葉 宇，王慶霞

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

隨著數(shù)字信息傳輸?shù)膹V泛應用，對電連接器提出了集成化、模塊化、小型化、高密度化等要求。近年來，我國工程建設步伐加快，對在軌維修、更換提出了更高的要求，研制集信號、電源、同軸、三同軸、四芯差分、光纖等一體化耐環(huán)境框架面板組合式矩形電連接器已經(jīng)迫在眉睫。

2 框架式電連接器設計

插頭總體結構由插頭外殼、插頭基座合件、固定板、定位銷、壓板、浮動螺釘、屏蔽簧片、鎖緊片組成，見圖1所示?；霞牟孱^外殼尾端裝入，其前端臺階卡在外殼內(nèi)腔的基座定位臺階處，尾端臺階與外殼法蘭端面齊平；固定板用螺釘鎖緊后便可將基座合件卡在外殼內(nèi)部。屏蔽簧片通過鎖緊片鎖緊，定位銷采用壓板固定于外殼，浮動鉚管與外殼孔間設計為間隙，浮動功能靠此間隙實現(xiàn)。

圖1 插頭總體結構示意圖

插座總體結構由插座外殼、插座基座合件、壓板、固定板、定位套組成，見圖2所示?；霞c插座外殼的固定方式也與插頭相同，固定結構及尺寸完全相同，定位套采用壓板固定于外殼。

圖2 插座總體結構示意圖

3 技術研究方案

根據(jù)機柜設備系統(tǒng)外形及安裝要求，對照現(xiàn)有成熟產(chǎn)品連接器進行優(yōu)化設計，即所具備的高可靠、耐環(huán)境、高密度、浮動并帶屏蔽功能、已在多種場合得到廣泛應用，并具備集成化、通用化、標準化、系列化，便于系列擴展和推廣應用等特點，開展空間用框架面板組合式矩形電連接器的技術研究。

3.1 真空高電壓高密度多芯絕緣安裝板技術方案

單模塊芯數(shù)多達150芯(#22接觸件)，最小間距為2.54 mm×2.54 mm，耐電壓最高為1 500 V，為滿足標準化設計，每種模塊外形尺寸均一致，故不能按常規(guī)的增大絕緣安裝板組件內(nèi)部接觸件間的節(jié)點間距來實現(xiàn)，須在滿足節(jié)點間距2.54 mm×2.54 mm的條件下增加爬電距離(即可能存在的空氣隙的最大長度)來實現(xiàn)。為此，我們可通過增大上下絕緣板粘接面爬電距離，配合界面采用方形凹凸臺階結構等途徑來實現(xiàn)，增大爬電距離可提高空氣擊穿電壓，進而提高此處的耐電壓能力。

3.2 多規(guī)格接觸件集成技術方案

為實現(xiàn)一個絕緣安裝板上同時傳輸?shù)皖l(22#)、電源(20#、16#、12#)、四同軸(差分)、三同軸(1553B)等，且安裝面板間存在大范圍公差帶，接觸對須保證超長的有效插合長度，保證設備間電源、信號電路的正常連接和斷開。為此，絕緣安裝板須進行特殊的結構設計，不同規(guī)格接觸件對接界面不同，22#接觸件采用座裝孔、頭裝針的方式，低頻、電源接觸件插針采用錐形設計方式，保證連接器較長的插合長度和正常導向插合。

3.3 防結露技術方案

按要求，在環(huán)境溫度(21±4)℃，相對濕度大于70%，連續(xù)進行240h，24h測試一次連接器的絕緣電阻大于20MΩ，為此，可采用封線體、O型圈等橡膠密封件結構。

通過讓封線體壓縮包裹接觸件尾端導線，實現(xiàn)連接器尾端各接觸件之間的密封，消除或阻斷接觸件間的空氣隙，阻斷此處露水傳輸通道。連接器插合端間隙較大，連接器插合后，水汽容易沿插頭外壁(或插座內(nèi)壁)侵入型腔、結露，從而影響產(chǎn)品絕緣性能，因此在插頭外壁增加O型腔，連接器插合時，通過O型腔擠壓變形(變形量不小于0.2 mm)，實現(xiàn)對結露的阻隔，降低結露對產(chǎn)品絕緣性能的影響。

3.4 大芯數(shù)連接器低插拔力技術方案

由于接觸件數(shù)量非常大，對總的插拔力要求較高，因此單個接觸件其插拔力影響較大，特別考慮芯數(shù)較多的22#、20#接觸件，22#、20#接觸件采用低插拔力鷹爪插孔，插針頭部采用帶錐度結構，通過尺寸鏈核算，優(yōu)化接觸件固定結構，進一步降低整體插拔力。

4 解決措施及實施效果

根據(jù)以上分析，本研究擬在現(xiàn)有連接器平臺基礎上進行結構改進和功能升級，深入研究耐環(huán)境連接器需達到的功能與可采用的結構之間的關系，通過綜合對比進而確定最優(yōu)的方法途徑，本研究擬采用的解決措施如下：

