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卡口式电连接器接口防水结构设计

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摘要:本文对连接器常见接口处的防水结构类型及相关要求进行了阐述,结合实际设计实例重点对防水结构的设计、密封圈结构设计进行描述,为卡口式电连接器提供一种简单、有效的防水结构形式。

关键词:卡口式电连接器;接口处;防水结构设计

1引言

卡口式电连接器以其连接分离快速、抗振动、耐冲击、连接可靠等特点而被广泛应用于航空、航天、战车、轨道交通等领域。近年来,随着武器装备使用环境的不断变化,对连接器的防水性能提出了更高的要求,如水下探测、战车涉水等,因此防水型电连接器(IPX7)较普通防淋雨型电连接接器(IPX5)更能适应市场需求。对于卡口式电连接器,由于结构上的限制,插头座接合处的防水是决定产品防水性能好坏的最关键部位,因此接口处的防水结构设计至关重要。本文主要介绍了连接器常见接口处的防水结构及相关要求,重点介绍一种战车用防水连接器的设计、试验及应用,为卡口式电连接器接口处的防水设计提供了参考。

2连接器常见接口处防水结构

2.1纵向密封

纵向密封通常采用O型圈密封(以下简称O型圈)。此种密封形式多用于水密连接器产品,使用效果良好。根据水深的不同,O型圈的数量及插头座的连接方式会有所变化,通常卡口连接方式多用于浅水环境,深水系列大多采用螺纹连接方式。常见产品结构如图1、图2所示。O型圈密封结构对产品径向及轴向空间要求较大,同时对O型圈的成型及密封槽形状、表面粗糙度等情况均有较为严格的要求:为了保证O型圈在密封时不受分型面的影响,需将O型圈的分型面设计在O型圈界面45°的位置上(见图3);同时,密封槽必须设圆角、表面粗糙度要求不低于1.6(见图4);与密封圈接触的壳体对接端必须有引入角设计,且表面粗糙度要求不低于1.6(见图5-1、图5-2),在以上诸多要求共同满足下,方能达到如期的密封效果。

2.2轴向密封

轴向密封通常采用矩形截面的密封圈(或密封垫),此种密封形式对接触面及密封圈的要求相对较低。产品通常采用卡口连接方式,因为卡口连接方式能够更好地控制轴向尺寸,保证密封圈的压缩量在一定的范围内;而螺纹连接较难控制轴向尺寸,容易出现密封圈的过压,从而导致密封圈寿命变短、损坏甚至失效等问题。常见产品结构如图6所示。密封圈通常安装在插座对接端,插头座连接后,通过密封圈的压缩来实现轴向的密封功能。密封圈压缩量控制在15%~30%范围内时密封效果最佳。密封圈通常采用方形截面的密封圈(见图7),该种密封圈结构简单、易于加工,但由于受密封圈的几何尺寸的限制,压缩较为困难,只能通过增加对接力的方法才能达到较好的防水效果。这样势必会造成对接力大、连接结构过度磨损等问题,进而影响产品的整体寿命。

3战车用防水连接器的设计

3.1产品结构概述

该战车用防水连接器由插头和插座组成,二者采用卡口连接方式,能够实现快速连接与分离,操作简便快捷。产品采用单键定位,防错插,可实现盲插,抗振动、耐冲击,连接可靠。产品外形如图8所示。该产品是在5015系列卡口连接电连接器产品基础上,对其接口密封结构进行提升而设计的一种产品,其防水性能最低可达IPX7,即水下1m,30min。3.2防水结构设计原理产品的防水功能是通过插头座的连接机构带动插座壳体压缩密封圈来实现的。密封圈安装在插头壳体对接端,当插座与插头插合时,插座壳体端面与密封圈接触并产生压缩,从而达到轴向密封的效果。插头座连接如图9所示。

3.3防水结构设计

产品采用卡口连接方式,轴向密封结构,插头壳体对接端安装密封圈,密封圈采用立式矩形截面形式(见图10)。密封圈材料选择硅橡胶6151,此种密封圈结构简单、易于加工、硬度适中,立式截面的几何形状使其具有良好的可压缩性,防水效果显著。密封圈具体尺寸见图11。按密封圈最佳压缩量15%~30%计算,该立式密封圈理想轴向压缩量为0.75mm~1.5mm。实际测量产品对接到位后密封圈的压缩量为1.3mm,在理想压缩范围内,达到最优化设计。

3.4产品试验情况

3.4.1试验方法将插合好的电连接器(插头座的尾部进行密封处理)按GB4208-2008《外壳防护等级(IP代码)》中14.2.7条款进行潜水试验,具体条件如下:a)试验时间:30min;b)试验样品外壳最低点低于水面1m。

3.4.2试验要求试验完成后,将连接器外表面水珠吹干后将连接器分离,检测连接器插合面是否有水珠,待样品自然晾干后,检测绝缘电阻应大于5000MΩ、产品应能承受规定的试验电压(2800V),不应出现绝缘击穿现象。

3.4.3试验结果试验完成后,将连接器外表面水珠吹干后将连接器分离,连接器插合面没有水珠;用数字绝缘电阻测试仪测量产品的绝缘电阻为1.9×105MΩ,产品能够承受规定的试验电压,没有出现绝缘击穿现象。

3.5产品应用情况

该产品已在新型战车上使用,接口处的防水性能达到了预期要求。

4结束语

通过对连接器常见接口处防水结构的介绍与分析,结合设计实例提供了一种简单、有效的卡口式电连接器的防水结构形式,为防水型电连接器的设计提供了参考。由于文章仅卡口式电连接器接口处的防水结构进行说明,产品的整体防水还需考虑尾部线缆的处理,方能达到产品整体防水要求。

作者:李强 杨艳芝 王宏菲 单位:沈阳兴华航空电器有限责任公司

卡口式电连接器接口防水结构设计责任编辑:张雨    阅读:人次
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