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電線電纜結構設計與物料用量計算
點擊次數：3702 更新時間：2008-03-06
電纜結構設計是把線材各組成部分參數書面化.在設計過程中,主要是根據線材的有關標準,結合本廠的生產能力,盡量滿足客戶要求.并把結果以書面形式表達出來,為生產提供依據. 物料用量計算是根據設計線材時選用的材料及結構參數,計算出各種材料的用量,為會計部計算成本及倉儲發料提供依據.
導體部分有關設計與計算:
導體在結構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.在設計過程中,對于不同的線材選用這些導體材料時,基于下面幾個方面:
1.線材的使用場所及后序加工方式.
2.導體材料的性能:導電率,耐熱性.抗張強度.加工性.彈性系數等.
1.導體絞合節距設計:
絞線中絞合節距大小一般根據絞合導體線規選取主要針對UL電子線系列, 電源線,UL444系列,CSA TR-4系列對導體的節距有要求,需根據標準設計,有時為了改善某種性能可選其它的節距.如通信線材為了降衰減選用小節距,為了提供好的彎曲性能選用較小的節距.下面的節距表選擇表是針對UL電子線.
美制線規對應截面積及絞線節距
美制線規 標稱截面積 zui小截面積 節距
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.多根絞合導體絞合外徑計算:
導體絞合采用束絞方式進行,絞合外徑采用下面兩種方法計算:
方法1:
方法2:
d----單根導體的直徑
D---絞合后絞合導體外徑
N---導體根數
上述兩種方法中,方法2比較適合束絞方式導體絞合外徑計算：
3.導體用量計算:
1.單根導體
2.絞合導體
d----單根導體直徑
ρ—導體密度
N---導體絞合根數
λ---導體絞入系數
注:用量計算為單芯時導體用量,當多芯時須考慮芯線絞合時的絞入系數.
4.導體防氧化.
為防止導體氧化, 可在導體絞合時, 加BAT或DOP油（如電源線，透明線）。
押出部分有關的設計與計算:
押出部分包括絕緣押出.內被押出及外被押出,在押出過程中,因對線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.
1.押出料的選擇:
設計過程中押出料的選擇主要根據膠料的用途、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主要根據線材有關標準,結合廠內設備生產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纜芯內容物＊ρ
ρ-----膠料密度.
考慮到線材的公差, 現期線纜企業一般采用下面計算方法.
W=3,14159＊1.05＊T＊2＊D+T＊ ρ
芯線絞合有關設計與計算:
芯線絞合國內稱為成纜，是大多數多芯電纜生產的重要工序之一。由若干絕緣線芯或單元組絞合成纜芯的過程稱芯線絞合。其原理類似如導體絞合，芯線絞合的一般工藝參數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芯線及其它高發泡絕緣芯線。以下分幾個方面敘述芯線絞合的工藝參數計算:
1.對絞:
對絞線的等效外徑:
D=1.65d或1.71d
軟質用1.65d,硬質用1.71d,sometimes D=1.86d
復對絞線等效外徑﹕
D=2.6d
多對數絞線等效外徑﹕
對絞節距.
根據對絞組對數,芯線外徑選取.
2. 多芯絞合:
絞合外徑當芯線根數不多時,按正規絞合計算.見下表.
芯線排列方式及芯線絞合外徑計算可根據下表:
芯數 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
當芯線根數較多并線徑較小的情況下,可按束絞近似計算導體絞合外徑計算公式
絞合節距
一般絞合節距取絞合外徑的15~20倍.有時為了改善線材性能,可選擇合適的節距.如為了改善線材的彎曲性能降低絞合節距.USB電纜為了減小芯線變形,采用大節距.
3. 有關絞合中的基圓直徑.節圓直徑.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圓,其直徑為節圓直徑.
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
節圓直徑為D’ D’=D0+d
絞合外徑為DD=D’+d
4.絞入系數:
芯線絞合的絞入系數為1+圓周率X絞合外徑/絞合節距的二次方.
D----絞合外徑.
H----絞合節距.
在絞線過程中,對于多芯并芯線分層的情況,雖然為束絞,各層芯線絞入系數并不相同.為了保守起見,增大安全系 數,并且減化計算,所以在上述絞入系數的計算中D采用芯線絞合的絞合外徑理論上,各層的絞合系數應為節圓直徑代入上式計算.
斜包有關的設計與計算
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構設計:
1.斜包的銅線根數近似計算:
整數部分
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。
此設計中的D斜包前外徑，相當絞線中基圓直徑。從理論計算上講,要達到100斜包D應采用節圓直徑，但為了防止有時因節距選取較少及其它因素而產生過滿容易起股。所以D采用斜包前外徑基圓直徑。在實際生產中，因斜包銅絲一般為0.10mm、0.12mm的細線，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90以上，對線材的性能影響很少。
2.斜包節距的選擇:
斜包節距根據斜包前外徑大小選擇，一般按下面優化節距選取此優化節距考慮到成本、附著力、外觀等方面，并通過長時間生產驗證。
成品外徑 斜包節距
d
3.絞入系數:
斜包的絞入系數為1+圓周率X斜包后外徑/斜包節距的二次方.
D----斜包后外徑.
