自短路連接器的結(jié)構(gòu)(上)

摘要：論述了自短路連接器的基本設(shè)計(jì)原理，著重探討了自短路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)分析了連接鎖緊結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，最后介紹了幾種自短路連接器的結(jié)構(gòu)形式和關(guān)鍵問(wèn)題的解決辦法。

關(guān)鍵詞：連接器；自短路；卡口；密封

引言

　　在一些特殊的連接場(chǎng)合，要求連接器具有自短路功能以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。為滿(mǎn)足上述要求，采用具有自動(dòng)短路功能的連接器(自短路連接器)無(wú)疑是一種首選的解決方案。自短路連接器不同于一般電連接器的最大特點(diǎn)是根據(jù)使用要求可以分別自動(dòng)實(shí)現(xiàn)短路與解除短路的功能。也就是說(shuō)配對(duì)的連接器在相互分離后，連接器中各接觸件自動(dòng)與外殼導(dǎo)通，即處于自短路狀態(tài)；連接器插合后，短路狀態(tài)自動(dòng)解除，恢復(fù)到正常連接狀態(tài)。

　　自短路連接器可廣泛用于高抗干擾設(shè)備控制系統(tǒng)中，特別適合應(yīng)用于設(shè)備誤動(dòng)作產(chǎn)生嚴(yán)重后果的場(chǎng)合。

自短路連接器的分類(lèi)及特點(diǎn)

　　按照連接器電接觸件數(shù)量的多少可以分為單芯自短路連接器及多芯自短路連接器，單芯自短路連接器相對(duì)來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，只要解決單個(gè)接觸件與外殼之間的自動(dòng)短路問(wèn)題即可，而多芯自短路連接器相對(duì)來(lái)說(shuō)則更為復(fù)雜，不但要解決接觸件與外殼之間的自動(dòng)短路問(wèn)題，還要解決接觸件與接觸件之間的自動(dòng)短路問(wèn)題。

　　按照自短路功能解除的時(shí)序性可以作如下劃分：一種是當(dāng)連接器插合時(shí)，首先解除短路功能，再實(shí)現(xiàn)接觸件正常插合；另一種是當(dāng)連接器插合時(shí)，首先實(shí)現(xiàn)接觸件插合，再解除短路功能；還有一種是對(duì)時(shí)序性不作要求的。

　　按照連接器中接觸件組合的不同，可以分為高低頻混器式自短路連接器，光電混裝式自短路連接器，含有流體通道的自短路連接器，以及混合電(低頻、高頻)、光、流體(氣體、液體)于一體的自短路連接器，這些連接器從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)都在自短路連接器的基礎(chǔ)上增加了其他通道。

　　按照自短路功能在插頭上還是在插座上可以分為自短路插頭連接器與自短路插座連接器，這兩者的自短路結(jié)構(gòu)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是在外殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上有所不同而已。

　　在自短路連接器的基本結(jié)構(gòu)上進(jìn)行一定的擴(kuò)展，如在連接器上設(shè)計(jì)相應(yīng)的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，再配合適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向機(jī)構(gòu)，則可以成為具有自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)功能的自短路連接器，可安裝于固定導(dǎo)軌上，滿(mǎn)足機(jī)械插合的要求。

主要性能指標(biāo)

　　自短路連接器不同于一般電連接器的主要區(qū)別是具有自短路功能，短路電阻是其特殊的性能要求，一般要求是接觸件間的短路電阻≤15mW，壽命試驗(yàn)后≤30mW。

　　另外根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合的不同，指標(biāo)的要求各不相同，常見(jiàn)的技術(shù)指標(biāo)有：
　　接觸件數(shù)目：19-40芯；
　　工作電流：5A或3A，DC；
　　接觸電阻：≤10mW；
　　介質(zhì)耐電壓：1000V，50Hz，1min無(wú)擊穿；
　　絕緣電阻：≥1000MW；
　　大氣壓：0.26E5～1E5Pa；
　　浸水：1m，2h；
　　溫度沖擊：-550-3℃，+1250+3℃；
　　耐濕：240h；
　　振動(dòng)：10-2000Hz,147m/s2；
　　沖擊：760m/s2；
　　加速度：490m/s2；
　　鹽霧：96h。

