[自短路连接器的结构设计研究（下）] 连接器结构设计

　　・簧片型自短路结构 　　簧片型自短路结构中接触件采用的是簧片式结构，其基本设计原理同针孔型自短路结构。这种自短路结构的接触件一般是成单圆周排列，体积较大，在此不作详细介绍。
　　・自短路结构中的几个关键问题
　　一个设计合理的自短路连接器除了应正确运用自短路原理之外，必须特别重视以下问题，如自短路结构可靠性、断路可靠性、摩擦问题等。
　　
　　自短路结构的可靠性
　　
　　自短路功能是自短路连接器所具有的特色，自短路结构是整个连接器设计中的重中之重，一个设计合理的自短路结构首先应该是可靠的，这个可靠性可以从以下两个方面来阐述。
　　
　　第一、当连接器处于短路状态时，短路功能应是可靠的。
　　连接器处于短路状态最基本的要求是所有接触件之间及其与外壳接触良好，具体来说，这里面涉及到所有接触件与短路件的接触以及短路件与外壳之间的接触。我们知道短路件是可以在连接器中作轴向运动的，处短路状态时它是依靠弹簧顶住而避免往后退的，这就要求弹簧的弹力是足够的，当连接器处振动、冲击及加速度等环境时都必须确保短路件处于短路的位置。
　　相对于短路件与外壳之间的接触而言，短路件与所有接触件之间的接触值得特别关注。在结构设计时必须确保各接触件与短路件都产生良好的接触，这个结构应能适应由于加工和装配可能造成的一定的不一致性；同时它们应采用尽可能简单的结构，尽可能地采用接触件与短路件之间直接接触，避免在两者之间采用过渡件。为避免短路件在运动过程中受损，推荐的做法是将短路件设计成刚性的，而将接触件设计成弹性的，如弹性开槽插针就是一种结构简单的解决方案，当然采用麻花针则是一种更佳的方案。
　　第二、当连接器从断路状态恢复至短路状态时，这个自动实现的过程应是可靠的。
　　当插头与插座分离时，短路件的复位是靠弹簧的弹力实现的，这就要求这个过程中短路件受到的弹簧弹力始终大于在运动过程中受到的阻力。这个阻力由短路件与外壳之间的磨擦力及短路件与各接触件之间的磨擦力组成，且后者是主要部分。在设计时应合理分布接触件的位置，避免短路件受力不均产生倾斜的趋势进一步增大阻力；单根弹性接触件与短路件之间在保证良好接触的前提下分离力尽可能地小，且接触件直径的过渡应合理，避免对短路件的运动产生不利的影响；弹簧的设计是个关键，从确保复位可靠的角度出发，弹力越大越好，当然得平衡弹力过大对插合操作的影响，另外必须确保连接器在多次插拔(如1000次)后和弹簧长期(如10年)处于最大压缩状态(头座插合到位状态)时弹簧都不得失效。
　　
　　断路结构可靠性
　　简单地说，自短路连接器断路的可靠性问题就是当连接器正常插合时，所有接触件不得与短路件和外壳相接触。其中以接触件，与短路件不得接触更为值得关注。可以从以下方面来分析：
　　第一、插合状态的保持应是可靠的。
　　一般说来，当自短路连接器插合到位时，短路状态得到完全解除，接触件与短路件处于不导通状态。但当设计不合理或装配不到位时，则可能发生短路件复位产生自短路现象和接触件轴向固定不可靠产生自短路现象。其中造成短路板复位最大的可能就是插头与插座产生了不正常的分离，其根源是连接机构的失效(如螺纹或卡口结构产生松动)。接触件轴向固定不可靠产生自短路的原因是由于接触件轴向固定结构设计不合理所致，在使用时发生接触件后缩造成非正常短路的产生，往往会造成严重后果，在设计时推荐接触件采用一件式结构并采用可靠的台阶固定。
　　第二、适当的安全距离和合理的绝缘措施。