H----斜包節距.
4.斜包銅線的用量:
d----斜包導體直徑
ρ—斜包導體密度
N----斜包導體根數
λ---斜包導體絞入系數
本文來自: 新e代電子網，是：www.elecm.com : 大量電子、電腦技術資料、書籍、教程下載！
導體部分有關設計與計算:
導體在結構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.在設計過程中,對于不同的線材選用這些導體材料時,基于下面幾個方面:
1.線材的使用場所及后序加工方式.
2.導體材料的性能:導電率,耐熱性.抗張強度.加工性.彈性系數等.
1.導體絞合節距設計:
絞線中絞合節距大小一般根據絞合導體線規選取主要針對UL電子線系列, 電源線,UL444系列,CSA TR-4系列對導體的節距有要求,需根據標準設計,有時為了改善某種性能可選其它的節距.如通信線材為了降衰減選用小節距,為了提供好的彎曲性能選用較小的節距.下面的節距表選擇表是針對UL電子線.
美制線規對應截面積及絞線節距
美制線規 標稱截面積 zui小截面積 節距
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.多根絞合導體絞合外徑計算:
導體絞合采用束絞方式進行,絞合外徑采用下面兩種方法計算:
方法1:
方法2:
d----單根導體的直徑
D---絞合后絞合導體外徑
N---導體根數
上述兩種方法中,方法2比較適合束絞方式導體絞合外徑計算：
3.導體用量計算:
1.單根導體
2.絞合導體
d----單根導體直徑
ρ—導體密度
N---導體絞合根數
λ---導體絞入系數
注:用量計算為單芯時導體用量,當多芯時須考慮芯線絞合時的絞入系數.
4.導體防氧化.
為防止導體氧化, 可在導體絞合時, 加BAT或DOP油（如電源線，透明線）。
押出部分有關的設計與計算:
押出部分包括絕緣押出.內被押出及外被押出,在押出過程中,因對線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.
1.押出料的選擇:
設計過程中押出料的選擇主要根據膠料的用途、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主要根據線材有關標準,結合廠內設備生產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纜芯內容物＊ρ
ρ-----膠料密度.
考慮到線材的公差, 現期線纜企業一般采用下面計算方法.
W=3,14159＊1.05＊T＊2＊D+T＊ ρ
芯線絞合有關設計與計算:
芯線絞合國內稱為成纜，是大多數多芯電纜生產的重要工序之一。由若干絕緣線芯或單元組絞合成纜芯的過程稱芯線絞合。其原理類似如導體絞合，芯線絞合的一般工藝參數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芯線及其它高發泡絕緣芯線。以下分幾個方面敘述芯線絞合的工藝參數計算:
1.對絞:
對絞線的等效外徑:
D=1.65d或1.71d
軟質用1.65d,硬質用1.71d,sometimes D=1.86d
復對絞線等效外徑﹕
D=2.6d
多對數絞線等效外徑﹕
對絞節距.
根據對絞組對數,芯線外徑選取.
2. 多芯絞合:
絞合外徑當芯線根數不多時,按正規絞合計算.見下表.
芯線排列方式及芯線絞合外徑計算可根據下表:
芯數 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
當芯線根數較多并線徑較小的情況下,可按束絞近似計算導體絞合外徑計算公式
絞合節距
一般絞合節距取絞合外徑的15~20倍.有時為了改善線材性能,可選擇合適的節距.如為了改善線材的彎曲性能降低絞合節距.USB電纜為了減小芯線變形,采用大節距.
3. 有關絞合中的基圓直徑.節圓直徑.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圓,其直徑為節圓直徑.
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
節圓直徑為D’ D’=D0+d
絞合外徑為DD=D’+d
4.絞入系數:
芯線絞合的絞入系數為1+圓周率X絞合外徑/絞合節距的二次方.
D----絞合外徑.
H----絞合節距.
在絞線過程中,對于多芯并芯線分層的情況,雖然為束絞,各層芯線絞入系數并不相同.為了保守起見,增大安全系 數,并且減化計算,所以在上述絞入系數的計算中D采用芯線絞合的絞合外徑理論上,各層的絞合系數應為節圓直徑代入上式計算.
斜包有關的設計與計算
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構設計:
1.斜包的銅線根數近似計算:
整數部分
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。
此設計中的D斜包前外徑，相當絞線中基圓直徑。從理論計算上講,要達到100斜包D應采用節圓直徑，但為了防止有時因節距選取較少及其它因素而產生過滿容易起股。所以D采用斜包前外徑基圓直徑。在實際生產中，因斜包銅絲一般為0.10mm、0.12mm的細線，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90以上，對線材的性能影響很少。
2.斜包節距的選擇:
斜包節距根據斜包前外徑大小選擇，一般按下面優化節距選取此優化節距考慮到成本、附著力、外觀等方面，并通過長時間生產驗證。
成品外徑 斜包節距
d
3.絞入系數:
斜包的絞入系數為1+圓周率X斜包后外徑/斜包節距的二次方.
D----斜包后外徑.
H----斜包節距.
4.斜包銅線的用量:
d----斜包導體直徑
ρ—斜包導體密度
N----斜包導體根數
λ---斜包導體絞入系數
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