器為主,選用第三代的高密度超小型圓形電連接器還很少。而在我國航空系統(tǒng)中有明確定義;“在新研產(chǎn)品中要求以國軍標(biāo)GJB599為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計”,GJB599標(biāo)準(zhǔn)即等效于MIL-C-38999。
第三代圓形電連接器有MIL-C-27599、MIL-C-38999和MIL-C-81511三個規(guī)范,其基本特征是:
1) 插頭、插座連接方式初期為卡口連接,后在MIL-C-38999中增加了三頭梯形螺紋連接和卡鎖連接。
2) 插孔、插針和導(dǎo)線端接有焊接和壓接二種,MIL-C-27599為焊接型電連接器,MIL-C-38999和MIL-C-81511除玻璃燒結(jié)插座外,均采用壓接端接方式。
3) 電連接器為高密度超小型,即在其孔位排列中除有中密度外,還增加了高密度排列的品種,采用的接觸件最小直徑為0.76mm(22D#),接觸件最小間距為2.16mm。
4) 接觸件裝卸方式有單個后送后取,還有整體取出的。MIL-C-38999的四個系列和MIL-C-81511第III、IV系列為單個后送后取,MIL-C-81511的第I 、II系列為整體取送。
5) 有長殼體和短殼體兩種;MIL-C-38999的I 、III、IV系列和MIL-C-81511的I、III系列為長殼體,而MIL-C-38999的II系列和MIL-C-81511的II、IV系列為短殼體。
第三代圓形電連接器與第二代相比;增加了高密度品種,電連接器的體積、重量大幅下降。結(jié)構(gòu)采用公認(rèn)的優(yōu)選結(jié)構(gòu),提高了電連接器可靠性。并且把不同密度的孔位排列、插座的各種連接方式都納入同一規(guī)范中,由于品種齊全,避免了同一軍用裝備中選用幾個系列電連接器,有利于使用維護(hù)。另外,在一個規(guī)范中盡管有幾個系列,但接觸件是通用的,壓接工具和裝卸工具是統(tǒng)一的,提高了接觸件和工具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。
三、新型軍用電連接器的應(yīng)用
1、圓形電連接器
MIL-C-38999標(biāo)準(zhǔn)是國際公認(rèn)的具有先進(jìn)水平的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是小圓形、高密度、快速分離、耐環(huán)境、可裝卸、壓接型電連接器的通用規(guī)范。我國國軍標(biāo)GJB599(等同MIL-C-38999) 。我國研制生產(chǎn)該標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品已有十余年歷史。目前巳具備組織部分型譜產(chǎn)品小批量生產(chǎn)的能力。主要應(yīng)用于航空、航天等高可靠性要求的軍用裝備。GJB599(等同MIL-C-38999) 圓形電連接器的主要特點(diǎn)如下:
1) 高密度
最多芯數(shù)達(dá)128個,在相同殼體尺寸下,產(chǎn)品通過的信號路數(shù)比系列產(chǎn)品多一倍。且絕緣性能好、重量輕、體積小。MIL-C-38999的孔位排列是在中密度產(chǎn)品規(guī)范(MIL-C-26482、83723等)基礎(chǔ)上增加高密度孔位排列,基本上每種殼體號有高密度排列。用戶既可將高密度產(chǎn)品用于體積空間小的部位,又仍可將中密度產(chǎn)品用于傳送功率的電路上。
2) 長殼體
MIL-C-38999的系列I 、III、IV是長殼體,僅系列II是短殼體。長殼體由于殼體加長,殼體端面到插針端面長度增加,可防止未插合的插頭、插座使用中與異物相碰損傷插針。還可防盲插、誤插或斜插,避免插頭連接環(huán)碰彎插針,或造成帶電插針跨接短路。由于殼體加長,誤將裝針插頭和裝針插座誤插在一起時,由于插頭插針端面與插座插針端面有一定距離,不會造成插針損壞。另外,由于殼體加長,插頭插座插合時,當(dāng)插針與插孔絕緣體端面接觸時,插頭殼體與插座殼體已嚙合了較長長度,減少了插頭、插座插合時的傾斜度,提高了插針與插孔的對位準(zhǔn)確度。MIL-C-38999插針總長比MIL-C-26482短27.7%。由于插針短,插針露出界面密封墊長度也短,有利于超小型的細(xì)小插針改善加工性能,增加剛度,防止碰彎損壞。插孔為閉口式,套管對插孔工作部位起保護(hù)作用,避免插孔在周轉(zhuǎn)、包裝或使用中損傷簧片及改變簧片彈力,影響其接觸性能。插孔套管端部呈喇叭口,可引導(dǎo)插針順利導(dǎo)入插孔。[2]
