卡口类圆形连接器的扭矩力控制初探.pdf

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1、第3期2010年9月机电元件ELECTROMECHANlCALCOMPONENTSVOL30No．3Marl20lO卡口类圆形连接器的扭矩力控制初探马贵斌；吴泽华2(】．空军驻洛阳地区军事援豢窒ji簇§雕淄镁固蘑鞭譬。2蕊臻虢≥琶疆黎}搜股簿誉限公司，洛阳，471003)摘要：对影响卡口类圆形连接器的连接扭矩力与分离扭矩力的因素进行探索，寻求一种解决方法，为用户提供连接平稳、使用舒适的连接器。关键词：卡口；圆形连接器；扭矩；摩擦力Doi：10．3969／j．issn．1000-6133．2010．03．003中图分类号：TMS03+．5文献标

2、识码：A文章编号：1000—6133(2010)03—0013—071引言卡口类圆形连接器是目前使用最为广泛的圆形连接器，因为其结构简单、工艺成熟、使用可靠，耐冲击、抗震动，并能实现快速插拔而备受推崇。但是，一些传统难题也一直没有得到很好解决，包括影响连接扭矩力与分离扭矩力的因素、三曲线的设计与加工方法、卡钉的轴向剪截力与径向扭矩力、连接过程中弹性零件的弹性形变关联关系、振动和冲击过程中弹性零件和卡钉的受力变化等。本文就影响卡口类圆形连接器的连接扭矩力与分离扭矩力的因素进行探索，寻求一种解决方法，为用户提供连接平稳、使用舒适的连接器。2影响扭

3、矩力的因素卡口类圆形连接器的连接与分离过程基本上是一个连接螺帽螺旋运动、壳体部件径向运动的过程。影响连接和分离过程的扭矩力因素主要集中在以下几个方面：1)连接螺帽围绕花键壳体转动所产生的摩擦；收稿13期：2010—7一182)卡钉在三曲线槽中运动时所受的摩擦；3)轴向运动过程中，接触件之间产生的摩擦；4)胶圈变型产生的弹力。影响第3、4条的因素有胶圈的可变型空间、胶圈的弹性模量、胶圈的变形量等，而这些最终影响的是波纹弹簧的变型量，即影响连接螺帽围绕花键壳体转动所产生的摩擦，因此实际影响连接和分离过程扭矩力的因素主要集中在前2个因素。2．1连接

4、与分离本文分析时先有以下假设：三曲线主体部分为圆弧；只有在最高部位有一段与圆弧相切的直线。连接过程中卡钉与连接螺帽的相对运动轨迹见图l。A_+B是指五键已经实现定位，转动连接螺帽使三曲线对准卡钉的过程；B-÷E的运动轨迹受到插头插座内芯产生轴向力的时机、大小和操作习惯等因素的影响，存在很大不确定性，即卡钉何时开始沿着三曲线长边运动，何时转变为沿着三曲线短边运动，图示仅以其中一种轨迹进行示例；F—G是指花键壳体端面与胶圈开始接触，同时胶圈和波纹弹簧被压缩变型的过程。14机电元件2010年分离过程中卡钉与连接螺帽的相对运动轨迹见图2。需要说明的是

5、G-÷F_÷E过程，G_+F过程中，波纹弹簧在连接过程中被施与的压缩量被释放，卡钉沿着三曲线短边运动；而F_E过程是卡钉沿着三曲线短边运动向沿着三曲线长边运动的转变过程。图l连接过程卡钉与连接螺帽的相对运动轨迹图2分离过程卡钉与连接螺帽的相对运动轨迹2．2作用力与扭矩先了解一组实验。图3所示是规格相同、仅镀层不同的三组连接器在连接与分离过程中扭矩变化的实验数据，其中A壳体为铝合金喷黑色硝酸磁漆；B壳体为铝合金缎面镍处理；C壳体为不锈钢钝化处理。图3连接与分离过程的扭矩变化曲线第3期马贵斌：卡口类圆形连接器的扭矩力控制初探15标准规定的最大啮合

6、和分离力矩为2．25Nm，最小分离力矩为0．45Nm，实验数据符合规范要求。实际使用时，只有A组产品连接与分离非常顺畅，连接到位时出现清晰明显的到位声，而B组与c组产品在连接和分离过程都很生涩、费劲，连接到位时出现的都是闷闷的“砰”声，到位标志不是很明显。这说明：相同尺寸的机构，因材料和表面不同，会产生不同的连接与分离效果。下面从连接与分离过程中的作用力与扭矩变化的角度来进行本质分析。插头、插座外壳体部件结构如图4、图5所示。从轴向受力分析来看，接触件之间产生的摩擦力、胶圈变型产生的弹力最终都与波纹弹簧所承受的正压力Ⅳ平衡(除非连接或分离过程

7、中施加有轴向力)。因此，所有摩擦力均源于波纹弹簧产生的正压力Ⅳ。l一连接螺帽2--波纹弹簧3一垫圈4一卡簧5一花键壳体图4插头外壳体部件结构图5插座外壳体部件结构假设施加在连接螺帽上的主动力F所产生的扭矩力为肘，卡钉与三曲槽之间的摩擦力所产生的扭矩为坼，连接螺帽与花键壳体之间的摩擦力所产生的扭矩为帆，件2、3、4、5之间的摩擦力所产生的扭矩为肘，，则M=吩+帆+坼(1)2．2。1A_B或B_A过程，即花键壳体固定、连接螺帽绕轴转动的过程主动力F施加在件1(连接螺帽)上并驱使件1围绕件5转动后，件1与件5之间必然产生反向扭矩，同时，件l、2、3

8、、4、5之间还至少有一对零件存在相对运动。假定两零件之间有相对运动，必然产生摩擦力矩，则有：M】一4《一4·(鹏+t谗)／2=Ixl一4·Ⅳ·(鸸+R8)／2(2)