中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所 王道巖
淺談航天產(chǎn)品中電連接器的選用
中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所 王道巖
電連接器是航天系統(tǒng)工程廣泛使用的重要配套接口元件,從系統(tǒng)、分系統(tǒng)、機(jī)柜等任何一個(gè)電連接器失效都將導(dǎo)致航天系統(tǒng)工程的失敗,正確選用電連接器是保證其使用可靠性的前提條件。因此,航天電連接器選用時(shí)的可靠性可以確保航天產(chǎn)品的可靠性,有著重要的意義。
電連接器;選用;可靠性
航天產(chǎn)品中電連接器是負(fù)責(zé)控制航天產(chǎn)品整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的電力傳輸、信號(hào)控制、數(shù)據(jù)傳輸。在產(chǎn)品的整個(gè)系統(tǒng),各部件的子系統(tǒng),機(jī)柜的控制單元,印刷電路板的每個(gè)可更換的獨(dú)立單元插座中,電連接器都存在并且選用的失敗會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的失敗。因此,在航天電連接器設(shè)計(jì)選用上,需要保證使用的可靠性,對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的工程可靠性具有十分重要的意義。要正確使用電連接器,我們必須了解現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的品種,規(guī)格,性能和具體使用的場(chǎng)合,對(duì)生產(chǎn)出的電連接器質(zhì)量要進(jìn)行試驗(yàn),并了解相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。選用過程中要注意電連接器的機(jī)械參數(shù),環(huán)境參數(shù),安全參數(shù),尺寸,重量及安裝方式,并可以參照產(chǎn)品說明書,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議等等,從各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)選用的電連接器可靠性進(jìn)行分析。
連接器是連接電氣線路的機(jī)電元件,正確選擇和使用電連接器是保證電路可靠性的一個(gè)重要方面。電連接器的型號(hào)種類很多,選擇連接器不是一件容易的事,要選擇適合產(chǎn)品的連接器需要仔細(xì)的篩查。例如,連接器的大小,絕緣的類型,金屬的類型和鍍層的種類,安裝的方法等,都直接關(guān)系到系統(tǒng)的空間,性能要求和互連的要求。用戶可以從連接器的產(chǎn)品說明書入手,了解所選用的連接器基本情況,從性能要求中選擇一個(gè)滿意的連接器。
2.1 環(huán)境參數(shù)要求
電連接器使用過程中存在不同的環(huán)境,因此選擇預(yù)定環(huán)境條件的適當(dāng)?shù)倪B接器。
環(huán)境溫度——連接器的工作環(huán)境的溫度是由金屬材料和連接器中的絕緣材料來確定。
大氣壓力——在高海拔地區(qū)空氣稀薄,耐壓性能會(huì)下降。
水分——對(duì)裝置外部連接器,經(jīng)常要考慮環(huán)境條件的濕氣,滲水和污染。在這種情況下,應(yīng)該選擇更好的密封連接器。
腐蝕環(huán)境——可根據(jù)產(chǎn)品使用的不同的腐蝕性的環(huán)境中,所選擇的對(duì)應(yīng)的電鍍的連接器。
2.2 電參數(shù)要求
在電連接器的型號(hào)選擇上,要考慮所選產(chǎn)品的三個(gè)電參數(shù),電壓、電流和電阻。
接觸電阻——對(duì)于低阻抗電路時(shí),接觸電阻是當(dāng)連接器被連接在串聯(lián)電路中的一個(gè)重要參數(shù)。
最大電流——由接收電連接器及其端子電線的數(shù)量限制。
最大電壓——取決于電路間隙(即接觸間距和爬電距離),并考慮使用的絕緣材料。
2.3 機(jī)械參數(shù)要求
在連接器的選擇上,要考慮連接器的空間和尺寸限制,以及其他的物理特性。
振動(dòng)與沖擊——根據(jù)期望的振動(dòng)和沖擊要求,選擇適當(dāng)?shù)倪B接器。由于飛機(jī)和導(dǎo)彈飛行速度的增加,振動(dòng)和沖擊加劇,造成絕緣的固定板斷裂,導(dǎo)線和外殼接觸,甚至造成配合部件的分離,特別是在更嚴(yán)重的振動(dòng)震動(dòng),彈性絕緣安裝板之間的外殼有阻尼或緩沖效果。
鎖緊方式——振動(dòng)過程中容易引起連接器分離,一般的鎖緊方式是螺紋連接加安全保險(xiǎn)線,而卡口鎖緊方式不僅抗振性能好,而且連接迅速;推拉式連接拔插速度較快,適用于總分離力不大的連接器。
安裝方法——分為前部安裝和后部安裝,安裝方法是鉚釘,螺釘,夾具或連接器本身彈簧鎖快速鎖定。
定位鍵——為了防止類似連接器的錯(cuò)誤匹配,也可以使用幾個(gè)定位鍵結(jié)構(gòu)。
維修要求——由于在修復(fù)過程中存在一定的損耗和變形,實(shí)際情況與預(yù)期的連接分離不一致,應(yīng)當(dāng)考慮到可能的維護(hù)條件來選擇合適的終止方法,安裝方法,允許配合力等。
2.4 安全參數(shù)要求
絕緣電阻——主要受絕緣材料、溫度、濕度、污損等因素的影響。
耐壓——主要受絕緣體材料、環(huán)境溫濕度、爬電距離、接觸對(duì)間距、大氣壓力的影響。
3.1 連接與分離操作
