電旋轉(zhuǎn)連接器標(biāo)準(zhǔn)分析研究

Analysisand Research on Standardsfor Electrical Rotary Connectors

YANG Fan SHI Yi LI Yan WANG Jue （China Electronics StandardizationInstitute）

Abstract：Thispaperanalyzes the developmentstatus of electricalrotaryconnectorsboth domesticalland internationaly. It pointsoutthatcurrntlythere isnounifed international standard forelectricalrotaryconnectors.Although China has establishdastandardssystemforelectricalconnectors，there isstillalackofsystematicregulationsspecificallytargeting electricalrotaryconnectors.Basedontheproductcharacteristicsofelectricalrotaryconnectors，this papercarriesoutthe developmentofnational militarystadards，andclarifiestheirclassification，performanceindicators，qualityassurance provisions，and model naming rules.Theaimis to provide unified standardsforthedesign，production，andapplication of electrical rotaryconnectors to met the high-performance and high-reliability requirements of modern electronic equipment.

Keywords：electricalrotaryconnectors;standards;performanceindicators;high-performance;high-reliability

0 引言

機(jī)械旋轉(zhuǎn)與電氣信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵部件，使用在系統(tǒng)緊密結(jié)合又相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部分之間實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)、電信號(hào)的傳輸]，廣泛應(yīng)用于車載、機(jī)電旋轉(zhuǎn)連接器（又稱電滑環(huán)）是一種用于實(shí)現(xiàn)載、艦載、宇航等軍用通信系統(tǒng)以及其他電子設(shè)備中。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電旋轉(zhuǎn)連接器的性能和可靠性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的電旋轉(zhuǎn)連接器的研制工作，但未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)保證其質(zhì)量一致性。本文在分析國(guó)內(nèi)外電旋轉(zhuǎn)連接器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、研制和應(yīng)用實(shí)際的基礎(chǔ)上，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)研究工作，為研制單位、用戶和檢測(cè)單位提供了電旋轉(zhuǎn)連接器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用的依據(jù)。

1 工作原理

電旋轉(zhuǎn)連接器通常由導(dǎo)電環(huán)、彈性刷、絕緣安裝板、殼體、軸承等結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示，其中，常見(jiàn)的電旋轉(zhuǎn)連接器其尾部一般通過(guò)線纜與旋轉(zhuǎn)部件連接。其工作原理是利用彈性刷的彈性壓力與導(dǎo)電環(huán)的圓環(huán)面或凹槽接觸，完成電流、信號(hào)等介質(zhì)的對(duì)接。當(dāng)機(jī)械部分360度無(wú)限制連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)線需連接到旋轉(zhuǎn)部件上，電旋轉(zhuǎn)連接器可解決導(dǎo)線纏繞問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圖像、數(shù)據(jù)信號(hào)及動(dòng)力傳遞。其內(nèi)部由旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分組成，通過(guò)彈性刷觸點(diǎn)形成通路，傳輸各類電流信號(hào)。因此，導(dǎo)電環(huán)和彈性刷是影響電旋轉(zhuǎn)連接器電氣信號(hào)傳輸質(zhì)量的重要結(jié)構(gòu)。

2產(chǎn)品研制情況

2.1國(guó)外產(chǎn)品研制情況

國(guó)外主要研制生產(chǎn)電旋轉(zhuǎn)連接器的企業(yè)有Moflon、Moog等，其產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)類似，技術(shù)難點(diǎn)部分主要集中在彈性刷和導(dǎo)電環(huán)之間的接觸涉及、材料選擇以及絕緣安裝板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等部分，該部分往往為專利集中區(qū)。

Moflon公司產(chǎn)品類型較多，主要在工業(yè)自動(dòng)化、新能源、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用較多，其旋轉(zhuǎn)類產(chǎn)品按照傳輸介質(zhì)不同分為電滑環(huán)、流體滑環(huán)、光滑環(huán)，其中電滑環(huán)按照外形結(jié)構(gòu)、傳輸型號(hào)類型等要素分為多個(gè)系列，例如，常見(jiàn)的過(guò)孔式電旋轉(zhuǎn)連接器為MT系列，其型號(hào)按照內(nèi)徑、外徑、環(huán)路數(shù)分為多個(gè)型號(hào)，部分精密產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)壽命可達(dá)1.5億轉(zhuǎn)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 1000rpm ，產(chǎn)品指標(biāo)見(jiàn)表1。

