同軸接觸件理論對接縮口尺寸研究

謝仲敏

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

同軸接觸件是電連接器所有接觸件種類中,擁有復雜的結構和較高成本的接觸件之一。隨著我公司電連接器的多規格、大批量生產,同軸接觸件在對接使用過程中陸續出現對接損傷,有對接缺口、對接劃痕、對接毛刺、對接彎曲等質量問題。在對故障件的分析中,我們發現其主要原因是接觸件對接過程中有很大的間隙導致。為此,本文結合產品設計結構中的配合關系,計算出對應的間隙,分析其理論對接縮口尺寸,有助于后續同軸接觸件的設計開發。

2 同軸接觸件與基座的配合關系

電連接器插頭、插座的基座合件尾端均有硅橡膠材質的彈性封線體,每個同軸接觸件均配備了定位套筒,定位套筒穿套在電纜上并固定在接觸件尾部,定位套筒與封線體的安裝孔位過盈配合,從而實現對接觸件的徑向進行定位,防止偏斜。如圖1所示。

圖1 護套裝配結構示意圖

圖2 同軸插孔接觸件外導體彈片偏斜示意圖

圖3 同軸插孔接觸件外導體縮口后配合示圖

圖4 同軸插孔接觸件外導體A/B配合示圖

3 電連接器插合過程進行分析研究

在連接器插合過程中,同軸插針外導體首先與插座上基座的Φ6.71接觸,在該倒角的導向作用下插入上基座內部,與同軸插孔外導體端部接觸接觸彈片接觸,在插孔外導體接觸彈片的R0.5的倒角及插針外導體R0.64倒角的導向作用下插入外導體插孔的內部。隨著插合的繼續進行,中間導體和中心導體先后依次插合到位,從而實現整個同軸接觸件的插合。當插頭上的螺旋槽與插座上的卡釘配合到位后,同軸接觸件插合到位。

4 設計尺寸的最大間隙參數計算

4.1 無護套時插孔與插針的間隙計算

在現有生產條件下,實際測量插孔縮口后的外導體彈片外徑值為(6.62～6.85)mm,即縮口后插孔最小外徑為D縮=6.62mm,其大于插針(對接端外導體外徑)頭部尺寸Φ5.54±0.02mm,所以單邊余量為:min:(6.62-5.56)/2=0.53;

max:(6.85-5.52)/2=0.665,即單邊余量為(0.53～0.665)mm,其中余量最小為0.53mm。

經分析計算當彈片向內偏移約0.5mm時,如圖5所示,同軸插孔合件外導體外圓會露出基座限制口,在插針對接過程中,插針端面存在直接頂壓在同軸插孔合件彈片端面上的情況,導致頂壓及損傷。

4.2 有護套時插孔與插針的間隙計算

由于產品裝配過程中有護套保護作用,護套內徑為7(+0.01,+0.05),插孔配合處外徑為6.96(-0.03,+0.05),護套外徑為8.35(-0.06,0),封線體內徑為8.1(0,+0.09),如圖6所示。

在配合關系中:

護套外徑與封線體內徑過盈配合,理論上不產生位移量,但實際封線體為橡膠材料,受力后會變形有輕微變形,此分析過程暫時忽略此變形產生的位移量;

護套內徑與插孔外徑間隙配合,插孔在絕緣體中的偏斜產生位移量,其:

護套內徑D孔:7(+0.01,+0.05),

插孔配合處外徑d軸:6.96(-0.03,+0.05)

最大間隙Xmax=Dmax-dmin=+0.05-(-0.03)=+0.08(mm),

最小間隙Xmin=Dmin-dmax=+0.01-(+0.05)=-0.04(mm),

最大可偏移距離=單邊位移量=(最大間隙-最小間隙)/2=(0.08-(-0.04))/2=0.06(mm)

所以,通過計算,彈片端因偏斜導致的最大位移量為δ=0.06(mm)。

4.3 計算極限情況下的包絡關系計算

如圖7所示,若A表示極限情況下的基座限制口尺寸,B表示極限情況下同軸插孔外導體端部外圓,在對接端插針有R0.51～R0.64的圓角設計和簧片R0.5的圓角,會進一步起到導向作用,則:

當B>A時,則極限情況下同軸插孔外導體端部外圓不會露出基座限制口尺寸,同軸插針與之對接時且外導體不會與同軸插孔外導體端部外圓干涉,即不會出現損傷現象。

當B≤A時,則極限情況下同軸插孔外導體端部外圓會露出基座限制口尺寸,同軸插針與之對接時且外導體會與同軸插孔外導體端部外圓干涉,即會出現損傷現象。

A:由于設計尺寸基座限制口尺寸為5.78(0,+0.06),為保證極限情況下簧片盡可能露出,則A=5.78+0.06=5.84(mm);

B:同軸插孔外導體端部外圓為極限情況下,插孔外導體彈片圓角末端處與絕緣體中心線的最小外圓包絡直徑,簡單來說就是縮口后插孔簧片與插針接觸件點之間的最小值。

B=縮口后簧片最小外徑(D縮)-最大臺階差-偏斜最大位移量(δ)

其中,縮口后簧片最小外徑(D縮)實測為6.62mm,最大臺階差為7.3尺寸與6.5尺寸之差為(0.62～0.8)mm,其最大值為0.8mm,偏斜最大位移量(δ)按之前計算為0.06mm。

所以,B=6.62-0.8-0.06=5.76mm

由于B=5.76

配合間隙核算結論:按現有縮口后尺寸,考慮偏斜影響后會出現無法包絡的情況,插孔簧片與對接端插針干涉,從而產生損傷。

5 理論對接縮口尺寸研究分析

為保證同軸接觸件對接過程中無干涉,則應滿足B>A=5.84的要求。假設插孔縮口后簧片最小外徑為D縮,則可得B=D縮-0.8-0.06>A=5.84,

則D縮>5.84+0.8+0.06=6.7mm

所以理論上,當插孔縮口后簧片外徑大于6.7mm時,插針可以通過絕緣體導向孔準確定位到插孔彈片圓角范圍內,通過插針圓角和插孔彈片圓角的導向及過渡,不會對插孔彈片造成損傷。

6 結語

本研究通過對產品設計結構及尺寸鏈計算同軸接觸件理論對接縮口尺寸,保證外導體外圓不會露出基座限止口,且同軸插針外導體斷面及同軸插孔外導體口部均有導向圓角,在對接過程中不會導致對接損傷隱患。