某衛(wèi)星群J30JHT型電連接器開口擋圈脫落問題分析及工藝優(yōu)化

劉玉剛， 徐波濤， 方志開， 萬畢樂， 隆昌宇

（1.北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094；2.北京市航天產(chǎn)品智能裝配技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心，北京100094）

0 引言

航天器電連接器是航天器電信號(hào)傳遞的關(guān)鍵接口［1-2］，其連接質(zhì)量的好壞直接影響著航天器電信號(hào)的傳輸質(zhì)量［3］，對(duì)航天器各分系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作起著決定性的作用。航天器電連接器地面總裝精密插拔裝配過程器上作業(yè)環(huán)境狀態(tài)復(fù)雜、總裝技術(shù)狀態(tài)要求嚴(yán)格、工作進(jìn)度要求嚴(yán)苛，其作業(yè)各環(huán)節(jié)稍有疏忽易發(fā)生接插不到位、鎖緊不可靠、多余物產(chǎn)生及擴(kuò)散等問題，導(dǎo)致航天器運(yùn)行的可靠性降低，留下質(zhì)量安全隱患［4］。如何控制航天器總裝電連接器插拔過程中的操作規(guī)范性、一致性，增強(qiáng)電連接器接插裝聯(lián)可靠性，確保其地面總裝插拔作業(yè)安全性，就成為航天器總裝過程中的重要任務(wù)，是貫穿航天器系統(tǒng)級(jí)研制全過程的重要工作內(nèi)容。

在航天器實(shí)際總裝工程研制中，一方面，電連接器插拔工藝方法及控制措施是否合理有效，將直接影響航天器最終功能和性能指標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，影響航天器的質(zhì)量和壽命，甚至影響航天器飛行任務(wù)的成?。涣硪环矫?，電連接器的廠家產(chǎn)品應(yīng)用手冊(cè)更多關(guān)注于各型電連接器的陰陽配套件（插頭、插座）的單體組配裝聯(lián)及緊固安裝，較少涉及電連接器的總裝插拔作業(yè)，這勢(shì)必給航天器總裝一線工程技術(shù)人員帶來極大困擾。因此，開展航天器典型電連接器總裝插拔過程分析以及精密插拔裝配工藝技術(shù)研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

穩(wěn)健、先進(jìn)的工藝過程是形成強(qiáng)大制造能力的重要基礎(chǔ)，也是應(yīng)對(duì)高密度發(fā)射和多型號(hào)并行研制批產(chǎn)任務(wù)的嚴(yán)峻形勢(shì)、確保國家重大專項(xiàng)和重點(diǎn)航天工程任務(wù)圓滿完成的根本保證。作為國家重大科技專項(xiàng)的某批產(chǎn)型號(hào)衛(wèi)星群建造工程，在圓滿完成一期局域組網(wǎng)后，正朝向全球組網(wǎng)目標(biāo)全速推進(jìn)。在該批產(chǎn)型號(hào)衛(wèi)星群總裝中，J30JHT型電連接器的精密插拔裝配過程因其附屬開口擋圈極易發(fā)生脫落而備受關(guān)注。為確保該型電連接器總裝插拔過程的質(zhì)量安全，提升衛(wèi)星群批產(chǎn)總裝工藝穩(wěn)定性，必須提出防止其開口擋圈脫落的有效工藝方法。本文首先對(duì)該型電連接器的裝配結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)進(jìn)行了簡要介紹，然后對(duì)其開口擋圈脫落問題開展了故障樹分析及技術(shù)定位，并對(duì)其插拔裝配關(guān)鍵工藝過程的傳力特性開展了詳細(xì)分析，之后通過總結(jié)提煉成熟總裝工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歸納提出了該型電連接器精密插拔裝配過程最佳工藝方法以及防開口擋圈脫落的工藝優(yōu)化控制措施。

1 J30JHT型電連接器裝配結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在某批產(chǎn)型號(hào)衛(wèi)星群二期工程中，J30JHT型電連接器應(yīng)用較多，相應(yīng)電連接器占整星電連接器總數(shù)的20%左右。各組網(wǎng)星在各狀態(tài)電測(cè)期間、各階段總裝期間以及諸多星上單機(jī)設(shè)備安裝與拆裝過程中，均要進(jìn)行該型電連接器的插拔操作。而該型電連接器為我國電連接器廠家仿制進(jìn)口Airborn電連接器產(chǎn)品［5］，其緊固連接附件中采用了“菊花形”開口擋圈完成電連接器緊固螺釘?shù)南尬绘i緊。該型電連接器主要由插針合件、導(dǎo)線、基座、外殼、金屬尾罩、EC104膠粘劑、開口擋圈及其鎖緊螺釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。

圖1 J30JHT型電連接器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Connector structure of J30JHT

該型電連接器附件族中的開口擋圈為我國電連接器生產(chǎn)廠家仿制國外產(chǎn)品，其與鎖緊螺釘通過特殊結(jié)構(gòu)尺寸匹配設(shè)計(jì)完成卡位及傳力功能，開口擋圈與鎖緊螺釘外形及卡裝關(guān)系如圖2所示，各相關(guān)裝配尺寸容限如表1所示。

