呂 洋 謝清玲 管楊杰

(1.西安電子工程研究所 西安 710100;2.貴州航天電器股份有限公司 貴陽 550009)

0 引言

目前電子設(shè)備向高密度、小型化不斷發(fā)展，具有插拔功能的電路模塊上使用浮動式矩形電連接器越來越廣泛。為了使浮動式矩形電連接器既具有浮動功能，又具有電磁屏蔽功能，將導(dǎo)電密封襯墊安裝在插件盒體安裝壁與插頭法蘭盤之間，利用浮動套與法蘭盤之間的間隙，解決浮動式矩形電連接器電磁屏蔽與浮動之間矛盾。

1 浮動式矩形電連接器結(jié)構(gòu)簡介

浮動式矩形電連接器由插座、插頭和導(dǎo)電密封襯墊組成。插頭和插座各有矩形法蘭盤、插合端口與伸入端口。插頭法蘭盤裝有導(dǎo)向柱和浮動套，插座法蘭盤安裝導(dǎo)向套。浮動式矩形電連接器結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 浮動式矩形電連接器結(jié)構(gòu)示意圖

浮動套設(shè)計成階梯形的環(huán)槽套筒結(jié)構(gòu)。把插頭伸入端一側(cè)的軸肩稱為浮動套伸入段，另一側(cè)的軸肩稱為浮動套限位段，中間段稱作環(huán)槽段。為了使浮動式矩形電連接器具有浮動功能，軸肩端面與法蘭盤端面之間存在軸向間隙tzjx，環(huán)槽段的外徑與法蘭盤安裝孔中間存在徑向間隙tjjx。浮動套在法蘭盤上安裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 浮動套在法蘭盤上安裝結(jié)構(gòu)示意圖

常見的浮動式矩形電連接器的導(dǎo)電密封襯墊安裝在插件盒體安裝壁與浮動套伸入段外端面之間，通過擰緊螺釘使浮動套緊壓導(dǎo)電密封襯墊。常見的浮動式矩形電連接器插頭安裝示意圖見圖3。

圖3 常見浮動式矩形電連接器

從圖3 可看出，常見的浮動式矩形電連接器存在下面幾點不足:

a.擰緊螺釘時，浮動套對導(dǎo)電密封襯墊施加壓力。因受壓面積小，導(dǎo)電密封襯墊無壓區(qū)易出現(xiàn)翹曲或扭曲現(xiàn)象以致連接處出現(xiàn)縫隙;

b.因無限位裝置，導(dǎo)電密封襯墊壓縮量無法控制，連接處有可能出現(xiàn)縫隙;

c.導(dǎo)電密封襯墊局部(受壓區(qū))有可能發(fā)生壓縮性永久變形。當插頭拆裝或者替換時就會留下縫隙。

為避免常見浮動式矩形電連接器結(jié)構(gòu)不足，需尋求新的浮動式矩形電連接器結(jié)構(gòu)。

2 新型浮動式矩形電連接器結(jié)構(gòu)

為了避免電磁波穿過縫隙或間隙而造成干擾，同時又能利用橡膠墊的彈性保證其浮動性，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，遵循如下設(shè)計思路:

a.將導(dǎo)電密封襯墊安裝在插件盒體安裝壁與插頭法蘭盤中間。新型浮動式矩形電連接器插頭安裝示意圖見圖4。

圖4 新型浮動式矩形電連接器

b.為滿足電磁屏蔽要求，導(dǎo)電密封襯墊(平墊)最小壓縮量應(yīng)控制在5%以上〔1〕。這就要求新型浮動式矩形電連接器的插合力F插合大于導(dǎo)電密封襯墊被壓縮5%時所需的力F5%，即:

c.導(dǎo)電密封襯墊(平墊)最佳壓縮量為15%～18%〔1〕。如果浮動套伸入段之寬度用n 表示，導(dǎo)電密封襯墊被壓縮15%和18%時的厚度分別用δ15%和δ18%表示，則設(shè)計時，取浮動套伸入段的最小寬度nmin等于δ18%，浮動套伸入段的最大寬度nmax等于δ15%。若插件推力大于導(dǎo)電密封襯墊被壓縮15%時所需的力F15%，則導(dǎo)電密封襯墊處于最佳壓縮狀態(tài)。

d.導(dǎo)向裝置引導(dǎo)電連接器對接時，為了使插頭具有浮動功能，取軸向間隙tzjx等于導(dǎo)電密封襯墊自由狀態(tài)時的厚度δ墊與浮動套伸入段最小寬度nmin之差，即:tzjx=δ墊-nmin=δ墊-δ18%

