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摘要：本文通过对一种微矩形连接器的快锁结构原理介绍，从该种连接器的设计背景及较常规微矩形连接器的优点及应用前景出发，对连接器快锁结构进行分析，材料选择、及耐环境性能分析、并对连接器相关可靠性试验进行验证进行阐述。
主题词：微矩形 快锁 锁紧结构
引言
现代及未来战争对军用电子装备提出了小型化、集成化要求的同时，随之而来的要求连接器也要求小型化。然在连接器日趋越小的同时，连接器的对接可靠及操作方便更成为人们关注的焦點。在连接器自身较小，对接后连接器的保持力不足以保证设备在严酷的力学环境下可靠工作时，为保证连接器的传输可靠，连接器需有锁紧机构从而提供连接器的对接保持力。然，从传统的中心锁紧机构连结来看，连接器的锁紧机构所要求的空间很大，不适用于微型连接器的设计。若采用传统的连接器两端螺钉拧紧方式也同样存在缺点：其一，连接器的较小即安装空间同样较小，所以产品对接后操作会存在干涉等不便;其二，连接器在分离是同样需拆卸螺钉，而不能及时使连接器分离。针对以上问题，钢球快锁自保持矩形电连接器能很有效的克服现有只保持电连接器存在的缺点，钢球快锁自保持矩形电连接器不但能很有效的实现自保持连接器的自动锁紧与分离公能，而且可以较为精确的调节和控制锁紧力与分离力，同时具有较高的可靠性。
1两端钢球快锁结构设计
1.1原理简介
连接器的锁紧分离结构如图1所示，连接器锁紧结构端可通过调节螺钉的拧入深度调节弹簧压缩量从而调节钢球解锁力，另一端在外壳上加工凹槽，使钢球在弹簧弹力作用下将钢球压缩在凹槽内从而实现锁紧，再者当调节螺钉的拧入深度将压缩弹簧压缩到并圈时即实现连接器两端锁死功能。
连接器对接时，钢球首先受到挤压后退到与外壳齐平，待钢球到凹槽处时钢球在弹簧弹力作用下卡入凹槽内从而使产品实现锁紧，从而实现产品的快速锁紧功能，提高连接器的接触可靠性能。分离时，在连接器一端施加沿对接反方向力，则另一端外壳凹槽台阶会给予插头钢球反向压力分力，待压力分力超过弹簧对钢球施加的弹力时，钢球压缩弹簧至钢球退出插座圆形槽，从而实现连接器插头与插座的快速分离。
1.2结构分析
由图2可看出该类连接器结构上较为简单，只是在普通直插拔矩形连接器两端延伸出两端用于安装锁紧结构。该类连接器锁紧力主要取决于弹簧压缩钢球的弹力，所以弹簧并圈前的弹力大小决定了连接器能正常对接、分离条件下的最大锁紧力。同时该类连接器锁紧力是两端钢球压力共同决定，因此两端弹簧压缩钢球的弹力需尽可能的保持平衡，从而保证对接时连接器对接端两端受力相同，否则连接器在对接、分离时会出现偏斜现象从而影响产品的正常使用，故连接器两端锁紧结构锁紧螺钉拧入深度保持相同，且两端弹簧弹力大小应尽可能保持一致。
同时由图2结构分析知如要求连接器锁死时即需要求钢球不能运动，保证钢球位置被限制有以下两种途径：1、调节螺钉压缩弹簧使弹簧并圈，此时钢球位置被弹簧限位;2、调节螺钉套弹簧小端在弹簧压缩并圈前将钢球顶死。因此，在设计钢球锁紧结构时需保证调节螺钉小端长度应小于等于弹簧的并圈长度，从而保证弹簧弹力最大有效使用。
2材料选择及耐环境性能分析
2.1材料选择
连接器对接、分离过程中钢球会一直保持着与对接端外壳挤压摩擦，因此连接器凹槽端外壳在材料选择时应选择耐磨的材料。连接器凹槽外壳材料的选择需根据产品的分离力的要求选择产品合适的外壳材料及处理方式来保证产品在规定分离内外壳不会过度磨损，从而降低连接器锁紧可靠性。