圖2 開口擋圈與鎖緊螺釘外形及卡裝示意圖Fig.2 Shape and fits of the retaining ring and lock-screw

表1 鎖緊螺釘及開口擋圈裝配尺寸容限Table1 Size limit parameters of the lock-screw and retaining ring

從圖2及表1可知，開口擋圈的內(nèi)圓直徑d的尺寸容限為1.35mm～1.44mm，不大于鎖緊螺釘卡槽直徑d1的尺寸容限 （1.44mm～1.5mm），且開口擋圈的張口寬度B的尺寸容限為1.26mm～1.3mm。在該型電連接器成型裝配時(shí)，開口擋圈需借助外力卡入鎖緊螺釘?shù)目ú蹆?nèi)，期間需利用開口擋圈張口部位的彈性變形效應(yīng)劃擦鎖緊螺釘卡槽部位細(xì)徑 （d1），卡接到位后變形恢復(fù)。此時(shí)，開口擋圈內(nèi)圓（直徑d部位）應(yīng)緊密抱緊鎖緊螺釘卡槽部位外圓 （直徑d1部位），開口擋圈張口 （寬度B部位）重新卡緊鎖緊螺釘卡槽部位外圓，實(shí)現(xiàn)緊密卡位。在該型電連接器拔離時(shí)，鎖緊螺釘受驅(qū)旋出，通過卡槽接觸開口擋圈內(nèi)圓邊緣，開口擋圈將驅(qū)動(dòng)力傳遞至電連接器肩部安裝孔臺(tái)階面，帶動(dòng)電連接器移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)拔離過程的力的傳遞。

在總裝工程實(shí)際操作過程中，J30JHT型電連接器上述類型的開口擋圈脫落現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，甚至多次發(fā)生碎裂。該型開口擋圈本就屬于微小零件，其碎裂后尺寸更加細(xì)微，這樣不僅嚴(yán)重破壞了該型電連接器的既有功能，而且?guī)淼奈⑿徒饘俣嘤辔飻U(kuò)散以及難以查找搜集等問題，勢(shì)必嚴(yán)重威脅航天器內(nèi)已裝精密電氣產(chǎn)品的測(cè)試安全和整星系統(tǒng)級(jí)安全性［6］。為確保航天器研制的總體質(zhì)量和安全性，有必要對(duì)該型電連接器的精密插拔裝配過程進(jìn)行全面細(xì)致的工程技術(shù)分析，探究引致脫落的根本原因，研究最優(yōu)化的精密插拔裝配工藝方法，徹底解決開口擋圈脫落問題。

2 開口擋圈脫落故障樹分析及定位

通過對(duì)該型電連接器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和各級(jí)生產(chǎn)裝配流程的綜合分析，列出開口擋圈脫落的可能原因故障樹圖，如圖3所示。

在故障樹構(gòu)建時(shí)，遵循航天器精密裝配工藝技術(shù)領(lǐng)域全面質(zhì)量管理［7］經(jīng)典作法，對(duì)可能引致開口擋圈脫落的原因按照人員、機(jī)器、材料、方法、環(huán)境、測(cè)量6方面逐一展開，層層細(xì)化，共計(jì)歸集出10個(gè)底事件。各底事件排查分析定位情況如下：

1）人員資質(zhì)及技能底事件：排查該型該批次電連接器本體組裝以及總裝插拔操作人員的崗位資質(zhì)合規(guī)，技能等級(jí)匹配崗位要求，操作經(jīng)驗(yàn)豐富，該底事件予以排除。

2）開口擋圈組裝底事件：復(fù)核開口擋圈組裝的全部操作過程符合標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)規(guī)范的規(guī)定，工藝方法成熟，操作一致性好，該底事件予以排除。

3）電連接器插接與拔離底事件：經(jīng)復(fù)查，該型該批次電連接器插接與拔離工作嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)范要求，操作過程均符合J30JHT型電連接器應(yīng)用手冊(cè)的要求，特別是對(duì)兩端鎖緊螺釘?shù)耐瑫r(shí)旋進(jìn)或旋出、采用相應(yīng)的鎖緊力矩以及防止因電纜過重產(chǎn)生橫向作用力等措施均嚴(yán)格執(zhí)行到位，該底事件予以排除。

4）設(shè)備異常底事件：復(fù)查本批次J30JHT型電連接器生產(chǎn)及裝配所用設(shè)備技術(shù)狀態(tài)均符合既有工程技術(shù)文件的要求，設(shè)備采標(biāo)均在規(guī)定的設(shè)備清單內(nèi)，所有設(shè)備均在其使用有效期內(nèi)規(guī)范使用，設(shè)備技術(shù)參數(shù)范圍滿足產(chǎn)品加工要求，該底事件予以排除。

