宇航用矩形電連接器尾部附件的可靠性研究

1、    宇航用矩形電連接器尾部附件的可靠性研究    伏寧娜 李艷霞摘 要：本文對(duì)宇航用矩形電連接器的低磁性多角度出線輕型尾部附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的通用性和可靠性方面的考慮，運(yùn)用理論分析、計(jì)算、模擬仿真等方法確定產(chǎn)品的關(guān)鍵性指標(biāo)，闡述了產(chǎn)品滿足低磁性要求的鍍覆方式，最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了宇航用低磁性多角度出線輕型尾部附件的實(shí)際可靠性滿足設(shè)計(jì)要求和用戶的實(shí)際需求。關(guān)鍵詞：低磁性;多角度出線;尾部附件;可靠性0  引言在近地軌道（leo），由于航天器受到大氣阻力與地球場(chǎng)和自身磁矩的共同作用，使航天器的旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏移，影響其運(yùn)行速度，低磁

2、性電連接器是保證航天器定位精度、姿態(tài)控制和在軌壽命的關(guān)鍵核心元器件。目前國(guó)內(nèi)宇航用電連接器尾部附件的研制由于受原材料、加工技術(shù)等方面的限制導(dǎo)致磁性等級(jí)控制不穩(wěn)定，出線方式單一化，已經(jīng)無(wú)法滿足使用要求。所以根據(jù)航天型號(hào)任務(wù)的要求，研制一種低磁性、多角度出線方式的輕型尾部附件迫在眉睫。本文基于宇航用低磁性矩形電連接器介紹了一款低磁性多角度出線的輕型尾部附件，配套用于要求低剩磁、電纜布局苛刻的高可靠宇航設(shè)備，以避免干擾鄰近靈敏儀器和對(duì)布線空間進(jìn)行合理優(yōu)化。1  產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)航天產(chǎn)品逐步向小型化、輕量化方向發(fā)展，輕型尾部附件得到廣泛應(yīng)用。尾部附件的主要作用有保護(hù)導(dǎo)線與接觸件端接處不被劃傷

3、、固定電纜、電磁屏蔽等功能，本文針對(duì)產(chǎn)品的實(shí)際使用環(huán)境及可靠性方面的要求，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下的設(shè)計(jì)考慮。1.1 殼體對(duì)接端設(shè)計(jì)殼體對(duì)接端尺寸決定與連接器能否順利互換對(duì)接，是殼體設(shè)計(jì)的核心所在。目前普遍的直式出線尾部附件對(duì)接端采用梯形設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)出線角度固定。本設(shè)計(jì)的殼體選擇圓弧對(duì)稱(chēng)式通用型結(jié)構(gòu)，把兩種出線方式優(yōu)化為一種結(jié)構(gòu)形式。在與連接器對(duì)接時(shí)，不需考慮安裝方向，旋轉(zhuǎn)180°即可實(shí)現(xiàn)左、右出線的方向互換。在對(duì)殼體內(nèi)腔進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于該型尾部附件為深腔結(jié)構(gòu)，且壁厚較薄，加工中易變形。參照安裝尺寸向腔體內(nèi)加工深6mm的配合輪廓，方便與連接器對(duì)接，腔體其余部位增加壁厚，設(shè)計(jì)為階梯結(jié)構(gòu)

4、，在提高加工可行性的同時(shí)又確保產(chǎn)品的高可靠性。1.2 法蘭安裝孔設(shè)計(jì)尾部附件與連接器通過(guò)鎖緊螺釘固定，尾部附件法蘭盤(pán)兩側(cè)的安裝孔設(shè)計(jì)為臺(tái)階孔。在使用時(shí)，連接器殼體蓋板上的鉚接端沉在尾部附件安裝孔內(nèi)，確保尾部附件法蘭盤(pán)與連接器法蘭盤(pán)大面完全貼合，減小應(yīng)力集中現(xiàn)象。1.3 出線口位置設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)布局的多樣性要求，設(shè)計(jì)了45°出線方向和90°出線方向兩種出線方向。出線口方向與產(chǎn)品本體呈45°或90°，在深腔加工時(shí)，出線口與本體相交處不好加工，產(chǎn)生的相交棱極易形成銳邊，容易劃傷、割破導(dǎo)線，影響連接器的使用性能。為解決該問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)將內(nèi)部出線口位置倒圓角r=

