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摘要：拉脫分離式連接器多用在特種行業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)該類連接器的研發(fā)實(shí)力及產(chǎn)品質(zhì)量均得到了較大的提升。本文就拉脫分離電連接器的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，同時(shí)，以拉桿式拉脫分離電連接器為例，對(duì)連接分離機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了概述。

關(guān)鍵詞： 拉脫;分離;連接器

1 引言

拉脫分離式連接器是一種具有耐極端環(huán)境、電(光)信號(hào)傳輸穩(wěn)定、分離可靠性高等特點(diǎn)的電連接器，主要應(yīng)用于高空飛行器的分離裝置上和其它特定環(huán)境中的電(光)信號(hào)傳輸設(shè)備中。

例如，安裝在飛行器艙壁的拉脫分離式連接器，當(dāng)飛行器的外罩部分與主體分離時(shí)，分離連接器插座必須承受非常高的氣動(dòng)熱高溫，不能出現(xiàn)分離連接器插座燒蝕引起飛行器外形的改變，從而保護(hù)飛行器內(nèi)部電路不會(huì)出現(xiàn)故障。

隨著超高音速武器和太空武器的發(fā)展，迫切需要更高性能的拉脫分離式連接器。因此，加強(qiáng)、加快更高性能的拉脫分離式連接器的研發(fā)才能夠滿足武器裝備的迫切使用需求。

1.1國(guó)外主要現(xiàn)狀

國(guó)外主要生產(chǎn)廠商有美國(guó)的CANNON、G&H、DEUTSCH、AMPHENOL和法國(guó)的SOURIAU、FCI等公司，均為定制產(chǎn)品，所生產(chǎn)的分離脫落電連接器有電爆、拉桿、切面、電磁、拉線等分離形式;如MIL-C-38999系列拉線分離產(chǎn)品，多為航空飛行器所應(yīng)用;如可控級(jí)間或底部助推分離連接器、可拉脫連接器等，均為空間設(shè)備定制連接器產(chǎn)品。SOURIAU公司研制的供電脫落連接器見(jiàn)下圖。

圖1 SOURIAU公司研制的供電脫落連接器

該類連接器用于飛行器和供電信號(hào)、電源、1553B數(shù)據(jù)總線以及冷卻液導(dǎo)管的底座之間的互連，飛行器側(cè)的每一條連接器線束均為封閉結(jié)構(gòu)，在飛行器升空時(shí)拉動(dòng)拉線脫落。

圖2 SOURIAU公司研制的拉線分離連接器

上圖所示連接器為SOURIAU公司研制的MIL-C-38999系列拉線分離連接器產(chǎn)品，具有拉脫分離功能，可以光電接觸件混裝，實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的集成傳輸。

1.2國(guó)內(nèi)主要現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)拉脫分離式連接器的發(fā)展相對(duì)較晚，目前研發(fā)、生產(chǎn)該類連接器產(chǎn)品的廠家主要有杭州航天電子技術(shù)有限公司、中航光電股份有限公司、貴州航天電器股份有限公司、沈陽(yáng)興華航空電器有限責(zé)任公司等。相關(guān)代表產(chǎn)品有YF5系列(見(jiàn)圖3)、YF6系列(見(jiàn)圖4)中心拉桿分離電連接器，J599/31系列拉線分離連接器等。

圖3 YF5系列分離電連接器

圖4 YF6系列分離電連接器

圖5 J599/31系列拉線分離電連接器

2 拉脫分離式連接器工作程序

通常情況下，分離電連接器的設(shè)計(jì)研發(fā)均有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可做參考。如J599/31系列拉線分離電連接器為符合MIL-DTL-38999/31和GJB1188A標(biāo)準(zhǔn)的連接器產(chǎn)品;具有三頭螺紋快速連接、拉脫分離、帶有防松機(jī)構(gòu);具有接觸體可取送、防磕碰、防斜插、防錯(cuò)差功能以及優(yōu)良的耐環(huán)境性能(霉菌、濕熱、振動(dòng)、沖擊、電磁干擾屏蔽等)。拉脫分離式連接器的結(jié)構(gòu)及工作原理有很大的差別，如機(jī)械分離和電磁分離。但連接與分離程序大同小異，下面以拉桿式分離電連接器為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明如下所示：