圖3 開口擋圈脫落故障樹圖Fig.3 FTA graph for the retaining ring shedding

5）工裝問題底事件：復(fù)查本批次J30JHT型電連接器生產(chǎn)及插接與拔離操作過程中涉及的全部工裝工具均符合工藝文件中的規(guī)定，使用狀態(tài)良好，且均在計(jì)量檢定有效期內(nèi)合規(guī)使用，該底事件予以排除。

6）零件來料問題底事件：經(jīng)對(duì)該型該批次電連接器全部零件的失效分析，所涉電連接器的開口擋圈和鎖緊螺釘無論從其外觀質(zhì)量還是相關(guān)配合尺寸檢測(cè)結(jié)果來看，均符合產(chǎn)品既有設(shè)計(jì)文件的規(guī)定要求，該底事件予以排除。

7）工藝規(guī)定不完善底事件：通過對(duì)該型該批次開口擋圈和電連接器插接與拔離所依據(jù)的操作工藝規(guī)程文件分析可知，該型電連接器的組裝以及插接與拔離操作工藝規(guī)程文件均包含J30JHT型電連接器應(yīng)用手冊(cè)中的相關(guān)要求，各類工藝要素規(guī)定完整、詳細(xì)、有效，可操作性強(qiáng)，該底事件予以排除。

8）產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理底事件：通過對(duì)該型該批次開口擋圈基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸及材質(zhì)性能的概要分析可知，在該型電連接器拔離階段，開口擋圈在進(jìn)行軸向傳力的同時(shí)受到彎矩的作用，產(chǎn)生的彎曲變形導(dǎo)致其開口（圖2張口寬度B）增大，加之其所受摩擦力矩的相互作用，開口擋圈存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。因此，無論從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是材料選擇方面，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理的因素不可排除。

9）環(huán)境不滿足要求底事件：復(fù)查該型該批次產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境、貯存環(huán)境、組裝及總裝環(huán)境條件均滿足相應(yīng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國家軍用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求，該底事件予以排除。

10）產(chǎn)品檢驗(yàn)底事件：經(jīng)核查，該型該批次開口擋圈和電連接器的成品過程檢驗(yàn)均按照相關(guān)設(shè)計(jì)及工藝文件的要求進(jìn)行，檢驗(yàn)合格后轉(zhuǎn)入下道工序；逐批檢驗(yàn)、例行試驗(yàn)以及DPA試驗(yàn)［8］亦嚴(yán)格按照航天器產(chǎn)品采購規(guī)范中所規(guī)定的組批交貨檢驗(yàn)項(xiàng)目要求進(jìn)行，檢驗(yàn)結(jié)論均合格，該底事件予以排除。

綜上所述，造成開口擋圈脫落的最大可能原因定位為：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇不合理，開口擋圈在電連接器拔離過程中產(chǎn)生過量張口變形，容易發(fā)生脫落。

3 插拔裝配關(guān)鍵工藝過程傳力特性

圍繞開口擋圈脫落問題的最終故障定位原因，為徹底厘清該型電連接器開口擋圈脫落的技術(shù)機(jī)理，需結(jié)合J30JHT型電連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)該型電連接器的精密插拔裝配關(guān)鍵工藝過程的傳力特性開展全面分析。

如圖4所示，由該型電連接器的基礎(chǔ)技術(shù)資料可知，在該型產(chǎn)品的鎖緊附件結(jié)構(gòu)中，其鎖緊螺釘依次穿過電連接器金屬尾罩和外殼的安裝孔后，通過開口擋圈的內(nèi)圓與鎖緊螺釘?shù)拈_槽外圓配合進(jìn)行限位，從而形成鎖緊螺釘、開口擋圈、外殼以及金屬尾罩為一體的防脫結(jié)構(gòu)。為保證鎖緊螺釘具有自動(dòng)找正功能以及受4種互相配合零部件公差累積的影響，螺釘預(yù)留的開槽厚度H大于開口擋圈的厚度h。因此，開口擋圈可以在預(yù)留厚度為H的開槽內(nèi)沿螺釘軸向移動(dòng)。

圖4 開口擋圈組裝示意圖Fig.4 Installing graph of retaining ring

基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)該型電連接器的活動(dòng)插頭端與其匹配對(duì)接端 （通常定義為插座端）的精密插拔裝配過程進(jìn)行分析。整個(gè)分析過程采用動(dòng)素分析法，將其典型插拔作業(yè)劃分為插接過程與拔離過程。其中，插接過程又可分為預(yù)對(duì)接、預(yù)鎖緊、鎖緊共計(jì)3個(gè)子階段；拔離過程則可分為預(yù)解鎖、解鎖、拔離共計(jì)3個(gè)子階段，具體工藝流程如圖5所示。

在上述每個(gè)精密裝配子階段中，開口擋圈、鎖緊螺釘、金屬尾罩以及外殼各自本身及相互間的裝配力狀態(tài)變化情況相對(duì)復(fù)雜，需逐階段比對(duì)分析。

圖5 J30JHT型電連接器精密插拔工藝流程Fig.5 Precision plug-pull process flow of J30JHT's connector