4.1 真空高電壓高密度多芯絕緣安裝板結構設計

本研究連接器采用接觸件可拆卸結構，絕緣安裝板設計為上、下兩體式以便固定撐簧圈，如圖3所示，連接器中電壓擊穿的薄弱部位為接觸件孔位間的絕緣安裝板，以及上、下絕緣安裝板粘接面。為了提高耐電壓能力，可通過提高爬電距離，將接觸件孔位間的絕緣安裝板界面設計為方形凹凸臺階狀(見圖4)來實現(xiàn)。上、下絕緣安裝板采用環(huán)氧

圖3 絕緣安裝板粘接界面結構設計

圖4 絕緣安裝板

膠進行粘接固定，環(huán)氧膠的介電強度遠高于空氣，可消除或阻斷絕緣安裝板粘接界面上的空氣隙(放電通道)，避免接觸件孔位間空氣擊穿。

由于孔位排列為矩形2.54mm×2.54mm，做成方形凸臺，并采用高低錯位結構，采用該結構后，運輸過程中不易被損壞，從而保證粘接后滿足耐電壓1500V。

4.2 多規(guī)格接觸件集成設計

機柜式連接器本身無設計鎖緊機構，靠對接機構的對接保證插合到位，由于對接可能存在較大誤差，這就要求接觸對具有較長的插合長度來彌補對接機構的對接誤差，且機構在對接過程中，對連接器施力進行強制性插合，其對接條件較手握對接更惡劣，本研究采用的多規(guī)格接觸件集成設計固定結構見圖5所示。連接器采用插頭基座合件組裝插孔接觸件(22#接觸件組裝插針)，插座基座合件組裝插針(22#接觸件組裝插孔)，以此來獲取超長的有效插合深度，插合時接觸件有較高的強度來自動導正插合。

圖5 多規(guī)格接觸件集成設計結構

4.3 防結露結構設計

本項目連接器為可拆卸式接觸件，為滿足防結露設計，尾端采用封線體對導線密封，防止水汽進入影響產(chǎn)品絕緣性能，此外，還可對導線起到固定限位作用。連接器插合端結構采用圖6結構，機柜用連接器插合端間隙較大，連接器插合后，水汽容易沿插頭外壁(或插座內(nèi)壁)侵入型腔、結露，從而影響產(chǎn)品絕緣性能，因此在插頭外壁增加O型腔，連接器插合時，通過O型腔擠壓變形(變形量不小于0.2mm)，實現(xiàn)對結露的阻隔，降低結露對產(chǎn)品絕緣性能的影響。

1-插頭外殼，2-插座外殼，3-O型圈

4.4 大芯數(shù)連接器低插拔力設計技術

為降低連接器整體插拔力，本研究采用如下設計：

a)采用低插拔力鷹爪插孔

鷹爪插孔結構示意見圖7所示。該鷹爪插孔接觸對結構具有以下優(yōu)點：

圖7 鷹爪插孔結構示意圖

1)接觸件有3個接觸瓣周圈均布，簧圈采用模具成型，一致性好，接觸點數(shù)目比開槽式接觸件多，且周圈受力比單側受力更均衡；

2)該方式均能夠保證插針正常插合而不損壞接觸瓣；接觸件簧圈放于插孔內(nèi)部，通過插孔口部翻鉚固定及限位。

3)簧爪口部采用較大的圓角，插針插入時平穩(wěn)順暢，插入力小，插拔壽命長(可達5000次以上)。

b)插針均采用錐形設計

為降低整體插入力，插針頭部采用帶錐度結構，兩接觸件在對接過程中，插孔接觸瓣變形較緩慢，壓力較小，則摩擦力較小，達到插入力較小的目的，結構如圖8所示。

圖8 錐形插針結構示意圖

c)優(yōu)化接觸件固定結構

因產(chǎn)品芯數(shù)較多，不僅嚴格控制單個接觸件插拔力，接觸件裝配進絕緣安裝板晃動量大，也將導致插合與分離時插拔力過大，并減小接觸件與絕緣安裝板配合間隙，接觸件與絕緣安裝板的固定采用過渡配合，可明顯降低連接器整體插拔力。

5 結束語

通過本技術研究，使我國在耐環(huán)境電連接器核心技術方面取得突破，打破歐美發(fā)達國家在關鍵元器件上的技術壟斷，通過自主研發(fā)掌握核心技術，實現(xiàn)關鍵元器件的自主可控，填補了國內(nèi)耐環(huán)境用框架面板矩形電連接器的空白，推動空間站自主可控建設步伐，同時為國家節(jié)省大量外匯，并推動我國電連接器行業(yè)向技術難度更大、經(jīng)濟附加值更高的方向發(fā)展，具有深遠影響和重要現(xiàn)實意義。