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(安徽博微長安電子有限公司，安徽六安，237000)

1 引 言

如今，各類雷達在作戰(zhàn)中的重要性越來越高，這就要求雷達設(shè)備除了在性能上要達到設(shè)計要求外,還必須對設(shè)備本身的可靠性和安全性進行相應(yīng)的考慮。可靠性指標是衡量雷達產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計，電連接設(shè)備中發(fā)生故障的，因為電連接器引起的占47%，戶外用連接器又占其中的大多數(shù)[1]。

某型雷達天線單元采用漸變槽線形式，連接器結(jié)構(gòu)上由內(nèi)、外導(dǎo)體、絕緣支撐等構(gòu)成，局部位置結(jié)構(gòu)形式如圖1所示：

連接器與天線的電導(dǎo)通是通過M2.5和M1.6兩個螺紋連接實現(xiàn)的，螺紋材質(zhì)為鈹青銅。螺紋如果需要保持長時間的導(dǎo)電接觸，螺紋間的公差配合必須恰當(dāng)，過松必然導(dǎo)致松動或接觸不良，過緊則增加旋緊的難度，純粹的機械咬合接觸，一旦手工旋不緊或者螺紋間隙配合不緊密，就可能導(dǎo)致松動或接觸不良。

圖1 連接器與饋電塊連接示意圖

圖2 插孔示意圖

圖3 內(nèi)導(dǎo)體示意圖

2 螺紋配合分析

2.1 螺紋中徑理論差值計算

查閱《現(xiàn)代機械設(shè)計手冊》知道，M2.5、M1.6螺紋所對應(yīng)的中徑公差范圍如表1所示：

表1 配合公差值 (單位mm)

根據(jù)表格數(shù)據(jù)，計算如下：

M1.6螺紋中徑最大差值=0.085-(-0.093)=0.178mm

M2.5螺紋中徑最大差值=0.095-(-0.121)=0.216mm

以上計算可以看出，以M1.6螺紋為例，中徑最大差值達0.178mm，完全有可能因間隙過大出現(xiàn)電接觸不良的情況。

2.2 螺紋擰緊力分析

為了增強螺紋連接的剛性、緊密性、防松能力和防止受橫向載荷螺栓連接的滑動，螺紋連接在裝配時都必須擰緊，使連接在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用。通常規(guī)定，擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊力不得超過其材料屈服極σs的80%，一般連接用的螺栓連接的預(yù)緊力：

F0≤(0.6～0.7)σsA1，其中σs為螺栓材料的屈服極限；A1為螺栓危險截面的面積[2]。

在實際生產(chǎn)中，控制預(yù)緊力一般是利用控制擰緊力矩來實現(xiàn)的。擰緊力矩T與預(yù)緊力F0之間存在以下關(guān)系：T=KF0d，式中K為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，一般取值為0.2，F(xiàn)0為預(yù)緊力，d為螺紋大徑，鈹青銅的屈服極限為1035MPa，因此以M1.6螺紋為例，其預(yù)緊力：

F0=0.6×1035×3.14×1.6×1.6/4=1248N，

所以，擰緊力矩T=0.2×1248×1.6=400N·mm

由于連接器結(jié)構(gòu)及零件材料限制，兩處螺紋裝配均無法使用扳手，只能采用手動擰緊。通過以上計算知道，M1.6螺紋的擰緊力矩為400N·mm。因此普通人手與工件之間的摩擦力很難實現(xiàn)螺紋的擰緊，所以理論上該連接方式很難實現(xiàn)螺紋預(yù)緊，在長期戶外使用過程中，由于振動、沖擊、熱脹冷縮等環(huán)境因素，便可能導(dǎo)致螺紋松動接觸不良。

