王 煥，丁 麗，徐 強(qiáng)

(南京康尼科技實(shí)業(yè)有限公司，江蘇南京，210038)

1 引言

電連接器作為一種基礎(chǔ)元件，用于實(shí)現(xiàn)電信號的傳輸和控制以及電子與電氣設(shè)備之間的電連接，在各類電氣系統(tǒng)中，比如航天、電子、通信等行業(yè)，電連接器在器件與器件、組件與組件、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間進(jìn)行電氣連接和信號傳遞，是構(gòu)成一個完整系統(tǒng)所必須的基礎(chǔ)組件，故應(yīng)用范圍大，數(shù)量可觀，地位重要。一個復(fù)雜的航天系統(tǒng)要求有數(shù)以千計(jì)的各類電連接器，例如某一型號發(fā)射任務(wù)，僅地面設(shè)備就需各種電連接器3400多套。電連接器要求在各種惡劣環(huán)境、各種苛刻的條件下能可靠地溝通電路、傳遞信息、實(shí)現(xiàn)特定的功能，其可靠性直接影響到火箭和導(dǎo)彈等工程系統(tǒng)能否可靠地工作，由于電連接器的失效而導(dǎo)致系統(tǒng)故障的事例時有發(fā)生。隨著系統(tǒng)中其它電子元器件可靠性水平的不斷提高，電連接器的可靠性水平已對系統(tǒng)的可靠性起到了決定性的作用［1］。

因此，電連接器除了要滿足一般的性能要求外，特別重要的要求是電連接器必須達(dá)到接觸良好，工作可靠，維護(hù)方便，其工作可靠與否直接影響整個設(shè)備電路的正常工作，涉及整個主體的安危。為此，整個電路對電連接器的質(zhì)量和可靠性有非常嚴(yán)格的要求。接觸件作為電連接器內(nèi)部承擔(dān)電接觸功能的關(guān)鍵部件，對電連接器的可靠性起著決定性作用。接觸件的可靠性取決于接觸件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝、制造、管理、原材料性能、工作環(huán)境等多種因素義［2］。

2 影響電接觸可靠性的因素

電接觸可靠性的影響參數(shù)比較多，主要涉及接觸材料性能、工作條件和環(huán)境氣體等方面。要找到解決接觸實(shí)效的方法來保證電接觸可靠性，故研究、分析觸點(diǎn)的失效機(jī)理對于解決電接觸問題是非常必要的。研究主要集中在以下幾個方面［3］:

(1)材料的研究。各種材料的性能都隨時間變化，故應(yīng)首先選擇能長期保持可靠性的高性能材料，然后在考慮使用環(huán)境，要具有在惡劣環(huán)境中使用的能力。

(2)加工制造方面的研究。目前國內(nèi)制造的連接器來自這方面的問題比較集中，由于加工能力不足，導(dǎo)致實(shí)際制造所得的連接器的性能和理想中的連接器的性能差異比較大，從而降低了可靠性。

(3)環(huán)境方面的研宄。當(dāng)觸點(diǎn)在大氣環(huán)境中被腐蝕時，導(dǎo)致接觸點(diǎn)表面的形狀發(fā)生變化，與理想狀態(tài)相比，各個參數(shù)不但隨著時間變化，還會隨著使用條件的變化而變化，從而影響電接觸性能，最終造成電接觸故障。

根據(jù)上述的造成電接觸故障的三個主要因素，本文主要就某種冠簧的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及設(shè)計(jì)步驟做一些探討，以獲得更好的使用性能，避免電接觸故障過早發(fā)生。

3 冠簧結(jié)構(gòu)

冠簧分內(nèi)冠簧和外冠簧，外冠簧又稱燈籠頭，燈籠頭安裝在插銷的外圓柱面上，與圓柱形插套組成接觸對，如圖1所示。內(nèi)冠簧安裝在插套的內(nèi)孔中，與圓柱插銷組成接觸對，如圖2所示。

圖1 外冠簧(燈籠頭)

圖2 內(nèi)冠簧

4 冠簧特點(diǎn)