（1）預(yù)對(duì)接階段

如圖6所示，在此階段，操作人員手持插頭端金屬尾罩中上部，使其與插座端進(jìn)行對(duì)正，然后平行于對(duì)接方向緩慢施力，直至鎖緊螺釘外螺紋下端面與安裝螺釘（套）內(nèi)螺紋上端面貼合為止。

圖6 預(yù)對(duì)接過程示意圖Fig.6 Pre-docking of the connector

如圖7所示，在預(yù)對(duì)接鎖緊過程中，操作人員施加至插頭上平行于對(duì)接方向的作用力為F1，并通過以下過程傳遞至開口擋圈上端面處：操作人員→金屬尾罩→外殼→開口擋圈上端面；插座端平行于對(duì)接方向的反作用力為F2， 并通過以下過程傳遞至開口擋圈下端面處：插座→安裝螺釘（套）→鎖緊螺釘→開口擋圈下端面。

圖7 預(yù)對(duì)接過程開口擋圈受力示意圖Fig.7 Force analysis of the retaining ring while pre-docking

鎖緊螺釘在受到來自安裝螺釘 （套）的F2作用力時(shí)，平行地沿F2作用力方向移動(dòng)，直至其開槽部位下沿面接觸開口擋圈下端面為止；開口擋圈上下端面分別受到來自外殼和鎖緊螺釘?shù)淖饔昧1和F2的共同作用，從而達(dá)到力的平衡。此時(shí)，鎖緊螺釘為開口擋圈預(yù)留的開槽厚度H與開口擋圈的厚度h間的差值△h的空間間隙則變換轉(zhuǎn)移至鎖緊螺釘與尾罩配合界面處。

在此階段，由于電連接器處于初始插接接觸階段，操作人員施加的平行于對(duì)接方向的作用力較小，不足以使開口擋圈受力變形，因此不會(huì)造成開口擋圈脫落。

（2）預(yù)鎖緊階段

在此階段，操作人員手持螺絲刀交替旋擰鎖緊螺釘，直至開口擋圈上下端面與分別于插頭端外殼和插座端安裝螺釘 （塞）上端面貼平且所需施加的鎖緊力有明顯增強(qiáng)時(shí)為止。該階段又可細(xì)分為前期、中期、后期3個(gè)子過程。

如圖8所示，在該階段的前期子過程中，螺絲刀輸入旋轉(zhuǎn)力矩并作用于鎖緊螺釘頭部，而鎖緊螺釘外螺紋與安裝螺釘 （塞）內(nèi)螺紋在旋轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動(dòng)下，使鎖緊螺釘受到向下的作用力F3。鎖緊螺釘一邊旋轉(zhuǎn)，一邊向下平行移動(dòng)，直至釘頭下端面與金屬尾罩臺(tái)階面貼平。此時(shí)，鎖緊螺釘與金屬尾罩之間的空間間隙△h再次變換轉(zhuǎn)移至開口擋圈與插頭外殼配合界面處。

圖8 預(yù)鎖緊前期子過程示意圖Fig.8 Schematic diagram of pre-locking preceding process

在此子過程期間，由于開口擋圈內(nèi)圓緊密卡裝鎖緊螺釘開槽部位細(xì)徑圓柱面，因此其僅受鎖緊螺釘?shù)男D(zhuǎn)力矩作用，并會(huì)隨同鎖緊螺釘一同旋轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此不會(huì)造成脫落。

如圖9所示，在該階段的中期子過程中，鎖緊螺釘在F3作用力直接驅(qū)使下，釘頭下端面緊密貼合金屬尾罩臺(tái)階上端面，從而帶動(dòng)插頭整體平行下移，直至其開口擋圈下端面與插座安裝螺釘（塞）上端面貼平為止。

圖9 預(yù)鎖緊中期子過程示意圖Fig.9 Schematic diagram of pre-locking intermediate process

在此子過程期間，開口擋圈除受鎖緊螺釘?shù)男D(zhuǎn)力矩外，仍然不受其他作用力。在旋轉(zhuǎn)力矩用下，開口擋圈隨同鎖緊螺釘一同旋轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此仍然不會(huì)造成脫落。

如圖10所示，在該階段的后期子過程中，鎖緊螺釘在由旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)化而來的F3作用力的驅(qū)使下，繼續(xù)帶動(dòng)插頭整體平行下移，直至開口擋圈上下端面分別與插頭端外殼下端面和插座端安裝螺釘（塞）上端面緊密貼平，且所需施加的鎖緊力有明顯增強(qiáng)時(shí)為止，即圖9中開口擋圈上端面與插頭外殼臺(tái)階下端面之間的空間間隙△h完全消除且產(chǎn)生適宜的壓緊量。

圖10 預(yù)鎖緊后期子過程示意圖Fig.10 Schematic diagram of pre-locking final process

在此子過程期間，開口擋圈除隨鎖緊螺釘一同轉(zhuǎn)動(dòng)外，還伴隨著平行于卡槽的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但由于此階段真正的活動(dòng)行程△h本來量級(jí)極小，且始終處于連續(xù)收縮狀態(tài)，加之分解至卡槽平行方向的作用力分量較小，不足以使開口擋圈受力變形，因此不會(huì)造成脫落。

