某型连接器导电连接失效原因及改进效果分析

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(安徽博微长安电子有限公司，安徽六安，237000)

1 引 言

如今，各类雷达在作战中的重要性越来越高，这就要求雷达设备除了在性能上要达到设计要求外,还必须对设备本身的可靠性和安全性进行相应的考虑。可靠性指标是衡量雷达产品质量的重要指标之一。数据统计，电连接设备中发生故障的，因为电连接器引起的占47%，户外用连接器又占其中的大多数[1]。

某型雷达天线单元采用渐变槽线形式，连接器结构上由内、外导体、绝缘支撑等构成，局部位置结构形式如图1所示：

连接器与天线的电导通是通过M2.5和M1.6两个螺纹连接实现的，螺纹材质为铍青铜。螺纹如果需要保持长时间的导电接触，螺纹间的公差配合必须恰当，过松必然导致松动或接触不良，过紧则增加旋紧的难度，纯粹的机械咬合接触，一旦手工旋不紧或者螺纹间隙配合不紧密，就可能导致松动或接触不良。

图1 连接器与馈电块连接示意图

图2 插孔示意图

图3 内导体示意图

2 螺纹配合分析

2.1 螺纹中径理论差值计算

查阅《现代机械设计手册》知道，M2.5、M1.6螺纹所对应的中径公差范围如表1所示：

表1 配合公差值 (单位mm)

根据表格数据，计算如下：

M1.6螺纹中径最大差值=0.085-(-0.093)=0.178mm

M2.5螺纹中径最大差值=0.095-(-0.121)=0.216mm

以上计算可以看出，以M1.6螺纹为例，中径最大差值达0.178mm，完全有可能因间隙过大出现电接触不良的情况。

2.2 螺纹拧紧力分析

为了增强螺纹连接的刚性、紧密性、防松能力和防止受横向载荷螺栓连接的滑动，螺纹连接在装配时都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。通常规定，拧紧后螺纹连接件的预紧力不得超过其材料屈服极σs的80%，一般连接用的螺栓连接的预紧力：

F0≤(0.6～0.7)σsA1，其中σs为螺栓材料的屈服极限；A1为螺栓危险截面的面积[2]。

在实际生产中，控制预紧力一般是利用控制拧紧力矩来实现的。拧紧力矩T与预紧力F0之间存在以下关系：T=KF0d，式中K为转矩系数，一般取值为0.2，F0为预紧力，d为螺纹大径，铍青铜的屈服极限为1035MPa，因此以M1.6螺纹为例，其预紧力：

F0=0.6×1035×3.14×1.6×1.6/4=1248N，

所以，拧紧力矩T=0.2×1248×1.6=400N·mm

由于连接器结构及零件材料限制，两处螺纹装配均无法使用扳手，只能采用手动拧紧。通过以上计算知道，M1.6螺纹的拧紧力矩为400N·mm。因此普通人手与工件之间的摩擦力很难实现螺纹的拧紧，所以理论上该连接方式很难实现螺纹预紧，在长期户外使用过程中，由于振动、冲击、热胀冷缩等环境因素，便可能导致螺纹松动接触不良。

综上可知，此连接器螺纹连接方式如不采取合理的防松加固，很难保证产品长期可靠使用，急需采取加固措施解决以上问题。

3 带导电胶装配力学分析

3.1 防松方法选择

防松的根本问题在于防止螺旋副在载荷作用下发生相对转动。防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松以及破坏螺纹运动副关系防松等。常用的防松办法有：加弹簧垫圈、双螺母、扣紧螺母、涂胶黏剂等方法。因结构限制，本连接器采用弹簧垫圈、双螺母等显然不合适，铆接及冲点等破坏螺纹运动副关系放松也不好实施，因此在螺纹上涂胶黏剂是最佳解决方案。本次胶黏剂加固不仅需要起到防松的目的，还必须兼顾导电性，且胶黏剂必须能在室温下固化。经筛选认为584-29环氧双组分导电胶最为合适，性能参数如下：最小剪切强度σ为8.28MPa，最大体电阻率为0.002Ω·CM。

3.2 带导电胶装配防松力计算

螺纹的圆柱螺旋线如图4, 5所示：

以直径1.6mm螺纹计算，每牙接触面积S1≈每牙螺旋长度K*螺牙宽度L

图4 螺纹圆柱螺旋线示意图

图5 普通粗牙螺纹示意图

L=P=0.35mm

S1=K*L=1.886mm2

参见图2知M1.6螺纹长度3.5mm，

螺纹牙数n=3.5/0.35≈10

因此涂满导电胶后导电胶与螺纹接触面积：

S≈n* S1≈18.86 mm2

由此得知M1.6螺纹带导电胶后最小剪切力：

F=σ*S=8.28*18.86≈156N

同理计算M2.5螺纹带导电胶后最小剪切力F约为265N

螺纹在涂导电胶装配后剪切力可以近视为防松力，由以上计算得知M1.6螺纹连接处可至少获得156N的防松力，理论上可极大降低连接器失效风险。

4 实际应用效果验证

公司某型雷达天线单元使用了200余个该连接器，最初装配时未使用导电胶，经实际使用半年后发现其中有22件天线单元出现了驻波测试超差问题，拆卸检查后发现超差原因均是由于连接器螺纹接触不良导致失效，与计算结果预测相符。

为解决该质量隐患，项目组决定对所有200多个天线单元的连接器进行拆卸，后带导电胶重新装配，经此处理后的天线单元目前已正常使用快一年，没有发现连接器失效现象，证明加导电胶装配能有效解决连接器失效隐患。

最后，项目组制作了2组各10个连接器试件(去除绝缘支撑和插座)，一组不加导电胶装配，一组加导电胶装配，进行了振动冲击试验，振动试验按照GJB150.16A-2009的第7.3.1条进行，冲击试验按照GJB150.18A-2009的第7.2.1条进行，最后通过测量连接器电阻判定导电性，设定电阻值小于1Ω为合格。

图6 振动冲击试验照片

试验结果如表2所示：

表2 连接器振动冲击试验结果

结果表明，不带导电胶的连接器在经过振动冲击后有1个出现接触不良现象，而带导电胶的连接器全部合格。

5 结论

某雷达连接器单纯依靠螺纹连接很难达到紧固效果，后期存在严重质量隐患。随后经静力学理论计算得知，带导电胶装配连接器可获得较好的防松力。最终经过实际使用效果比较和振动冲击试验验证，证明不带导电胶装配确实存在接触松动隐患，而加导电胶装配的连接器没有发现接触松动问题，证明措施有效。这将为后期公司类似的连接器装配提供有效借鉴。