由冠簧的結(jié)構(gòu)可知，在外冠簧使用時，接觸件實(shí)際接觸面為燈籠頭外表面－－球面和圓柱形插套(柱面)接觸，內(nèi)冠簧使用時，接觸件實(shí)際接觸面為內(nèi)冠簧內(nèi)表面－－球面和圓柱形插銷(柱面)接觸，均為點(diǎn)面接觸，由于在同等正壓力、同等材料及結(jié)構(gòu)下，點(diǎn)面接觸形式比面面接觸形式可以獲得更低的壓縮電阻與皮膜電阻［4］，故冠簧結(jié)構(gòu)的實(shí)際接觸電阻比較低;此外，冠簧利用彈性變形進(jìn)行鎖緊，對接觸件有一定的精度要求，故插孔(針)具有插拔柔和、接觸穩(wěn)定可靠、抗振動沖擊性好、插拔壽命高的優(yōu)點(diǎn)，與線簧插孔相比更利于規(guī)?；a(chǎn)，且在大電流應(yīng)用領(lǐng)域更具有優(yōu)越性，克服了線簧插孔載流能力差的缺點(diǎn)，而且成本低廉。

近年來，由于冠簧具有以上特點(diǎn)，用冠簧裝配的連接器被廣泛用于軍事工業(yè)、航空航天、鐵道車輛、城軌地鐵和民用的電力、通信和各種控制信號的傳輸上。

5 冠簧設(shè)計(jì)步驟及要點(diǎn)

插孔(針)是連接器完成電連接的核心零件，而冠簧作為插孔(針)的核心部分，具有至關(guān)重要的作用。所以，如何正確地選用冠簧以及設(shè)計(jì)冠簧插孔(針)，是實(shí)現(xiàn)接觸對接觸電阻、插拔力、溫升等電性能的關(guān)鍵所在。因此，必須十分重視冠簧的選擇及與冠簧插孔(針)的設(shè)計(jì)。

5.1 內(nèi)(外)冠簧設(shè)計(jì)步驟

1.確定具體的結(jié)構(gòu)形式，是采用內(nèi)冠簧結(jié)構(gòu)還是外冠簧結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)品的使用情況選擇合適的冠簧結(jié)構(gòu)，看看是內(nèi)冠簧還是外冠簧更符合要求。

2.確定插針或插套直徑。根據(jù)產(chǎn)品的使用時最大的負(fù)載電流，采取內(nèi)冠簧結(jié)構(gòu)時，選擇適當(dāng)?shù)牟遽樦睆?，采取外冠簧結(jié)構(gòu)時，選擇適當(dāng)?shù)牟逄字睆健?/p>

3.確定其他尺寸。根據(jù)插針或插套直徑設(shè)計(jì)冠簧的其余尺寸。

4.確定冠簧配合件尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)好的內(nèi)冠簧選擇配合插針尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)好的外冠簧選擇配合配合插套尺寸。

5.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.插合時冠簧的單邊壓縮量應(yīng)在0.15～0.25mm之間。

2.冠簧的結(jié)構(gòu)尺寸直接影響著接觸對分離力的大小，在其余參數(shù)不變的情況下，冠簧中部的球面半徑R、球形部分長度S越大，球面部分開槽寬度P越小，接觸對的分離力也相應(yīng)的越小。當(dāng)然，球面半徑R、球形部分長度S不是越大越好，球面部分開槽寬度也不是越小越好，為了得到適當(dāng)?shù)姆蛛x力以及良好的接觸電阻，這三個參數(shù)的數(shù)值都要合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了便于模具的加工和增加模具壽命，槽的寬度不應(yīng)過小。

3.為了便于模具的設(shè)計(jì)與加工，需要繪制兩端呈開口狀冠簧展開圖。

4.設(shè)計(jì)步驟中的尺寸均為指冠簧使用狀態(tài)下的尺寸。

6 結(jié)論

綜上所述，內(nèi)(外)冠簧和與之相配的插針(插套)是電連接器關(guān)鍵組件，它直接影響著電連接器的可靠性。冠簧結(jié)構(gòu)使用性能的好壞不但取決于設(shè)計(jì)過程，還取決于插針(插套)的材料和加工工藝。一般情況下插針(插套)大多采用銅合金或者純銅，具體應(yīng)滿足實(shí)際使用時的導(dǎo)電性能要求，加工方式采用機(jī)械加工。為了達(dá)到更好的使用性能，內(nèi)(外)冠簧表面需要要采用后續(xù)的表面處理。內(nèi)(外)冠簧結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)過程，將在后續(xù)的工作中完成。

［1］ 潘駿.航天電連接器振動可靠性建模與評估［D］.杭州:浙江大學(xué)，2002.

［2］ 靳方建.電連接器接觸件可靠性分析與高溫插拔試驗(yàn)［D］.杭州:浙江理工大學(xué)，2012.

［3］ 龍慧娟.振動對汽車連接器可靠性的影響［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2013.

［4］ 王繼超.探針式電連接器的接觸可靠性試驗(yàn)與研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2009.