綜上所述，整個(gè)預(yù)解鎖階段均不會(huì)造成開口擋圈脫落。

（3）鎖緊階段

在此階段，操作人員手持力矩螺絲刀，采用工藝文件規(guī)定的力矩值且采用交替旋擰的方式擰緊電連接器兩側(cè)的鎖緊螺釘，直至旋緊為止。

在此階段，開口擋圈所受到的自鎖緊螺釘傳遞來的旋轉(zhuǎn)力矩絕大部分被直接泄至插頭端外殼和插座端安裝螺釘 （塞）上，且剩余能量大部通過其上下端面內(nèi)的摩擦力矩做功耗散掉，因而很難再有能量驅(qū)動(dòng)開口擋圈端面法向的受迫變形而造成脫落。

（4）預(yù)解鎖階段

在此階段，操作人員手持螺絲刀交替反向旋擰鎖緊螺釘，直至旋緊出1／4圈為止。開口擋圈受到鎖緊螺釘?shù)男D(zhuǎn)力矩大部被直接泄至插頭端外殼和插座端安裝螺釘 （塞）上，很難直接導(dǎo)致脫落。

（5）解鎖階段

在此階段，操作人員手持螺絲刀交替反向旋擰鎖緊螺釘，直至鎖緊螺釘全部旋出為止。與預(yù)鎖緊階段相仿，該階段也可細(xì)分為前期、中期、后期3個(gè)子過程。

如圖11所示，在此階段的前期子過程中，開口擋圈受到鎖緊螺釘?shù)男D(zhuǎn)力矩被泄至插頭端外殼和插座端安裝螺釘上，自身并無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此僅鎖緊螺釘向上旋出，直至旋出△h的高度，此時(shí)鎖緊螺釘卡槽下軸肩端面已抵近貼合開口擋圈下端面。

圖11 解鎖前期子過程示意圖Fig.11 Schematic diagram of unlocking preceding process

在此階段的中期和后期子過程中，鎖緊螺釘卡槽下軸肩將自輸入旋轉(zhuǎn)力矩變換產(chǎn)生的等效旋升力傳遞至開口擋圈，開口擋圈又將該力傳遞給電連接器插頭，從而帶動(dòng)電連接器插頭從插座中分離。

如圖12所示，開口擋圈所承受的軸向作用力包括其上端面來自插頭端外殼的阻力F4和其下端面來自鎖緊螺釘卡槽下軸肩的主動(dòng)力F5。依據(jù)受力平衡，應(yīng)有F5＝F4＝F6（F6為電連接器插頭和插座的合規(guī)拔離力）。然而，由于F4和F5的等效作用線并不重合，必然對(duì)開口擋圈受力端面產(chǎn)生彎矩，從而使開口擋圈端面彎曲變形開口寬度B被迫增大。另外，開口擋圈同時(shí)還承受少量用于克服隨鎖緊螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力矩作用，亦會(huì)進(jìn)一步加劇開口擋圈端面的彎曲變形。

圖12 解鎖中期子過程示意圖Fig.12 Schematic diagram of unlocking intermediate process

（6）拔離階段

在此階段，操作人員手持插頭端金屬尾罩中上部（靠近插頭法蘭處），然后沿平行于對(duì)接的反方向緩慢拔出，直至連接器插頭與插座徹底拔離為止。操作人員施加的平行作用力較小，不足以使開口擋圈受力變形，因而不會(huì)造成脫落。

綜上所述，在J30JHT型電連接器頭座連接體拔離過程的解鎖階段中后期，其鎖緊螺釘在輸入旋轉(zhuǎn)力矩作用下產(chǎn)生旋升力。該旋升力分別通過插頭外殼和鎖緊螺釘卡槽下軸肩作用于開口擋圈上下端面，從而產(chǎn)生復(fù)合彎矩，使開口擋圈端面產(chǎn)生彎曲變形并導(dǎo)致開口寬度B增大，加之受到鎖緊螺釘旋擰連帶摩擦力矩的耦合作用，開口擋圈存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

4 基于局域防護(hù)的插拔裝配工藝優(yōu)化

基于對(duì)J30JHT型電連接器插拔過程開口擋圈脫落技術(shù)機(jī)理的透徹分析，結(jié)合型號(hào)實(shí)際工程研制現(xiàn)狀，針對(duì)已裝器產(chǎn)品開展了專項(xiàng)插拔裝配工藝方法的優(yōu)化及工藝控制措施改進(jìn)工作。

針對(duì)開口擋圈脫落機(jī)理及薄弱點(diǎn)，立足航天器總裝過程作業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合既有成熟工程經(jīng)驗(yàn)，提出了基于局域防護(hù)的精密插拔裝配最優(yōu)化工藝方法。該套方法核心思路為：1）優(yōu)化插拔過程各項(xiàng)關(guān)鍵工藝參數(shù)；2）重點(diǎn)聚焦于拔離過程的防脫控制；3）采用工藝防護(hù)裝置用以局部防護(hù)收集。以期有效防御開口擋圈的再度異常脫落引致的多余物器上二次擴(kuò)散，降低器上微細(xì)多余物排查難度。

