宇航用矩形电连接器尾部附件的可靠性研究

1、    宇航用矩形电连接器尾部附件的可靠性研究    伏宁娜 李艳霞摘 要：本文对宇航用矩形电连接器的低磁性多角度出线轻型尾部附件的结构设计进行介绍，基于产品设计的通用性和可靠性方面的考虑，运用理论分析、计算、模拟仿真等方法确定产品的关键性指标，阐述了产品满足低磁性要求的镀覆方式，最后通过试验验证了宇航用低磁性多角度出线轻型尾部附件的实际可靠性满足设计要求和用户的实际需求。关键词：低磁性;多角度出线;尾部附件;可靠性0  引言在近地轨道（leo），由于航天器受到大气阻力与地球场和自身磁矩的共同作用，使航天器的旋转轴发生偏移，影响其运行速度，低磁

2、性电连接器是保证航天器定位精度、姿态控制和在轨寿命的关键核心元器件。目前国内宇航用电连接器尾部附件的研制由于受原材料、加工技术等方面的限制导致磁性等级控制不稳定，出线方式单一化，已经无法满足使用要求。所以根据航天型号任务的要求，研制一种低磁性、多角度出线方式的轻型尾部附件迫在眉睫。本文基于宇航用低磁性矩形电连接器介绍了一款低磁性多角度出线的轻型尾部附件，配套用于要求低剩磁、电缆布局苛刻的高可靠宇航设备，以避免干扰邻近灵敏仪器和对布线空间进行合理优化。1  产品总体结构设计航天产品逐步向小型化、轻量化方向发展，轻型尾部附件得到广泛应用。尾部附件的主要作用有保护导线与接触件端接处不被划伤

3、、固定电缆、电磁屏蔽等功能，本文针对产品的实际使用环境及可靠性方面的要求，对设计结构进行了如下的设计考虑。1.1 壳体对接端设计壳体对接端尺寸决定与连接器能否顺利互换对接，是壳体设计的核心所在。目前普遍的直式出线尾部附件对接端采用梯形设计结构，此结构出线角度固定。本设计的壳体选择圆弧对称式通用型结构，把两种出线方式优化为一种结构形式。在与连接器对接时，不需考虑安装方向，旋转180°即可实现左、右出线的方向互换。在对壳体内腔进行设计时，由于该型尾部附件为深腔结构，且壁厚较薄，加工中易变形。参照安装尺寸向腔体内加工深6mm的配合轮廓，方便与连接器对接，腔体其余部位增加壁厚，设计为阶梯结构

4、，在提高加工可行性的同时又确保产品的高可靠性。1.2 法兰安装孔设计尾部附件与连接器通过锁紧螺钉固定，尾部附件法兰盘两侧的安装孔设计为台阶孔。在使用时，连接器壳体盖板上的铆接端沉在尾部附件安装孔内，确保尾部附件法兰盘与连接器法兰盘大面完全贴合，减小应力集中现象。1.3 出线口位置设计为了实现结构布局的多样性要求，设计了45°出线方向和90°出线方向两种出线方向。出线口方向与产品本体呈45°或90°，在深腔加工时，出线口与本体相交处不好加工，产生的相交棱极易形成锐边，容易划伤、割破导线，影响连接器的使用性能。为解决该问题，在设计时将内部出线口位置倒圆角r=

5、1mm。2  产品的分析及仿真多角度出线尾部附件采用悬臂梁结构公式进行模拟计算，在一定力的作用下产生的变形不能超过材料的屈服强度，即<max。参照gjb599b中试验条款3.20外部弯曲力矩的试验方法1，在尾部附件出线端施加载荷，分析其受力情况。3  产品表面镀覆方式为保证产品的低磁性，确保连接器的磁洁净度指标符合要求，在选择镀层时不仅考虑镀层的耐腐蚀性，还必须满足抗磁性要求。参照qj450b的有关规定3对零件进行低磁性化学镀高磷镍处理。隨着镀层中磷含量的增加，镍和磷所产生的非共格晶界增多，同时磷元素在镍中产生晶格畸变，镍晶体的结构受到破坏而失去的原本的晶体结构。由于

6、磷的破坏作用有限，在含量达到6%6.5%左右时，化学镀镍磷合金此时会出现由晶体向微晶结构的转变过程。随磷含量继续提高，合金镀层转化为非晶态结构，非晶态的合金镀层不具有磁性，从而实现产品的低磁要求。同时非晶态的化学镀镍磷合金镀层的硬度、耐磨性会有所提高。主要因为随着磷含量的提升，磷原子的畸变作用会使其塑性和延展性随之下降，从而提高产品的机械性能。4  评估与验证宇航用矩形电连接器的低磁性多角度出线轻型尾部附件的性能方面，除了随连接器做温度循环、交变湿热、盐雾等试验项目外，还应针对其进行磁洁净度进行检测、验证导线出线数量及内部导线折弯受力4情况等试验项目。4.1  磁洁净度检测

7、根据本设计的低磁性特点，要想较好地满足要求，必须对最终产品的磁洁净度指标进行检测，以保证无磁性要求。对国内外磁性等级相关标准及测试技术进行调研，确定出在零磁场环境中用三分量磁通门磁强计测量的测试方法，测试时，将被测连接器及精密磁强计放置于亥姆霍兹线圈指定区域，并进行相应的精密测试。由于磁洁净度在充磁后，产品剩余磁感强度与剩余磁化强度为线性关系，剩余磁化强度越低，检测值越小。分别抽取45°和90°出线尾部附件的5个壳体型号进行磁性能测试，测试分为充磁测试和退磁测试后，产品材料磁性等级均较低且性能稳定，受外部磁场的影响极小，可满足低磁性连接器的设计要求。4.2  尾部

8、附件出线口的出线能力测试配装连接器后，验证尾部附件的导线出线数量及内部导线折弯受力情况。连接器分别压接20#、22#、20#屏蔽导线，与选取的45°及90°的d型壳体、芯数为50的尾部附件相配合，对其出线口的出线能力进行测试。对于d号壳体尾部附件，出线形式尾部附件的出线正常，无较大折弯现象。4.3  力学试验验证配装90°出线尾部附件及相应电缆的4只连接器（d壳体和c壳体各2只），分别进行正弦振动、随机振动及冲击等力学试验，试验后每只产品均进行x光检测，观察尾罩内部导线无折弯、损伤情况。并将样品尾罩去掉后，观察导线外部情况，导线情况良好、无损伤。5  结论本文介绍一款宇航用矩形电连接器的低磁性多角度出线轻型尾部附件，通过理论分析、计算、模拟仿真等方法验证产品在结构设计中的可靠性;提出了满足低磁性要求的镀覆方式为高磷镀镍。通过磁洁净度检测和出线口出线能力测试，验证了本设计的实际可靠性水平满足设计要求和宇航应用需求。参考文献  ：1 余玉芳， 汪其龙，等.gjb599b-2012耐环境快速分离高密度小圆形电连接器通用规范s.北京：总装备部军标出版发行部发行2 刘鸿文.材料力学m.北