圖6 連接與分離程序圖示

3連接分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)概述

拉脫分離式連接器的核心技術(shù)在于分離機(jī)構(gòu)，不同類型的分離電連接器分離原理均有差異，分離結(jié)構(gòu)也不盡相同。本文以拉桿式拉脫分離連接器為例，對(duì)其分離機(jī)構(gòu)的連接器設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

3.1鎖緊負(fù)載

鎖緊負(fù)載Ps是指作用在鎖緊套與活動(dòng)鎖(拉桿、鎖緊鋼珠、護(hù)套、連接套管、護(hù)套彈簧、拉桿彈簧組合體)間欲使它們分離的軸向拉緊力，通常由三部分組成。

式中：為鎖緊負(fù)載，指作用在鎖緊套與活動(dòng)鎖間欲使它們分離的連接器軸向拉緊力，單位為N。

           為分離鎖緊負(fù)載，單位為N。

           為變形鎖緊負(fù)載，單位為N。

           為慣性鎖緊負(fù)載，單位為N。

在上式中，對(duì)于(分離鎖緊負(fù)載)來(lái)說(shuō)比較容易確定，可以根據(jù)彈射機(jī)構(gòu)中彈簧的壓縮量算出彈簧的彈力，這個(gè)彈力即為分離鎖緊負(fù)載;對(duì)于(變形鎖緊負(fù)載)，一般是根據(jù)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)估定;對(duì)于(慣性鎖緊負(fù)載)，其值隨連接器工作環(huán)境加速度而變化，而且在連接器負(fù)載加速度情況下，所述的連接器慣性力可以認(rèn)為并不作用于鎖緊裝置，故：

當(dāng)a≥0時(shí) =a×m

當(dāng)a≤0時(shí) =0

式中：為慣性鎖緊負(fù)載，單位為N。

            m表示連接器組合體兩部分中非直接固定在彈體或其它裝備上而是通過(guò)鎖緊裝置連接到另一部分上去的所懸部分的質(zhì)量(應(yīng)考慮所使用時(shí)的全部質(zhì)量)，單位為kg。

             a為連接器工作環(huán)境加速度值，是一個(gè)可能包括若干連續(xù)區(qū)間的數(shù)集，以其作用是增加鎖緊負(fù)載者為正向，值為正;反之為負(fù)向，值為負(fù)，單位為m/s²。

這樣，拉桿式分離電連接器的鎖緊負(fù)載為：

當(dāng)a≥0時(shí) =++a×m

當(dāng)a≤0時(shí) =+

3.2鎖緊力Fs

鎖緊力是指作用在鎖緊套上的抵抗解鎖傾向、賴以維持鎖緊狀態(tài)的力。主要包括三部分，即

Fs=Fsm+Fsg+Fsf

式中：Fs為鎖緊力，單位為N;

　　    Fsm為摩擦鎖緊力，單位為N;

　　    Fsg為慣性鎖緊力，單位為N;

　　    Fsf為附加鎖緊力，單位為N。

1)摩擦鎖緊力Fsm

摩擦鎖緊力是指活動(dòng)鎖給予的由鎖緊負(fù)載決定的摩擦力。該力的方向總是與解鎖方向相反，既總是抵抗解鎖傾向的，故Fsm≥O。

Fsm的準(zhǔn)確計(jì)算十分繁瑣，需要涉及彈性、塑性理論。在鎖緊負(fù)載不大，接觸區(qū)變形很小的情況下，可以按以下近似方法計(jì)算

Fsm=fs×Ps×tanφ

式中： Fsm為摩擦鎖緊力，單位為N;

　　    fs為相對(duì)摩擦系數(shù)，一般取為0.1～0.2。鎖緊套與其相接觸物體的表面硬度、光潔度越高，fs越小;