卡口式圓形電連接器。連接時(shí),先將插頭上的鍵槽與插座上的鍵對(duì)準(zhǔn),然后將插頭插入插座,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊套,直到感覺有卡釘落入螺旋槽槽孔的震感或發(fā)出“咔嚓”聲為止,并檢查鎖緊套是否在到位指示處或卡釘是否進(jìn)入槽孔。分離時(shí),稍向前推鎖緊套,并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊套解鎖,然后順勢(shì)向后拉開即可分離。
螺紋式圓形電連接器。連接時(shí),先將插頭上的鍵槽與插座上的鍵對(duì)準(zhǔn)后,將插頭插入插座,旋轉(zhuǎn)鎖緊套至鎖緊到位指示線或退刀槽處,直至擰不動(dòng)為止,即連接到位。分離時(shí),逆時(shí)針旋松鎖緊套,直至插頭與插座分離。
推拉式圓形電連接器。連接時(shí),先將插頭上的鍵槽與插座上的鍵對(duì)準(zhǔn)后,順勢(shì)用力推進(jìn)鎖緊套將插頭插入到插座內(nèi),直到感覺有小圓球被彈入環(huán)形槽孔內(nèi)的震感或發(fā)出“咔噠”聲為止,并檢查鎖緊套是否到位或小圓球是否進(jìn)入槽孔。分離時(shí),用力拉出鎖緊套,即可使插頭彈出插座。
3.2 固定操作
應(yīng)由安裝電連接器尺寸附圖中說明,在固定面板上配打電連接器安裝孔,并牢牢地固定在預(yù)定位置,利用螺紋鎖緊設(shè)備。用于安裝固定電連接器的面板和框架應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,以滿足航天環(huán)境要求。當(dāng)連接插頭和插座是非定位殼體固定側(cè)的電連接器中,為了確保固定插頭和插座對(duì)準(zhǔn),應(yīng)固定在配合狀態(tài)。在一個(gè)特定的設(shè)備環(huán)境中,無(wú)論是化學(xué),物理,或在電性能方面,封裝性能不得改變灌封措施的保護(hù)。電連接器上的電纜或電線應(yīng)該連接并固定。一些電連接器,以防止松動(dòng)或脫落掛鉤應(yīng)采取保險(xiǎn)措施,加強(qiáng)保險(xiǎn)。
操作人員應(yīng)充分了解所要操作的電連接器操作方法,以保證正確操作。連接前,核實(shí)其型號(hào)是否對(duì)應(yīng),并保證相互證連接時(shí)正確定位;連接后,應(yīng)確保電連接器的連接到位。電連接器在未正確連接到位并完全鎖緊前,禁止通電。電連接器對(duì)接或分離時(shí),應(yīng)盡量使插頭和插座的軸心線重合,并且要扶正電纜,避免插頭受到切向力的作用,防止電纜下垂導(dǎo)致電連接器的損壞。
3.3 可靠性預(yù)計(jì)
對(duì)國(guó)產(chǎn)電連接器的失效率可采用國(guó)軍標(biāo)GJB/Z299B-98“電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)”進(jìn)行預(yù)計(jì),可根據(jù)下式求出。
λp=λb×πE×πQ×πP×πK×πC
式中:λp—工作失效率;λb—基本失效率;πE一環(huán)境系數(shù);πQ—質(zhì)量系數(shù);πP—接觸件系數(shù);πK—插拔系數(shù);πC—插孔結(jié)構(gòu)系數(shù)。
對(duì)進(jìn)口電連接器的失效率可采用美軍標(biāo)MIL-HDBK-217E“電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)”進(jìn)行預(yù)計(jì),可根據(jù)下式求出。
λp=λb×πE×πP×N λcyc
式中:N—工作插腳數(shù),對(duì)于插拔率≤40次/1000h的電連接器,λcyc項(xiàng)可忽略不計(jì)。
如何選擇適用的電連接器是一個(gè)復(fù)雜的工作,必須對(duì)電連接器的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行掌握,根據(jù)產(chǎn)品說明書信息進(jìn)行分析,再加上試驗(yàn)的準(zhǔn)確分析才能做出判斷,在選型過程中還要結(jié)合自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)互連件的要求,充分理解電氣,結(jié)構(gòu),環(huán)境和功能,以選擇最適當(dāng)?shù)碾娺B接器。航天電連接器制造商主動(dòng)從使用領(lǐng)域進(jìn)行信息收集,對(duì)電連接器的功能和操作需求進(jìn)行分析,開發(fā)和生產(chǎn)新的質(zhì)量可靠的產(chǎn)品,更好的設(shè)計(jì)一流的產(chǎn)品以適應(yīng)航天事業(yè)的發(fā)展需要。
[1]楊?yuàn)^為.航天用電連接器的可靠性研究[J].上海航天,2007(1).
[2]楊?yuàn)^為.航天用電連接器的選用[J].電子元件,2011(2).
[3]楊?yuàn)^為.航天電連接器的可靠性分析與試驗(yàn)[J].質(zhì)量與可靠性,2015(5).
[4]國(guó)軍標(biāo)GJB/Z299B-98“電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)”[K].
[5]美軍標(biāo)MIL-HDBK-217E“電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)”[K].
王道巖(1976-),電子裝聯(lián)高級(jí)工,從事雷達(dá)整機(jī)電子裝聯(lián)技術(shù)研究。