自短路結(jié)構(gòu)

　　·自短路結(jié)構(gòu)的基本原理
　　對(duì)于自短路連接器而言，采用何種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)自短路功能是設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)和重點(diǎn)。分析配對(duì)連接器的插合與分離過(guò)程，我們知道在插頭與插座之間有一個(gè)軸向的位移，具體來(lái)說(shuō)，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嚙合，而當(dāng)分離時(shí)，情況則相反。在設(shè)計(jì)自短路結(jié)構(gòu)時(shí)，必須充分利用這一特性。

　　我們?cè)賮?lái)分析一下連接器的自短路功能：當(dāng)連接器未插合時(shí)，存在自短路功能；插合到位時(shí)，自短路功能失效；而當(dāng)連接器分離后，又自動(dòng)恢復(fù)自短路功能。由前面的分析可知，連接器的插合與分離過(guò)程中存在軸向的位移，我們就可以利用這種位移關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖远搪方Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上述特定的功能。

　　綜上所述，自短路結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原理可以表述如下：當(dāng)連接器未插合時(shí)，存在一個(gè)短路件(單個(gè)零件或由多個(gè)零件組件而成的部件)將連接器中所有的接觸件及外殼互相導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)所謂的短路功能；當(dāng)連接器插合時(shí)，短路件產(chǎn)生相應(yīng)的位移，插合到位時(shí)，此短路件處于一個(gè)特定的位置，此時(shí)它與接觸件之間是不導(dǎo)通的，處于短路解除狀態(tài)，也即自短路功能失效，而插頭與插座中的接觸件此時(shí)正常導(dǎo)通；當(dāng)連接器分離時(shí)，短路件又產(chǎn)生位移，自動(dòng)逐漸恢復(fù)至原來(lái)的位置，實(shí)現(xiàn)短路功能。值得強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，解除短路和實(shí)現(xiàn)短路是通過(guò)連接器正常插合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而無(wú)需其他額外的動(dòng)作，這是自短路結(jié)構(gòu)最基本的要求，也是自短路連接器在本質(zhì)所在。

　　·針孔型自短路結(jié)構(gòu)
　　為了實(shí)現(xiàn)連接器在非插合狀態(tài)時(shí)處于短路狀態(tài)，而插合后自動(dòng)解除短路，分離后又自動(dòng)恢復(fù)短路狀態(tài)的功能，根據(jù)自短路結(jié)構(gòu)的基本原理，在連接器中設(shè)有一塊短路板(如圖1所示)，可以根據(jù)其在插頭中相對(duì)位置的不同而處于短路或短路解除狀態(tài)，具體分析如下：

圖 1 自短路結(jié)構(gòu)示意圖

　　當(dāng)插頭處非插合狀態(tài)時(shí)，短路板在彈簧彈力的作用下處于如圖2所示的位置，各個(gè)接觸件(彈性插針或插孔)及外殼與短路板處于連通狀態(tài)，達(dá)到短路的目的。

圖 2  自短路狀態(tài)示意

　　當(dāng)插頭與插座插合時(shí)，短路板在插座絕緣子的推力作用下向后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)彈簧壓縮，從圖3可以看出，短路板已運(yùn)動(dòng)到絕緣套上，此時(shí)短路板與接觸件的短路功能已解除，頭座中的接觸件還未接觸。

圖 3  短路解除狀態(tài)示意圖

　　當(dāng)插頭與插座完全插合時(shí)，如圖4所示，短路板運(yùn)動(dòng)到與插頭中各接觸件互相絕緣的位置，處短路解除狀態(tài)，而插頭與插座中的接觸件已正常連通。

圖4  正常插合狀態(tài)示意圖

　　當(dāng)頭座分離時(shí)，短路板在彈簧的作用下自動(dòng)向前動(dòng)動(dòng)，頭座完全分離后，短路板又恢復(fù)至如圖2所示的位置，自動(dòng)恢復(fù)短路功能。(待續(xù))