綜上可知，此連接器螺紋連接方式如不采取合理的防松加固，很難保證產(chǎn)品長期可靠使用，急需采取加固措施解決以上問題。

3 帶導(dǎo)電膠裝配力學(xué)分析

3.1 防松方法選擇

防松的根本問題在于防止螺旋副在載荷作用下發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。防松的方法，按其工作原理可分為摩擦防松、機械防松以及破壞螺紋運動副關(guān)系防松等。常用的防松辦法有：加彈簧墊圈、雙螺母、扣緊螺母、涂膠黏劑等方法。因結(jié)構(gòu)限制，本連接器采用彈簧墊圈、雙螺母等顯然不合適，鉚接及沖點等破壞螺紋運動副關(guān)系放松也不好實施，因此在螺紋上涂膠黏劑是最佳解決方案。本次膠黏劑加固不僅需要起到防松的目的，還必須兼顧導(dǎo)電性，且膠黏劑必須能在室溫下固化。經(jīng)篩選認為584-29環(huán)氧雙組分導(dǎo)電膠最為合適，性能參數(shù)如下：最小剪切強度σ為8.28MPa，最大體電阻率為0.002Ω·CM。

3.2 帶導(dǎo)電膠裝配防松力計算

螺紋的圓柱螺旋線如圖4, 5所示：

以直徑1.6mm螺紋計算，每牙接觸面積S1≈每牙螺旋長度K*螺牙寬度L

圖4 螺紋圓柱螺旋線示意圖

圖5 普通粗牙螺紋示意圖

L=P=0.35mm

S1=K*L=1.886mm2

參見圖2知M1.6螺紋長度3.5mm，

螺紋牙數(shù)n=3.5/0.35≈10

因此涂滿導(dǎo)電膠后導(dǎo)電膠與螺紋接觸面積：

S≈n* S1≈18.86 mm2

由此得知M1.6螺紋帶導(dǎo)電膠后最小剪切力：

F=σ*S=8.28*18.86≈156N

同理計算M2.5螺紋帶導(dǎo)電膠后最小剪切力F約為265N

螺紋在涂導(dǎo)電膠裝配后剪切力可以近視為防松力，由以上計算得知M1.6螺紋連接處可至少獲得156N的防松力，理論上可極大降低連接器失效風(fēng)險。

4 實際應(yīng)用效果驗證

公司某型雷達天線單元使用了200余個該連接器，最初裝配時未使用導(dǎo)電膠，經(jīng)實際使用半年后發(fā)現(xiàn)其中有22件天線單元出現(xiàn)了駐波測試超差問題，拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)超差原因均是由于連接器螺紋接觸不良導(dǎo)致失效，與計算結(jié)果預(yù)測相符。

為解決該質(zhì)量隱患，項目組決定對所有200多個天線單元的連接器進行拆卸，后帶導(dǎo)電膠重新裝配，經(jīng)此處理后的天線單元目前已正常使用快一年，沒有發(fā)現(xiàn)連接器失效現(xiàn)象，證明加導(dǎo)電膠裝配能有效解決連接器失效隱患。

最后，項目組制作了2組各10個連接器試件(去除絕緣支撐和插座)，一組不加導(dǎo)電膠裝配，一組加導(dǎo)電膠裝配，進行了振動沖擊試驗，振動試驗按照GJB150.16A-2009的第7.3.1條進行，沖擊試驗按照GJB150.18A-2009的第7.2.1條進行，最后通過測量連接器電阻判定導(dǎo)電性，設(shè)定電阻值小于1Ω為合格。

圖6 振動沖擊試驗照片

試驗結(jié)果如表2所示：

表2 連接器振動沖擊試驗結(jié)果

結(jié)果表明，不帶導(dǎo)電膠的連接器在經(jīng)過振動沖擊后有1個出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象，而帶導(dǎo)電膠的連接器全部合格。

5 結(jié)論

某雷達連接器單純依靠螺紋連接很難達到緊固效果，后期存在嚴重質(zhì)量隱患。隨后經(jīng)靜力學(xué)理論計算得知，帶導(dǎo)電膠裝配連接器可獲得較好的防松力。最終經(jīng)過實際使用效果比較和振動沖擊試驗驗證，證明不帶導(dǎo)電膠裝配確實存在接觸松動隱患，而加導(dǎo)電膠裝配的連接器沒有發(fā)現(xiàn)接觸松動問題，證明措施有效。這將為后期公司類似的連接器裝配提供有效借鑒。