3)高混裝
可將低頻、高頻、總線、光纖和電源等各種信號和能源傳輸線混裝在一個殼體內(nèi),單個插針最大電流可達(dá)45安培。MIL-C-38999系列產(chǎn)品傳輸信號頻率比MIL-C-26482系列產(chǎn)品高百倍。故一個MIL-C-38999系列插頭可代替幾個MIL-C-26482系列插頭。
4)高可靠
MIL-C-38999系列III產(chǎn)品鎖緊機(jī)構(gòu)是三頭螺紋快速連接,能耐強(qiáng)烈振動和沖擊,強(qiáng)烈振動和沖擊環(huán)境下能自動鎖緊。
MIL-C-38999產(chǎn)品的連接環(huán)與插頭殼體固定方式也有改進(jìn),MIL-C-26482系列II的連接環(huán)是通過卡簧與插頭殼體固定的,靠卡入連接環(huán)槽內(nèi)的卡簧限位。插頭座插合時,連接環(huán)通過卡簧、止動墊圈、波紋簧對插頭殼體施加反作用力。只要處于工作狀態(tài),此力一直存在。由于卡簧與卡簧槽接觸面有限,在受力情況下,卡簧有滑出的可能性。若卡簧滑出,即造成插頭、插座分離的致命失效。
MIL-C-38999系列I 、II,連接環(huán)往內(nèi)靠波紋簧和插頭殼體的軸肩限位,往外靠卡在插頭殼體上擋圈限位。插頭、插座未插合時,擋圈起限位作用,插頭、插座插合時,連接環(huán)住內(nèi)移動,檔圈與連接環(huán)之間出現(xiàn)間隙,擋圈不工作。連接環(huán)通過波紋簧對插頭殼體施加向內(nèi)移動的力,實(shí)現(xiàn)插頭、插座插合。插頭殼體對連接環(huán)的反作用力是通過波紋簧施加到連接環(huán)臺階上,除非臺階損壞,否則插頭殼體不會往外移動造成不正常分離。從設(shè)計上消除了可能出現(xiàn)的質(zhì)量隱患。
5) 品種規(guī)格齊全
(1) MIL-C-38999品種規(guī)格對現(xiàn)代軍用裝備而言,基本上可滿足各種復(fù)雜的應(yīng)用場合。例如為減輕重量可選用微型和復(fù)合材料的產(chǎn)品、火箭發(fā)動機(jī)部位可選用耐高溫、耐腐蝕的不銹鋼殼體材料產(chǎn)品、潛艇艙內(nèi)外連接部位可選用玻璃燒結(jié)密封電連接器。衛(wèi)星、飛船上可選用耐太空環(huán)境熱真空釋氣的電連接器。除極個別情況外,其需要的圓形電連接器都可在規(guī)范中找到。表1列出了四個系列的主要特點(diǎn)和用途。MIL-C-38999中還有拉線分離,即脫落電連接器。幾乎包含了任何連接方式、適應(yīng)于各種安裝空間及各種振動環(huán)境的圓形電連接器。
表1 MIL-C-38999四個系列的主要特點(diǎn)和用途
系列 | 型 譜 | 連接 方式 |
主 要 特 點(diǎn) | 用 途 |
I | I、II、III 相同 |
卡口 | 長殼體、防斜插、通用性強(qiáng)。 | 高強(qiáng)度振動、要求快速盲目插合分離場合。 |
II | 卡口 | 短殼體、不防斜插、重量輕、體積小。 | 要求操作空間小、快速插拔、振動強(qiáng)度不高場合 | |
III | 螺紋 | 長殼體、防斜插、三頭梯形螺紋連接,插合分離只需旋轉(zhuǎn)360o,插頭有自鎖機(jī)構(gòu),可自動防松,不需打保險。 | 適用于高溫、且長期高強(qiáng)度振動場合,例如發(fā)動機(jī)部位。 | |
IV | 單獨(dú)型譜 | 推拉 | 長殼體、防斜插、卡鎖連接 | 高強(qiáng)度振動場合。 |
(2) 系列I和系列II有六種級別,分別是E、G、H、P、T、Y,這些級別里有非氣密品種、氣密品種、灌封品種和專適用于航天的品種。系列III和系列IV有十一個級別,有非氣密品種、氣密品種、防火品種、航天專用品種。從級別上可提供非氣密、氣密、防火、航天等環(huán)境選擇。