Moog公司產(chǎn)品主要在航空航天、國(guó)防、高端工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多，其產(chǎn)品類型超過(guò)1000余種，可為惡劣的商業(yè)、工業(yè)、航空航天和軍事環(huán)境提供相應(yīng)產(chǎn)品。產(chǎn)品分類原則與其他公司類似，按照傳輸介質(zhì)、結(jié)構(gòu)等要求分為不同系列。其中過(guò)孔式電旋轉(zhuǎn)連接器使用了纖維刷技術(shù)，與傳統(tǒng)滑環(huán)技術(shù)相比，該技術(shù)每個(gè)刷束有多個(gè)接觸點(diǎn)，且具有低接觸力和低接觸磨損率的優(yōu)點(diǎn)，此外，纖維刷不需要潤(rùn)滑，幾乎不會(huì)產(chǎn)生磨損碎片。某些電旋轉(zhuǎn)連接器除了電信號(hào)外，還可以傳輸其他信號(hào)，例如，某些小尺寸的電旋轉(zhuǎn)連接器數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)50Mbit/s，特殊設(shè)計(jì)的電旋轉(zhuǎn)連接器可以傳輸從DC到1000MHz的寬帶信號(hào)。

2.2國(guó)內(nèi)產(chǎn)品研制情況

國(guó)內(nèi)電旋轉(zhuǎn)連接器起步較晚，近年來(lái)技術(shù)持續(xù)突破，國(guó)內(nèi)主要研制廠家包括中航光電、電科十四所、航天電器等公司，目前產(chǎn)品最高旋轉(zhuǎn)壽命可達(dá)1.5億轉(zhuǎn)，工作溫度可達(dá) -55～85^°C ，其他常規(guī)性能指標(biāo)見(jiàn)表2。電旋轉(zhuǎn)連接器目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、兵器、電子、石油、醫(yī)療、安防、風(fēng)電等諸多領(lǐng)域，在產(chǎn)品選型時(shí)，其關(guān)鍵電氣性能指標(biāo)包括絕緣電阻、介質(zhì)耐電壓、接觸電阻旋轉(zhuǎn)變化量等，關(guān)鍵機(jī)械性能指標(biāo)包括旋轉(zhuǎn)力矩、機(jī)械壽命等，關(guān)鍵環(huán)境性能指標(biāo)包括濕熱、振動(dòng)、沖擊等。

3標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容分析

3.1電旋轉(zhuǎn)連接器標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前國(guó)際上，對(duì)于光旋轉(zhuǎn)連接器有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于電旋轉(zhuǎn)連接器尚未形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)在電連接器領(lǐng)域已經(jīng)建立了一套較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，本次依據(jù)電旋轉(zhuǎn)連接器產(chǎn)品特點(diǎn)，結(jié)合電連接器產(chǎn)品指標(biāo)體系狀況，開(kāi)展了相關(guān)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)的研制工作。

隨著武器裝備的自動(dòng)化、智能化發(fā)展，國(guó)防武器系統(tǒng)的不斷更新?lián)Q代，尤其是智能無(wú)人設(shè)備的發(fā)展，各大軍工總體單位陸續(xù)提出了用于旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)碾娺B接器需求，結(jié)構(gòu)形式上有甩線式和接連接器式等形式，主要在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下傳輸大功率電流或低頻信號(hào)如：422、CAN總線、1553B，主要應(yīng)用于智能監(jiān)測(cè)、武器觀瞄、炮塔轉(zhuǎn)動(dòng)、導(dǎo)彈導(dǎo)引制導(dǎo)等多種不同的軍用設(shè)備中。而我國(guó)現(xiàn)在的電旋轉(zhuǎn)連接器缺乏系統(tǒng)性、規(guī)范性的接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范電旋轉(zhuǎn)連接器，需要制定相應(yīng)的通用規(guī)范來(lái)統(tǒng)一電旋轉(zhuǎn)連接器的性能水平要求和質(zhì)量保證規(guī)定，確定產(chǎn)品的連接方式、性能指標(biāo)、考核方法、安裝方式、端接方式和型號(hào)命名規(guī)則等內(nèi)容，提高軍用接口的標(biāo)準(zhǔn)化程度和質(zhì)量水平，滿足軍用設(shè)備自動(dòng)化、智能化發(fā)展要求。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電旋轉(zhuǎn)連接器廠家不下百余家，應(yīng)用領(lǐng)域遍布海陸空及通信、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，但國(guó)家有關(guān)主管部門(mén)迄今為止尚未頒布有關(guān)電旋轉(zhuǎn)連接器的國(guó)軍標(biāo)。由于缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各生產(chǎn)廠商在研發(fā)工作中就不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些差異。比如：電性能參數(shù)規(guī)定不統(tǒng)一、測(cè)試方法不一致等等。目前這些問(wèn)題已經(jīng)困擾了用戶和制造廠家，在行業(yè)內(nèi)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域造成人力和物力的浪費(fèi)。由于產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的差異將使不同廠商產(chǎn)品之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)互換，直接妨礙技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，最終可能削弱整個(gè)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。調(diào)研國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品，也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此，迫切需要為此類產(chǎn)品制定統(tǒng)一、規(guī)范的國(guó)軍標(biāo)通用規(guī)范，促進(jìn)該產(chǎn)品的發(fā)展。