　　    φ為鎖緊套接觸面的傾角，一般取=20°～ 40°;取得過(guò)大時(shí)，將使鎖緊套和鎖緊套兩接觸處的接觸應(yīng)力過(guò)高;取得較小時(shí)，易引起自鎖，影響活動(dòng)鎖進(jìn)出，甚至使鎖緊裝置失效;

　　    Ps為鎖緊負(fù)載，是指作用在鎖緊套與活動(dòng)鎖間欲使它們分離的軸向拉緊力，單位為N。

2)慣性鎖緊力Fsg

慣性鎖緊力是指鎖緊套本身由連接器工作環(huán)境加速度引起的慣性力。其作用方向與解鎖方向相反時(shí)，值為正，反之為負(fù)。其計(jì)算通式如下

Fsg=(-1)^t×a×m

式中：Fsg為慣性鎖緊力，單位為N;

　　    t為方向系數(shù)，當(dāng)解鎖傾向與正向加速度反向時(shí)，t=1;當(dāng)解鎖傾向與正向加速度同向時(shí)，t=2;

　　    a為工作環(huán)境加速度，單位為m/s²;

　　    m為鎖緊套質(zhì)量，單位為Kg。

3)附加鎖緊力

附加鎖緊力Fsf可以是附加彈簧的彈力，也可以是其他附加裝置所給的鎖緊力。

通常，要考慮的是鎖緊時(shí)的最小鎖緊力Fssmin和解鎖時(shí)的最大鎖緊力Fsjmax。最小鎖緊力指處于鎖緊狀態(tài)的裝置在某個(gè)工作環(huán)境條件下，鎖緊套上所承受的最小鎖緊力，要確保鎖緊可靠，不致因意外干擾而自行誤解鎖，必須使Fssmin>0，同時(shí)，為保證順利連接(插合)必須使Fsj>0，這就是確定附加鎖緊力的原則。解鎖時(shí)的最大鎖緊力Fsjmax是指正在解鎖的裝置在某個(gè)工作環(huán)境條件下，鎖緊套上所受到的最大鎖緊力。

3.3鎖緊行程及解鎖行程

鎖緊行程L_S是指保持鎖緊可靠所允許的鎖緊套在解鎖方向的最大位移量(如下圖所示)。

圖7 鎖緊行程及解鎖行程計(jì)算簡(jiǎn)圖

如果鎖緊套在解鎖方向的位移量超過(guò)LS，雖然裝置仍處在鎖緊狀態(tài)，但在鎖緊負(fù)載作用下，活動(dòng)鎖將給鎖緊套一個(gè)力使其繼續(xù)向解鎖方向移動(dòng)，直至完全解鎖，因此鎖緊狀態(tài)是維持不了的，即不可靠的。一般，對(duì)于鋼球式結(jié)構(gòu)，可取

L_S=(0.3～1)×d

式中：L_S為鎖緊行程，單位為mm;

　　    d為鋼球直徑，單位為mm。

所需解鎖行程Lj是指保證解鎖可靠所必須的鎖緊套在解鎖方向的最小位移量。一般對(duì)于鋼球式結(jié)構(gòu)，可取

式中：為解鎖行程，單位為mm;

            d為鋼球直徑，單位為mm;

　　     θ為鎖緊套滑動(dòng)角，一般可取=20°～45°;

　　     a為鎖緊套鎖緊部位與分離所處部位半徑差，單位為mm。

通過(guò)理論計(jì)算，可以為產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)參考。按照計(jì)算結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試制并驗(yàn)證，將試驗(yàn)結(jié)果與理論數(shù)值進(jìn)行擬合，可以得出寶貴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為同類產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)提供支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

拉脫分離式連接器是航空、航天等特種裝備領(lǐng)域中不可或缺的一部分。拉脫分離式連接器的技術(shù)水平在一定程度上代表了某些特種裝備制造業(yè)的水平。目前，我國(guó)在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，相信隨著科技的進(jìn)步，以及基礎(chǔ)學(xué)科的深耕，該類產(chǎn)品技術(shù)一定會(huì)更上一層樓。

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