經(jīng)多輪次迭代優(yōu)化研究，得出一整套典型插拔裝配工藝優(yōu)化方法及工藝控制措施，其核心要點(diǎn)如下：

1）提出兩項(xiàng)通用操作禁止性要求，即：

①該型電連接器不允許進(jìn)行盲插（拔）；

②避免因電纜過重或受拉力而致使插頭不易對(duì)準(zhǔn)插座時(shí)的插拔操作。

2）規(guī)范插接前開口擋圈裝卡到位正確性檢查要求，同時(shí)給出工藝導(dǎo)圖，如圖13所示。

圖13 開口擋圈裝卡到位正確性檢查工藝導(dǎo)圖Fig.13 Guiding tips for the retaining ring re-installing correctness checking

3）在插接操作的預(yù)對(duì)接時(shí)，必須做到：

①操作人員手持插頭端金屬尾罩中上部，使其與插座對(duì)正，然后平行于對(duì)接方向緩慢施力，直至插頭上的鎖緊螺釘下端面與插座上的安裝螺釘（塞）上端面貼合，全過程頭座間相對(duì)傾斜角度不得超過15°；

②操作時(shí)目視檢查插頭兩側(cè)鎖緊螺釘?shù)拈g距與插座兩側(cè)安裝螺釘 （塞）間距的匹配性，以兩者貼合時(shí)，鎖緊螺釘與安裝螺釘 （塞）孔雙雙對(duì)正，且螺釘保持嚴(yán)格豎直狀態(tài)為合格判據(jù)。

4）在插接操作的預(yù)鎖緊時(shí)，優(yōu)選使用兩只螺絲刀同時(shí)旋進(jìn)兩側(cè)鎖緊螺釘，條件受限允許交替擰緊兩側(cè)鎖緊螺釘，確保插頭整體平行下移，逐漸抵近插座，直至開口擋圈上下端面分別與插頭端外殼和插座端安裝螺釘 （塞）上端面貼平，且所需施加的鎖緊力與空擰時(shí)相比有明顯增強(qiáng)時(shí)為止。此間操作還應(yīng)做到：

①不得在螺絲刀感知鎖緊螺釘扭矩明顯增強(qiáng)時(shí)，特別是旋進(jìn)發(fā)生困難時(shí)，仍使用蠻力持續(xù)作業(yè)；

②在交替擰緊操作過程中，應(yīng)嚴(yán)格保持電連接器上兩側(cè)螺釘?shù)男M(jìn)差異不超過1／2圈；

③兩側(cè)鎖緊螺釘交替擰緊及帶動(dòng)電連接器插頭朝向插座進(jìn)給過程中，頭座間相對(duì)傾斜角度不應(yīng)超過15°，如圖14所示；

圖14 預(yù)鎖緊插拔姿態(tài)工藝導(dǎo)圖Fig.14 Guiding tips for fastening guesture

④操作過程中，始終注意觀察兩連接器的匹配狀態(tài)，當(dāng)兩連接器發(fā)生明顯傾斜時(shí)，應(yīng)首先通過螺釘調(diào)整傾斜角度，到平行位置后，再繼續(xù)操作。

5）在插接操作的最終正式鎖緊時(shí)，條件許可就應(yīng)采取限力矩方式進(jìn)行鎖緊操作。對(duì)于該型電連接器鎖緊螺釘?shù)逆i緊力矩，參考電連接器廠家產(chǎn)品應(yīng)用手冊(cè)規(guī)定允限范圍，結(jié)合批產(chǎn)衛(wèi)星群工藝細(xì)化總要求，經(jīng)專項(xiàng)工藝參數(shù)篩選比對(duì)試驗(yàn)，最終優(yōu)化選定為0.24Nm。

針對(duì)因器上復(fù)雜作業(yè)工況狀態(tài)及嚴(yán)苛空間作業(yè)條件限制帶來的不可避免的無法使用力矩扳手的操作環(huán)節(jié)，則應(yīng)做到：

①若在后續(xù)總裝過程中，該電連接器還需要執(zhí)行插拔操作的，鎖緊螺釘?shù)男M(jìn)到達(dá)兩連接器完全配合的位置，即在手感明顯增強(qiáng)時(shí)停止旋擰；

②若在后續(xù)總裝過程中，該電連接器不再需要拔離，鎖緊螺釘則應(yīng)在旋進(jìn)到達(dá)兩連接器完全配合的位置，即在手感明顯增強(qiáng)時(shí)，可繼續(xù)旋進(jìn)1／2圈， 然后再倒退1／4圈。

