业出版社，1983.
[2]ISO 14572 Test methods and requirement for basic and high performance cables.International Standard，2011.
[3]陈海平，熊 召，刘长春.Top-Down设计模式下的机构运动仿真.新型工业化，2014（03）：65～69.
[4]吕艳蕊，唐 俊，曹晓蕾.电线束三维设计应用分析.汽车电器，2017，8（04）：38～40.
[5]赵启元.橡胶动态应力应变性能.橡胶译丛，1983.
收稿日期：2018-12-7
作者简介：周睿智（1982-），男，江苏南通人，助理工程师，本科，研究方向为船舶工程。