(3) 有多種鍍層供用戶選擇,滿足不同的鹽霧要求和不同的溫度等級;系列I、II有7種鍍層,其防鹽霧能力分別為24h、48 h、500 h,耐高溫分別為150℃、175℃、和200℃,系列III、IV分11個級別,其防鹽霧能力分別為48 h、500 h、2000 h,耐高溫分別為150℃、175℃、和200℃。
(4) 有普通壓接接觸件、溫度補(bǔ)償接觸件、繞接接觸件、兩同軸接觸件、三同軸接觸件等多種接觸件,供用戶根據(jù)不同用途進(jìn)行選擇。接觸件還可單獨(dú)訂貨。
(5) 有直螺母、直式電纜夾、彎式電纜夾、屏蔽后附件等四種尾部附件供用戶選擇。產(chǎn)品和尾部附件是獨(dú)立的。尾部附件可單獨(dú)訂貨。
6) 抗干擾
具有良好的抗電磁干擾和屏蔽能力,能防電磁干擾(EMI)射頻干擾(RFI)雷擊(LEMP)和核輻射(NEMP)。MIL-C-38999的系列III、IV有接地彈簧,將插頭殼體和插座殼體直接接通,提高了電連接器電磁干擾屏蔽能力,滿足電磁兼容要求。
由此可見,在當(dāng)今軍用圓形電連接器中,MIL-C-38999的結(jié)構(gòu)先進(jìn)、品種齊全、性能優(yōu)良、可靠性高,可滿足現(xiàn)代各種軍用裝備的需求。選用該系列產(chǎn)品作為我國研制生產(chǎn)和使用的主導(dǎo)產(chǎn)品,便于與國際接軌,提高軍事裝備標(biāo)準(zhǔn)化程度,減小人為失誤,提高軍事裝備的質(zhì)量、可靠性和可維護(hù)性。
2、矩形電連接器
軍用裝備上單機(jī)與單機(jī)間的連接,大都以選用圓形電連接器為主。但也有部分選用矩形電連接器。矩形電連接器更多地用于單機(jī)內(nèi)部電路板之間或電路板與單板I/O接口之間的連接。近年來新型模塊式復(fù)合材料矩形電連接器在軍用裝備上的應(yīng)用,受到人們廣泛關(guān)注。新型矩形電連接器的主要特點(diǎn)如下:
1)模塊化
軍用電子設(shè)備模塊化,能在戰(zhàn)時條件下迅速維修更換,改變外形提高組裝效率,恢復(fù)武器裝備的功能。模塊化還能最大限度地節(jié)省空間,實(shí)現(xiàn)武器裝備多功能。模塊化連接器和盲插連接器在武器裝備中得到廣泛應(yīng)用。它采用積木式方法,最大限度減少供系統(tǒng)互連的同軸電纜用量。
Deutsch公司生產(chǎn)的PRC復(fù)合材料模塊化矩形連接器(見圖6)是從MIL-C-29600基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。經(jīng)美軍標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,現(xiàn)已廣泛用于航空、航天、通訊和地面設(shè)備。
圖6 PRC復(fù)合材料模塊化矩形連接器
其優(yōu)點(diǎn)是:
(1) 通用性、靈活性
PRC復(fù)合材料模塊化矩形連接器外殼有兩種規(guī)格,即1英寸或2英寸外殼。并有12種模塊,模塊被安裝在外殼內(nèi),可選用22#、20#、16#和12#四種壓接型接觸件。由于采用模塊化設(shè)計,模塊和外殼可有4000余種組合,具有極高的靈活性和通用性。用戶可根據(jù)需要,自行進(jìn)行模塊組合。當(dāng)用戶需要變更時,只需進(jìn)行簡單搭配,取下舊模塊,換上新組合模塊。使修改系統(tǒng)工作量減至最小。
(2) 節(jié)省空間
PRC模塊化矩形連接器可多個連接器層疊排列,即一個連接器放在另一個連接器上面,節(jié)省安裝空間。在層疊排列連接器中,操作者可方便地插合或分離任何一個連接器。
(3) 雙向供電
PRC模塊化矩形連接器每端可同時安裝插針或插孔,實(shí)現(xiàn)雙向供電。這是其它連接器無法實(shí)現(xiàn)的。
(4) 高機(jī)械壽命
PRC模塊化矩形連接器使用符合MIL-C-39029標(biāo)準(zhǔn)的后送式壓接型接觸件,采用被稱為DeutschcoatV型鍍覆工藝,插拔壽命高達(dá)1500次,是MIL-spec標(biāo)準(zhǔn)接觸件的3倍。
(5)可維護(hù)性
PRC模塊化矩形連接器采用模塊化設(shè)計,取下模塊固定件就可很方便地從外殼中取出模塊。使用簡單的插拔工具,可方便地從模塊中取出帶導(dǎo)線的接觸件,不需脫焊等復(fù)雜的工藝處理。層疊在一起的連接器,也可輕易松開1/4鎖緊機(jī)構(gòu),卸下插頭。故具有很好的可維護(hù)性,即使在最惡劣環(huán)境下,現(xiàn)場維護(hù)修理也極為方便。