6）在拔離操作過程中，應(yīng)輔助使用防脫落保護(hù)裝置，用以重點(diǎn)防控開口擋圈脫落。該裝置典型使用安裝過程如圖15所示，其作用機(jī)理為：一旦安裝到位，保護(hù)罩體與電連接器臺(tái)階面周緣間形成局部封閉空間。則在拔離插頭過程中，即便開口擋圈發(fā)生脫落，仍然會(huì)保持在保護(hù)罩內(nèi)部，不會(huì)散落入星內(nèi)或單機(jī)內(nèi)部，從而有效避免了脫落的擋圈 （或碎片）造成細(xì)微多余物的二次擴(kuò)散。

圖15 防脫落保護(hù)裝置典型使用安裝示意圖Fig.15 Shedding ring collector and operational essetials

7）執(zhí)行拔離操作前，應(yīng)先將保護(hù)罩從電連接器尾罩后電纜束較細(xì)的部分套入 （如圖15所示），再沿電纜束軸向移動(dòng)套入插頭座，直至保護(hù)罩嚴(yán)密貼合插頭座。

此時(shí)應(yīng)檢查確認(rèn)：

①保護(hù)罩與電連接器插頭座端面之間貼合狀態(tài)良好，即使擋圈意外脫落，也不存在掉出保護(hù)罩的空間通道縫隙；

②保護(hù)罩上側(cè) （插頭一側(cè)）應(yīng)完整露出插頭肩部的鎖緊螺釘操作孔。

8）預(yù)解鎖時(shí)，操作人員應(yīng)一手持螺絲刀，另一手扶住電連接器及其外套裝的保護(hù)罩，交替反向旋擰鎖緊螺釘，直至兩側(cè)鎖緊螺釘各旋松出1／4圈。此過程中，應(yīng)保持插頭座端面始終處于貼合狀態(tài)。

9）正式解鎖時(shí)，操作人員應(yīng)一手持螺絲刀，另一手扶住電連接器及其外套裝的保護(hù)罩，交替擰松鎖緊螺釘，直至鎖緊螺釘全部旋出插座的安裝螺釘（塞）。本階段操作為防止開口擋圈脫落的重點(diǎn)防控環(huán)節(jié)，在鎖緊螺釘全部旋出后，操作者應(yīng)全方位仔細(xì)觀察保護(hù)罩內(nèi)有無開口擋圈脫落，如果目視空間位置受限，可借助反射鏡、內(nèi)窺鏡等技術(shù)手段觀察。

10）最終拔離時(shí)，操作人員應(yīng)手持插頭，連同其外套裝的保護(hù)罩一起，平行于對(duì)接反方向緩慢拔出，直至連接器插頭與插座徹底分離。在插頭拔除后，應(yīng)根據(jù)電連接器與鉛垂方向的相對(duì)關(guān)系，調(diào)整帶保護(hù)罩的插頭姿態(tài)，以開口擋圈即使脫落也不易掉出為宜。

5 試驗(yàn)星總裝工程實(shí)踐驗(yàn)證

各項(xiàng)針對(duì)J30JHT型電連接器典型插拔裝配工藝優(yōu)化方法及控制措施經(jīng)工程發(fā)布后，應(yīng)用于某批產(chǎn)型號(hào)衛(wèi)星群試驗(yàn)星總裝工程作業(yè)中，取得了良好的工程優(yōu)化控制驗(yàn)證效果。統(tǒng)計(jì)后的試驗(yàn)星J30JHT型電連接器插拔改良情況與未采取措施的初樣星階段的對(duì)比如表2所示。

表2 J30JHT型電連接器插拔改良情況統(tǒng)計(jì)Table 2 Plug improvement statistics of J30JHT's connectors

由表2可知，在試驗(yàn)星采取改良措施后，該型電連接器的插拔過程中單純因開口擋圈脫落、碎裂導(dǎo)致的不合格插拔占比與初樣星階段相比，從約60‰大幅度降低了幾乎兩個(gè)數(shù)量級(jí)，極大地提高了該型電連接器插拔合格率。這也充分證明了針對(duì)開口擋圈脫落問題的技術(shù)機(jī)理定位精準(zhǔn)，所提工藝優(yōu)化方法構(gòu)思精巧，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，工藝參數(shù)穩(wěn)定完備，能夠確保該型電連接器精密插拔裝配作業(yè)過程的質(zhì)量安全，能夠進(jìn)一步夯實(shí)后續(xù)組網(wǎng)星批產(chǎn)總裝工藝穩(wěn)定性提升的技術(shù)基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

本文采用裝配尺寸數(shù)值分析的方式對(duì)J30JHT型電連接器的插拔裝配關(guān)鍵特性進(jìn)行了界定，采用航天行業(yè)經(jīng)典的質(zhì)量問題定位方法構(gòu)建起開口擋圈脫落問題故障樹并完成分析及技術(shù)定位，采取動(dòng)素分析法精準(zhǔn)解析了該型電連接器插拔裝配關(guān)鍵工藝過程傳力特性，遵循經(jīng)驗(yàn)提煉—方法創(chuàng)成—工程驗(yàn)證—改進(jìn)提高的技術(shù)途徑，完成了該型電連接器插拔過程防開口擋圈脫落的工藝優(yōu)化研究。研究取得如下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）J30JHT型電連接器的開口擋圈在該型電連接器插拔過程的拔離解鎖中后期階段起到了關(guān)鍵傳力作用。