　　要确保短路的可靠，适当的安全距离是必要的。安全距离指的是当连接器插合到位时，短路件与接触件之间可能接触到的地方最短的距离(图4中所示的L)，一般来说，这个距离应为3nu"n左右。合理的绝缘措施指的是当短路件处断路位置时它与接触件之间采用的绝缘方法。通常的做法是在接触件上套有绝缘套，这样可以避免短路件与接触件的接触，当然也可以在接触件上涂覆一层绝缘漆，但无论如何，都必须确保接触件与短路件之间有良好的绝缘性能、耐电压性能及耐磨性能。
　　
　　
　　摩擦问题
　　
　　对于自短路连接器而言，除了一般连接器会产生的外壳之间及接触件之间的摩擦之外，增加了短路件与外壳之间、短路件与接触件、短路件与绝缘套之间的摩擦问题。虽然以上篇幅中已部分谈到这个问题，但介于摩擦问题的严重性，在此着重强调一下。
　　磨擦一方面会增大短路件运动时的阻力，同时还会造成磨损并产生一定的磨屑。首先应尽可能考虑采用减小摩擦的结构，如绝缘套的外径设计得比短路件的孔小一些，尽可能地减小摩擦；其次应采用减小摩擦的方法，如采用适当的润滑措施(镀金件浸除823溶液等)可有效地减小摩擦；最后针对不可避免的摩擦采用相应的应对补救措施，如增大弹簧的弹力来确保短路件复位的可靠性、绝缘套采用耐磨性能好的材料、在设计时应考虑采用相应的结构，确保即使有少量磨屑存在也能满足连接器的绝缘、耐压等性能。
　　
　　连接机构的设计
　　自短路连接器一般都要求快速对接，对接后自动锁紧，锁紧解除要求容易、迅速等，必须选用恰当的快速插拔结构。备选的常用结构有：卡锁式结构、推拉锁紧结构、多头螺纹结构及卡口式结构。采用卡锁结构和推拉锁紧结构都可能会因为插合力不太均匀造成手感不够好，同时推拉锁紧结构不适应用于在电缆可能遭受拉力的场合，可靠性不高。由于自短路连器啮合距离较长，多头螺纹结构一般也要旋转螺套多圈，插合速度不如卡口式结构快。
　　卡口结构的作用机理是通过卡钉与螺旋槽的作用产生一个向前或向后的力，以快速完成插合或分离动作。针对自短路连接器的实际使用情况，卡口结构无疑是一种不错的解决方案。连接器只需朝相应的方向转动螺套一定角度，即可实现插合或分离，效率比较高。且插合或分离时轴向的力是通过旋合作用产生的，作用时手感较好。在自短路连接器中采用三卡钉卡口结构，可确保连接器可靠，稳定；同时在此结构中，配合波簧来使用，使连接器在对插后的锁紧性更好，抗环境性能更强。
　　
　　密封结构的设计
　　自短路连接器中的密封要求大多可采用一般连接器所用的方法来实现：如连接器与安装面板之间的密封可采用密封垫或。形圈、连接器拼装外壳之间通常采用。形圈来密封，连接器与电缆之间采用密封涵的结构形式、如配接的是安装导线则采用封线体结构或采用灌胶的方法来密封、连接器的轴向密封最简单的办法是采用灌胶的方法来密封，要求高的场合可将接触件与绝缘板注塑成一个整体，绝缘板与外壳之间则采用0形圈来密封。
　　这里特别强调的是采用卡口连接方式的自短路连接器中头座连接界面的防水结构，如采用端面密封的结构无疑会增大啮合时的难度，同时也由于卡口结构中防松槽的存在使头与座之间必然存在间隙，如采用端面密封结构则在连接器受到振动时可能达不到密封效果。推荐采用径向压缩。形圈的来密封(如图3、图4所示)，对自短路连接器而言，一般要求在低温下进行插拔，所以在选用。形圈应避免选用氯丁橡胶或丁氰橡胶，因为他们在低温下会变硬，会增大插合力，使得插合的变得困难，不利于操作。推荐。形圈的材质选用硅橡胶，它能在低温(-55℃)时保持良好的弹性。
　　
　　
　　结语
　　
　　自短路连接器作为一类较特殊的连接器是近年来才为我们所认识和重视的，中电23所从2001年着手开始研制，目前已形成19芯、27芯等多个品种，已成功应用于多个重点型号工程。仍应对此类连接器作进一步的研究和拓展，以满足不同的使用需求。