2)采用復(fù)合材料
復(fù)合材料外殼連接器用高強(qiáng)度工程塑料代替金屬制作外殼,表面再金屬化,有效介決了軍用連接器防腐蝕問題。復(fù)合材料高密度小圓形連接器有A、B兩個系列。A系列采用MIL-C-38999絕緣安裝板的孔位排列;防斜插,有自鎖裝置,螺紋連接;工作溫度范圍為-65℃~+175℃;采用復(fù)合材料有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)重量輕、強(qiáng)度高
Deutsch公司生產(chǎn)的PRC復(fù)合材料模塊化矩形連接器采用復(fù)合材料殼體重量比鋁合金輕25%以上,Deutsch公司生產(chǎn)的SAC復(fù)合材料圓形連接器比MIL-C-38999同類金屬材料殼體連接器重量輕45%。而強(qiáng)度比鋁合金高。和鋁合金殼體相比,能承受更大的沖壓和壓力。
(2)耐腐蝕
PRC復(fù)合材料模塊化矩形連接器采用復(fù)合材料及表面金屬鍍層具有很強(qiáng)的耐蝕性;高溫下能經(jīng)受1000h、5%NACI鹽霧試驗(yàn)。而相同試驗(yàn)條件下,鋁合金連接器已失效。SAC復(fù)合材料圓形連接器具有很高的耐蝕性,耐鹽霧試驗(yàn)超過2000小時,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過MIL-C-38999規(guī)定的500小時。
(3)耐惡劣環(huán)境
PRC復(fù)合材料模塊化矩形連接器采用瓶塞式界面密封結(jié)構(gòu),水份不會侵入接觸件。絕緣體固定結(jié)楊中,安裝有三層對導(dǎo)線起密封作用的硅橡膠封線體,使其具有極強(qiáng)的耐惡劣環(huán)境能力。SAC復(fù)合材料圓形連接器在尾罩里設(shè)有雙重封線體介決了在各種惡劣環(huán)境下的尾部密封問題,提高了連接器的抗腐蝕性和抗電氣故障能力。
四、軍用電連接器的發(fā)展趨勢
為滿足近代電子信息技術(shù)在軍用裝備上的應(yīng)用需求,新一代軍用電連接器必須具備重量輕(使用復(fù)合材料)、體積小(高密度、毫微米型、使用高性能絕緣材料)、使用可靠方便(模塊化)、耐環(huán)境(使用不銹鋼、復(fù)合材料)、高速數(shù)據(jù)傳輸(高頻、低頻、光纖、總線、電流等混裝)和高電源傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。
1、高密度
小型化是指連接器中心間距更小,特殊軍用場合要求連接器中心間距達(dá)0.25mm~0.38mm,高度要小到1.0 mm~1.5mm。高密度有利于各種機(jī)載電子設(shè)備小型化。現(xiàn)代新型計算機(jī)數(shù)據(jù)總線要求連接器高芯數(shù)接觸件,高密度軍用PCB連接器接觸件總數(shù)達(dá)680芯。特殊場合最多可達(dá)5000芯。
如上所述的MIL-C-38999系列產(chǎn)品型譜中有高、中、低三種孔位排列,以適應(yīng)包括電流在內(nèi)的不同信號或能量傳輸,特別是高密度孔位排列,可提高飛機(jī)、導(dǎo)彈衛(wèi)星潛艇裝甲車等軍用裝備內(nèi)機(jī)載設(shè)備的空間利用率。和第二代軍用電連接器常用標(biāo)準(zhǔn)MIL-C-26482相比,大小和重量僅為后者的三分之一,例如在相同的18號殼體內(nèi),它可安裝多達(dá)85個22號接觸件,而后者僅能安裝32個20號接觸件。該系列電連接器有九個殼體號,基本上每種殼體號有一個高密度孔位排列,即M等級產(chǎn)品。是在過去中密度產(chǎn)品基礎(chǔ)上增加了高密度產(chǎn)品;中密度保留了產(chǎn)品繼承性,高密度解決了許多機(jī)載設(shè)備增多,有限空間難以安裝的問題,還減輕了機(jī)載設(shè)備重量。圖7為MIL-C-38999系列III 25號殼體有14個型譜,其中有3個M等級產(chǎn)高密度孔位排列品。
圖7 MIL-C-38999系列III 25號殼體型譜
2、微型化