2）造成該型電連接器開口擋圈脫落的最大可能原因是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇不合理，開口擋圈在電連接器拔離過程中產(chǎn)生過量張口變形。

3）在該型電連接器插接的預(yù)對(duì)接、預(yù)鎖緊、鎖緊過程中以及拔離的預(yù)解鎖、解鎖前期、最終拔離過程中，開口擋圈所受外力難以驅(qū)動(dòng)其產(chǎn)生足以造成脫落的受迫變形。

4）在該型電連接器拔離的解鎖中后期，其鎖緊螺釘產(chǎn)生的旋升力分別通過插頭外殼和鎖緊螺釘卡槽下軸肩作用于開口擋圈上下端面，所形成的復(fù)合彎矩會(huì)驅(qū)使開口擋圈端面產(chǎn)生彎曲變形并導(dǎo)致其開口寬度B增大，加之受到鎖緊螺釘旋擰連帶摩擦力矩的耦合作用，開口擋圈存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

5）在基于局域防護(hù)的精密插拔裝配最優(yōu)化工藝方法中，明確了插拔過程各項(xiàng)關(guān)鍵工藝參數(shù)，工藝控制措施重點(diǎn)聚焦于拔離過程的防脫控制，所采用的工藝防護(hù)裝置根本目標(biāo)是有效防御開口擋圈異常脫落引致多余物器上的二次擴(kuò)散，降低器上微細(xì)多余物排查難度。

6）經(jīng)優(yōu)化后的該型電連接器插拔裝配工藝方法能夠有效提升批產(chǎn)總裝工藝穩(wěn)定性，滿足某批產(chǎn)型號(hào)衛(wèi)星群總裝研制高質(zhì)量、高安全的總體要求。

［1］賀占蜀，張遠(yuǎn)西，王培卓，等.電連接器接觸件的插拔和溫升特性［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2017， 45 （4）： 59-65.HE Zhan-shu， ZHANG Yuan-xi， WANG Pei-zhuo， et al.Insertion-extraction and temperature rise properties of electrical connector［J］.Journal of South China University of Technology （Natural Science Edition）， 2017， 45 （4）：59-65.

［2］任萬濱，王鵬，馬曉明，等.微動(dòng)誘發(fā)的觸點(diǎn)電接觸間歇失效現(xiàn)象研究［J］.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)， 2013，33 （4）：382-387.REN Wan-bin， WANG-Peng， MA Xiao-ming， et al.Intermittency phenomenon of electrical contacts induced by fretting behavior［J］.Tribology， 2013， 33 （4）： 382-387.

［3］杜永英，孫志禮，呂春梅，等.基于ANSYS某型電連接器插拔過程的可靠性分析［J］.中國工程機(jī)械學(xué)報(bào)， 2015， 13 （6）： 545-549.DU Yong-ying， SUN Zhi-li， LYU Chun-mei， et al.Reliability analysis on terminal contact parts for electrical connector based on ANSYS［J］.Chinese Journal of Const-ruction Machinery， 2015， 13 （6）： 545-549.

［4］陳學(xué)永，張曉光，陳杰.宇航環(huán)境電連接器的失效機(jī)理及應(yīng)用研究［J］. 測(cè)控技術(shù)， 2015， 34 （2）： 154-156.CHEN Xue-yong， ZHANG Xiao-guang， CHEN Jie.Failure mechanism and application of electrical connectors used in aerospace［J］.Measurement ＆ Control Technology， 2015， 34 （2）： 154-156.

［5］張義，曹永泉.宇航用國產(chǎn)微矩形電連接器可靠性研究［J］. 機(jī)電元件， 2017， 37 （3）： 3-12+27.ZHANG Yi，CAO Yong-quan.Reliability study of domestic made micro rectangular high-speed electric connector for aerospace applications［J］.Electromechanical Components， 2017， 37 （3）： 3-12+27.

［6］甄曉改，侯穎，甄曉鵬，等.運(yùn)載火箭測(cè)試過程中多余物控制現(xiàn)狀分析［J］.四川兵工學(xué)報(bào)， 2015，36（6）：74-76.ZHEN Xiao-gai， HOU Ying， ZHEN Xiao-peng， et al.Current analysis of remainder's control in rocket testing process［J］.Journal of Sichuan Ordnance， 2015， 36 （6）：74-76.

［7］張?jiān)录t.淺析全面質(zhì)量管理在航天制造企業(yè)中的應(yīng)用［J］. 新技術(shù)新工藝， 2013 （1）： 110-112.ZHANG Yue-hong.Application of total quality management in aerospace manufacturing enterprise［J］.New Technology ＆ New Process， 2013 （1）： 110-112.

［8］楊城，譚晨，王伯淳.破壞性試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法研究［J］. 電子與封裝， 2016， 16 （8）： 5-8.YANG Cheng， TAN Chen， WANG Bo-chun.Research of the proficiency testing for destructive test［J］.Electronics and Packaging， 2016， 16 （8）： 5-8.