王存燕

(臨沂市龍立電子有限公司，山東臨沂276017)

1 引言

在電氣控制系統(tǒng)某些有特殊要求的場(chǎng)合(如設(shè)備誤動(dòng)作將產(chǎn)生嚴(yán)重后果)中要求電連接器在插頭插座分離時(shí)有自動(dòng)短路保護(hù)功能，以增強(qiáng)整機(jī)的安全性。也就是說配對(duì)的插頭、插座在相互分離后，插頭中縱向兩插孔自動(dòng)導(dǎo)通，處于自短路狀態(tài)，而插頭、插座插合后，首先實(shí)現(xiàn)接觸件插合，再解除縱向兩插孔的短路功能，恢復(fù)到正常連接狀態(tài)。本文正是針對(duì)這種要求進(jìn)行的產(chǎn)品開發(fā)。

2 自短路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想

圖1 矩形連接器結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 是矩形連接器示意圖。插頭與插座之間有一個(gè)軸向的位移，連接器插合時(shí)，插頭與插座互相靠近，同時(shí)接觸件也逐漸靠近直至完全插合，而當(dāng)分離時(shí)，情況則相反。自短路功能的要求是:當(dāng)配對(duì)的插頭、插座未插合時(shí)，插頭應(yīng)有自短路功能，插合到位時(shí)，插頭自短路功能失效;而當(dāng)配對(duì)的插頭、插座分離后，又自動(dòng)恢復(fù)自短路功能。

可以利用配對(duì)的插頭、插座中存在的軸向位移設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖远搪方Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上述功能。自短路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想可以表述為:當(dāng)連接器未插合時(shí)，短路件(單個(gè)零件或由多個(gè)零件組件而成的部件)將連接器中指定的接觸件互相導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)短路功能;當(dāng)連接器插合時(shí)，短路件產(chǎn)生相應(yīng)的位移或變形，插合到位時(shí)，短路件相互分離，處于短路解除狀態(tài)，而插頭與插座中的接觸件此時(shí)正常連接而導(dǎo)通。當(dāng)連接器分離時(shí)，短路件又產(chǎn)生位移或形變，自動(dòng)逐漸恢復(fù)至原來的位置，重新短路。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是解除和實(shí)現(xiàn)短路均通過矩形連接器正常插合來完成的，無需其他額外的動(dòng)作。

3 簧片式自短路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)矩形連接器的自短路功能，根據(jù)自短路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，在插頭內(nèi)的插孔上增加一個(gè)簧片，在絕緣基座上增加絕緣片。在絕緣片的作用下，簧片隨插頭的位置變化而產(chǎn)生形變，從而實(shí)現(xiàn)短路或短路解除狀態(tài)。具體分析如下:當(dāng)矩形連接器處于非插合狀態(tài)時(shí)，插頭上的短路簧片處于圖2a所示的位置，簧片間因彈性擠壓而相互接觸，插孔間相互連通，形成短路狀態(tài);當(dāng)矩形連接器未完全插合時(shí)，接觸件先接觸，實(shí)現(xiàn)接觸對(duì)的電連接，但用于斷路的插座絕緣片未接觸到短路簧片，插孔接觸件仍處于短路狀態(tài)，如圖2b所示;當(dāng)矩形連接器完全插合時(shí)，如圖2c所示，絕緣片將接地簧片完全隔離，插孔間的短路解除，而插頭與插座中的接觸件正常連通。

當(dāng)矩形連接器分離時(shí)，插座絕緣片先脫離短路簧片，插孔立即自動(dòng)恢復(fù)短路功能，而插頭與插座中的接觸件正常連通。當(dāng)矩形連接器完全分離后，短路簧片及接觸對(duì)又恢復(fù)至如圖2a所示的狀態(tài)。

圖2 矩形連接器插合狀態(tài)

4 簧片式自短路結(jié)構(gòu)的可靠性分析

插頭插孔處于短路狀態(tài)最基本的要求是短路簧片接觸良好，尤其矩形連接器處于振動(dòng)、沖擊及加速度的環(huán)境時(shí)，必須確保接地簧片處于短路狀態(tài)。一般來說，短路簧片選用采用彈性良好的鈹青銅材料，其彎曲形狀簡(jiǎn)潔而有利于加工，將插孔與短路簧片鉚接后，短路簧片的最高點(diǎn)位置超過基座中心0.5～1mm，另一短路簧片裝入后，兩者之間有一定量的預(yù)壓縮，形成正壓力，使得插孔之間具備較好的電氣連接性能，因此，插頭的短路功能是可靠的;當(dāng)矩形連接器完全插合時(shí)，只要保持絕緣片有足夠的強(qiáng)度，且盡可能使絕緣片的寬度大于接地簧片的寬度，插頭上每排插孔間的斷路功能就是可靠的。

另外，并不是短路簧片的預(yù)壓縮量越大越好，適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量所產(chǎn)生的接觸電阻是一個(gè)定值，超過該壓縮量只能增加壓力和摩擦力，其接觸電阻并無明顯的減少，自短路結(jié)構(gòu)要求的接觸電阻不超過10毫歐即可，經(jīng)測(cè)試，本文設(shè)計(jì)的簧片結(jié)構(gòu)的接觸電阻符合要求。本公司的產(chǎn)品實(shí)物如圖3所示。

圖3 矩形連接器實(shí)物圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本公司生產(chǎn)的帶有簧片式自短路結(jié)構(gòu)的矩形連接器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并應(yīng)用于所開發(fā)的大電流8芯電氣控制設(shè)備以及其它電力系統(tǒng)中，產(chǎn)品在使用過程中展示了其很高的安全性、可靠性和耐用性?，F(xiàn)正集中精力對(duì)其展開進(jìn)一步的開發(fā)和拓展，使產(chǎn)品系列化、規(guī)模化。

［1］ CNCA－01C－005:2011電氣電子產(chǎn)品類強(qiáng)制性認(rèn)證實(shí)施細(xì)則:工業(yè)用插頭插座和耦合器［S］.

［2］ IEC 61984:2001 Connectors－ safety requirements and tests［B］.

［3］ Connectors，Electrical，Rectangular，Micro － miniature，Polarized Shell，General Specification for MIL －DTL－83513G.

［4］ 張興福.防止連接器觸件軸心偏移的常用設(shè)計(jì)方法分析［J］.機(jī)電元件，2013，33(4):3－7.

［5］ 張磊，陳雁.航天器用微矩形電連接器的一種新選擇［J］.機(jī)電元件，2012，32(5):50－53.