3.2標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

電旋轉(zhuǎn)連接器應(yīng)用于系統(tǒng)緊密結(jié)合又相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部分之間實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)、電信號(hào)的傳輸，同時(shí)又能滿足地面、機(jī)載、水下、空間等應(yīng)用環(huán)境的特殊要求。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電旋轉(zhuǎn)連接器（又稱電滑環(huán)）的分類、通用要求和質(zhì)量保證規(guī)定等，適用于電旋轉(zhuǎn)連接器的研制、生產(chǎn)、考核和驗(yàn)收。

3.3產(chǎn)品分類

電旋轉(zhuǎn)連接器目前一般可以按照接觸件種類、端口結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境進(jìn)行分類。其中，按接觸件種類可以分為信號(hào)接觸件和功率接觸件；按端接形式可以分為尾纜（成纜或散線）、連接器端口和以上結(jié)構(gòu)的混裝；按使用環(huán)境可以分為地面、機(jī)載、艦載和宇航。

3.4產(chǎn)品性能指標(biāo)

以應(yīng)用需求和功能需求為基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電旋轉(zhuǎn)連接器在電性能、機(jī)械性能、環(huán)境適應(yīng)性方面的要求。例如，接觸電阻、接觸電阻旋轉(zhuǎn)變化量、介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻等電性能指標(biāo)，以及旋轉(zhuǎn)力矩、機(jī)械壽命等機(jī)械性能指標(biāo)，都是確保連接器可靠工作的關(guān)鍵因素。環(huán)境性能則包括高溫工作、低溫工作、高溫貯存、低溫貯存、溫度沖擊、濕熱、振動(dòng)、沖擊等多個(gè)方面，這些性能要求確保了連接器在各種極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

3.5質(zhì)量保證規(guī)定

本標(biāo)準(zhǔn)為首次編制的產(chǎn)品通用規(guī)范，其中鑒定檢驗(yàn)項(xiàng)目、分組和檢驗(yàn)順序，以及A組檢驗(yàn)、B組檢驗(yàn)和周期檢驗(yàn)的檢驗(yàn)項(xiàng)目、分組和檢驗(yàn)順序在參考GJB599B—2012《耐環(huán)境快速分離高密度小圓性電連接器通用規(guī)范》、GJB598B—2011《耐環(huán)境快速分離圓形電連接器通用規(guī)范》的基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)品本身特性及主要應(yīng)用環(huán)境制定。但根據(jù)電旋轉(zhuǎn)連接器自身的特點(diǎn)，對(duì)部分試驗(yàn)的細(xì)則進(jìn)行明確，例如，部分電性能、機(jī)械、耐環(huán)境性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)定的確定與規(guī)定，以及部分試驗(yàn)條件的細(xì)化。

標(biāo)準(zhǔn)涉及的性能測(cè)試方法中，接觸電阻、耐電壓、絕緣電阻、溫度沖擊、振動(dòng)、沖擊、潮濕、鹽霧、低氣壓、熱真空釋氣試驗(yàn)方法使用GJB1217A一2009《電連接器試驗(yàn)方法》中相應(yīng)試驗(yàn)方法，近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_、誤碼率、眼圖試驗(yàn)方法使用GJB9386—2018《電連接器數(shù)據(jù)傳輸性能測(cè)試方法》，低溫工作試驗(yàn)方法使用GJB150.4A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第4部分：低溫試驗(yàn)》，高溫工作試驗(yàn)方法使用GJB150.3A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第3部分：高溫試驗(yàn)》，霉菌試驗(yàn)方法使用GJB150.10A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第10部分：霉菌試驗(yàn)》，其余試驗(yàn)方法根據(jù)實(shí)際情況制定。

3.6型號(hào)命名

本標(biāo)準(zhǔn)基于產(chǎn)品在選用和使用過(guò)程中必要、關(guān)鍵特征在型號(hào)命名中的體現(xiàn)，型號(hào)命名由主稱代號(hào)、安裝方式、外徑、環(huán)路數(shù)等要素組成（如圖2所示），能夠指導(dǎo)用戶更加方便、直觀的選取產(chǎn)品，同時(shí)也能夠規(guī)范不同廠家相同產(chǎn)品主要關(guān)鍵特征的命名方式。

4結(jié)論

電旋轉(zhuǎn)連接器作為現(xiàn)代電子設(shè)備中的關(guān)鍵部件，其性能和質(zhì)量直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。《電旋轉(zhuǎn)連接器通用規(guī)范》的制定，為電旋轉(zhuǎn)連接器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的詳細(xì)解讀，可以看到該標(biāo)準(zhǔn)在材料選擇、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、性能要求、質(zhì)量保證等方面都做出了明確的規(guī)定，確保了電旋轉(zhuǎn)連接器在各種環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性。在未來(lái)的發(fā)展中，應(yīng)繼續(xù)關(guān)注國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，不斷優(yōu)化和提升電旋轉(zhuǎn)連接器的標(biāo)準(zhǔn)水平，以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求和應(yīng)用要求。

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