某型連接器導(dǎo)電連接失效原因及改進(jìn)效果分析

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(安徽博微長(zhǎng)安電子有限公司，安徽六安，237000)

1 引 言

如今，各類雷達(dá)在作戰(zhàn)中的重要性越來(lái)越高，這就要求雷達(dá)設(shè)備除了在性能上要達(dá)到設(shè)計(jì)要求外,還必須對(duì)設(shè)備本身的可靠性和安全性進(jìn)行相應(yīng)的考慮?？煽啃灾笜?biāo)是衡量雷達(dá)產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，電連接設(shè)備中發(fā)生故障的，因?yàn)殡娺B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(dá)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(guò)M2.5和M1.6兩個(gè)螺紋連接實(shí)現(xiàn)的，螺紋材質(zhì)為鈹青銅。螺紋如果需要保持長(zhǎng)時(shí)間的導(dǎo)電接觸，螺紋間的公差配合必須恰當(dāng)，過(guò)松必然導(dǎo)致松動(dòng)或接觸不良，過(guò)緊則增加旋緊的難度，純粹的機(jī)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(dòng)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(jì)算

查閱《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知道，M2.5、M1.6螺紋所對(duì)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(jì)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(jì)算可以看出，以M1.6螺紋為例，中徑最大差值達(dá)0.178mm，完全有可能因間隙過(guò)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(qiáng)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(dòng)，螺紋連接在裝配時(shí)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(guò)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(xiǎn)截面的面積[2]。

在實(shí)際生產(chǎn)中，控制預(yù)緊力一般是利用控制擰緊力矩來(lái)實(shí)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(wú)法使用扳手，只能采用手動(dòng)擰緊。通過(guò)以上計(jì)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(shí)現(xiàn)螺紋的擰緊，所以理論上該連接方式很難實(shí)現(xiàn)螺紋預(yù)緊，在長(zhǎng)期戶外使用過(guò)程中，由于振動(dòng)、沖擊、熱脹冷縮等環(huán)境因素，便可能導(dǎo)致螺紋松動(dòng)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(zhǎng)期可靠使用，急需采取加固措施解決以上問(wèn)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(wèn)題在于防止螺旋副在載荷作用下發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法，按其工作原理可分為摩擦防松、機(jī)械防松以及破壞螺紋運(yùn)動(dòng)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(diǎn)等破壞螺紋運(yùn)動(dòng)副關(guān)系放松也不好實(shí)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(rèn)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(qiáng)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(jì)算

螺紋的圓柱螺旋線如圖4, 5所示：

以直徑1.6mm螺紋計(jì)算，每牙接觸面積S1≈每牙螺旋長(zhǎng)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(jiàn)圖2知M1.6螺紋長(zhǎng)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(jì)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(jì)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(xiǎn)。

4 實(shí)際應(yīng)用效果驗(yàn)證

公司某型雷達(dá)天線單元使用了200余個(gè)該連接器，最初裝配時(shí)未使用導(dǎo)電膠，經(jīng)實(shí)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(cè)試超差問(wèn)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(jì)算結(jié)果預(yù)測(cè)相符。

為解決該質(zhì)量隱患，項(xiàng)目組決定對(duì)所有200多個(gè)天線單元的連接器進(jìn)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(méi)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(xiàng)目組制作了2組各10個(gè)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(jìn)行了振動(dòng)沖擊試驗(yàn)，振動(dòng)試驗(yàn)按照GJB150.16A-2009的第7.3.1條進(jìn)行，沖擊試驗(yàn)按照GJB150.18A-2009的第7.2.1條進(jìn)行，最后通過(guò)測(cè)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(dòng)沖擊試驗(yàn)照片

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

表2 連接器振動(dòng)沖擊試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，不帶導(dǎo)電膠的連接器在經(jīng)過(guò)振動(dòng)沖擊后有1個(gè)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(dá)連接器單純依靠螺紋連接很難達(dá)到緊固效果，后期存在嚴(yán)重質(zhì)量隱患。隨后經(jīng)靜力學(xué)理論計(jì)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(guò)實(shí)際使用效果比較和振動(dòng)沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證，證明不帶導(dǎo)電膠裝配確實(shí)存在接觸松動(dòng)隱患，而加導(dǎo)電膠裝配的連接器沒(méi)有發(fā)現(xiàn)接觸松動(dòng)問(wèn)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。