按照這個設(shè)計思路設(shè)計的新型浮動式矩形電連接器具有如下特點:

a.導(dǎo)電密封襯墊與法蘭盤間為面接觸，導(dǎo)電密封襯墊壓縮量控制在5%以上，電磁屏蔽效果好;

b.若插件推力F推大于導(dǎo)電密封襯墊被壓縮15%時所需的壓力F15%，導(dǎo)電密封襯墊將處于最佳壓縮狀態(tài)，同時因浮動套伸入段限位，導(dǎo)電密封襯墊不會出現(xiàn)永久性壓縮變形;

c.因存在軸向間隙tzjx，導(dǎo)電密封襯墊與法蘭盤間雖是面接觸，但插合端口對接時，插頭仍具有浮動功能。

3 設(shè)計實例

以新型浮動式矩形電連接器J29C2-15TJ 為例進行分析與設(shè)計。

3.1 導(dǎo)電密封襯墊材料的選取

選擇導(dǎo)電密封襯墊時要考慮四個因素:屏蔽效能要求、有無環(huán)境密封要求、安裝結(jié)構(gòu)要求和成本要求〔2〕。導(dǎo)電橡膠可提供較大范圍的衰減量，并可提供環(huán)境和潮汽密封，適用于屏蔽效能要求較高的電子設(shè)備。摻入金屬粒子的橡膠可經(jīng)擠出或模壓成多種形狀和剖面〔3〕。設(shè)計時，選用其制作導(dǎo)電密封襯墊。

在相對變形不超過15%的情況下，導(dǎo)電橡膠材料在壓力作用下，壓力與變形關(guān)系近似地用下式表示:

式中:F 為壓力(kg);E 為彈性模數(shù)(kg/cm2);S 為受壓面積(cm2)為相對變形。

在小應(yīng)變時，彈性模數(shù)E 與剪切彈性模數(shù)G 的關(guān)系:

導(dǎo)電橡膠材料的剪切彈性模數(shù)G，主要取決于導(dǎo)電橡膠材料的硬度，不因種類或成分的不同有明顯的變化〔4〕。在實用范圍內(nèi)，剪切彈性模數(shù)G 和肖氏硬度HS 的關(guān)系可用下面公式計算:

新型浮動式矩形電連接器接觸件的插入力與分離力見表1。

表1 新型浮動式矩形電連接器接觸件的插入力與分離力

由于加工誤差的存在，電連接器插拔力F插合可按下式計算:

式中:m 為接觸件數(shù)，解得:F插合≥20.925N。

為滿足電磁屏蔽要求，導(dǎo)電密封襯墊被壓縮5% 時的壓力F5%取:

新型浮動式矩形電連接器J29C2-15TJ 導(dǎo)電密封襯墊的尺寸見圖5。

圖5 新型浮動式矩形電連接器J29C2-15TJ導(dǎo)電密封襯墊的尺寸

根據(jù)導(dǎo)電密封襯墊尺寸求得受壓面積:S≈2.28cm2

由(1)～(3)式，解得:HS≈48.7

設(shè)計時，可選用肖氏硬度HS 為45～50 的導(dǎo)電橡膠材料，例如Rogers 公司生產(chǎn)的BISCO EC-2000系列硅酮〔5〕制作導(dǎo)電密封襯墊。

3.2 浮動套伸入段寬度和軸向間隙的確定

設(shè)計時，導(dǎo)電密封襯墊自由狀態(tài)時的厚度δ墊取2mm。根據(jù)新型浮動式矩形電連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計思路確定的浮動套伸入段寬度和軸向間隙見圖6。

圖6 浮動套伸入段寬度和軸向間隙

4 結(jié)束語

新型浮動式矩形電連接器應(yīng)用于某直升機載毫米波雷達干擾吊艙上。該吊艙已順利通過S 樣機環(huán)境適應(yīng)性試驗、電磁兼容試驗和武裝直升機上飛行試驗，試驗結(jié)果表明:按照本文設(shè)計思路設(shè)計的新型浮動式矩形電連接器具有浮動功能和電磁屏蔽功能。

［1］馬驂.導(dǎo)電密封襯墊的設(shè)計以及環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計要求［OL］.百度文庫.

［2］郭顏萍.電磁屏蔽技術(shù)在電子設(shè)備中的應(yīng)用［J］.山東科學，2005，(5) ：48～51.

［3］Ray Borgersen.如何正確地選擇電磁屏蔽襯墊［J］.安全與電磁兼容，2001，(1) ：29-31.

［4］機械設(shè)計手冊，中冊，第二版(修訂) ［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1987：1061～1068.

［5］Cynthia N.Kiss.EMI/RFI 屏蔽密封解決方案［J］.電子產(chǎn)品世界，2003，(18) ：49-50.