5、1mm。2  產(chǎn)品的分析及仿真多角度出線尾部附件采用懸臂梁結(jié)構(gòu)公式進(jìn)行模擬計(jì)算，在一定力的作用下產(chǎn)生的變形不能超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，即<max。參照gjb599b中試驗(yàn)條款3.20外部彎曲力矩的試驗(yàn)方法1，在尾部附件出線端施加載荷，分析其受力情況。3  產(chǎn)品表面鍍覆方式為保證產(chǎn)品的低磁性，確保連接器的磁潔凈度指標(biāo)符合要求，在選擇鍍層時(shí)不僅考慮鍍層的耐腐蝕性，還必須滿足抗磁性要求。參照qj450b的有關(guān)規(guī)定3對(duì)零件進(jìn)行低磁性化學(xué)鍍高磷鎳處理。隨著鍍層中磷含量的增加，鎳和磷所產(chǎn)生的非共格晶界增多，同時(shí)磷元素在鎳中產(chǎn)生晶格畸變，鎳晶體的結(jié)構(gòu)受到破壞而失去的原本的晶體結(jié)構(gòu)。由于

6、磷的破壞作用有限，在含量達(dá)到6%6.5%左右時(shí)，化學(xué)鍍鎳磷合金此時(shí)會(huì)出現(xiàn)由晶體向微晶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。隨磷含量繼續(xù)提高，合金鍍層轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)的合金鍍層不具有磁性，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的低磁要求。同時(shí)非晶態(tài)的化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層的硬度、耐磨性會(huì)有所提高。主要因?yàn)殡S著磷含量的提升，磷原子的畸變作用會(huì)使其塑性和延展性隨之下降，從而提高產(chǎn)品的機(jī)械性能。4  評(píng)估與驗(yàn)證宇航用矩形電連接器的低磁性多角度出線輕型尾部附件的性能方面，除了隨連接器做溫度循環(huán)、交變濕熱、鹽霧等試驗(yàn)項(xiàng)目外，還應(yīng)針對(duì)其進(jìn)行磁潔凈度進(jìn)行檢測(cè)、驗(yàn)證導(dǎo)線出線數(shù)量及內(nèi)部導(dǎo)線折彎受力4情況等試驗(yàn)項(xiàng)目。4.1  磁潔凈度檢測(cè)

7、根據(jù)本設(shè)計(jì)的低磁性特點(diǎn)，要想較好地滿足要求，必須對(duì)最終產(chǎn)品的磁潔凈度指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，以保證無(wú)磁性要求。對(duì)國(guó)內(nèi)外磁性等級(jí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，確定出在零磁場(chǎng)環(huán)境中用三分量磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量的測(cè)試方法，測(cè)試時(shí)，將被測(cè)連接器及精密磁強(qiáng)計(jì)放置于亥姆霍茲線圈指定區(qū)域，并進(jìn)行相應(yīng)的精密測(cè)試。由于磁潔凈度在充磁后，產(chǎn)品剩余磁感強(qiáng)度與剩余磁化強(qiáng)度為線性關(guān)系，剩余磁化強(qiáng)度越低，檢測(cè)值越小。分別抽取45°和90°出線尾部附件的5個(gè)殼體型號(hào)進(jìn)行磁性能測(cè)試，測(cè)試分為充磁測(cè)試和退磁測(cè)試后，產(chǎn)品材料磁性等級(jí)均較低且性能穩(wěn)定，受外部磁場(chǎng)的影響極小，可滿足低磁性連接器的設(shè)計(jì)要求。4.2  尾部

8、附件出線口的出線能力測(cè)試配裝連接器后，驗(yàn)證尾部附件的導(dǎo)線出線數(shù)量及內(nèi)部導(dǎo)線折彎受力情況。連接器分別壓接20#、22#、20#屏蔽導(dǎo)線，與選取的45°及90°的d型殼體、芯數(shù)為50的尾部附件相配合，對(duì)其出線口的出線能力進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于d號(hào)殼體尾部附件，出線形式尾部附件的出線正常，無(wú)較大折彎現(xiàn)象。4.3  力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證配裝90°出線尾部附件及相應(yīng)電纜的4只連接器（d殼體和c殼體各2只），分別進(jìn)行正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)及沖擊等力學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)后每只產(chǎn)品均進(jìn)行x光檢測(cè)，觀察尾罩內(nèi)部導(dǎo)線無(wú)折彎、損傷情況。并將樣品尾罩去掉后，觀察導(dǎo)線外部情況，導(dǎo)線情況良好、無(wú)損傷。5  結(jié)論本文介紹一款宇航用矩形電連接器的低磁性多角度出線輕型尾部附件，通過(guò)理論分析、計(jì)算、模擬仿真等方法驗(yàn)證產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的可靠性;提出了滿足低磁性要求的鍍覆方式為高磷鍍鎳。通過(guò)磁潔凈度檢測(cè)和出線口出線能力測(cè)試，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的實(shí)際可靠性水平滿足設(shè)計(jì)要求和宇航應(yīng)用需求。參考文獻(xiàn)  ：1 余玉芳， 汪其龍，等.gjb599b-2012耐環(huán)境快速分離高密度小圓形電連接器通用規(guī)范s.北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部發(fā)行2 劉鴻文.材料力學(xué)m.北