产品外壳材料在选择时，因优先保证外壳的材料的硬度要求，使产品能够保证在规定分离内的机械寿命要求。而由于材料的特性使然，热处理后硬度越高的不锈钢材料含碳量越高，因此材料的耐蚀性能越差。经对产品的分离力、机械寿命和耐蚀性能要求的综合考虑在分离要求≤100N之间时连接器外壳采用不锈钢14Cr17Ni2。该不锈钢具有以下性能：热处理后具有较高的力学性能，硬度为HRC36～40，耐蚀性优于12Cr13和10Cr17。一般用于既要求高力学性能的可淬硬性，又要求耐硝酸、有机酸腐蚀的轴类、活塞杆等零件。
当连接的分离里要求过大时，产品对接分离会加剧外壳的磨损，而使连接器无法满足机械寿命使用要求，因此在设计时需重新选择合适的外壳材料或降低连接器的使用寿命。因选用国标钢球硬度要求为≥58HRC，通常选用不锈钢9Cr18淬火处理，淬火后硬度要求为（59～62）HRC从而保证连结对接时外壳耐磨性能，防止连接器经寿命后磨损严重而不能满足连接器分离力要求。
2.2耐蚀性能分析
耐环境性能是连接器较为重要的性能，而就该类连接器来说，连接器一端外壳采用高碳不锈钢，因此连接器的耐盐雾性能为本类连接器关注重点。
连接器外壳材料选用的不锈钢14Cr17Ni2及9Cr18的耐盐雾性能都不佳，当连接器的耐盐雾性能要求48h时，对不锈钢外壳热处理后进行钝化处理后能够满足连接器的耐盐雾性能;若连接器要求使用在更恶劣的环境时要求时，连接器的不锈钢外壳常规钝化处理不能满足连接器的耐盐雾性能，需对外壳进行DLC涂覆处理，从而提高产品的耐盐雾性能。
2.3耐力学性能分析
对于微小连接器而言，连结本身质量较轻，产品自身保持力较小，故微小型连接器在自身保持力下在振动、冲击等环境条件下连接器的信号传输可靠性很难保证。因此在振动、冲击等环境条件保持电信号的可靠传输，也是该类连接器应重点关注的可靠性指标。
连接器在振动、冲击环境下能否实现可靠传输有以下几个关键因素：其一，连接器对接到位后锁紧的可靠性（即保持力）是决定连接器抗振动、冲击等环境能力的因素之一。其二，连接器自身接触件种类及接触件固定方式也是决定连接器的抗振动、冲击的因素。而对本文阐述的该类连接器而言，在接触件类型及固定方式一样条件下，连接器抗振动、冲击能力也同样决定于两端钢球的锁紧力的大小。当连接器对接到位需锁死时，连接器无相对运动此时连接器的抗振动、冲击能力完全决定于接触件自身的连接器可靠性。
2.4耐力学性能试验验证
21芯连接器，锁紧力调节为50N时，连接器在10～2000Hz加速度196m/s2（正弦振动条件），功率频谱密度0.4G2/Hz总加速度均方根值23.1（随机振动条件），后峰锯齿波峰值加速度735m/s2（冲击条件）条件下信号传输良好未发生有超过1μs的瞬断。当锁紧力调节到80N时，连接器在高频段10～2000Hz加速度196m/s2（正弦振动条件），功率频谱密度0.6G2/Hz总加速度均方根值28.4（随机振动条件），后峰锯齿波峰值加速度980m/s2（冲击条件）条件下试验连接器的信号传输良好未发生有超过1μs的瞬断。
3总结
本文通过对微矩形连接器的应用前景着手，从连接器锁紧结构分析、材料选择、耐环境性能分析验证，从而对该类连接器设计提供简单的指导意见。
参考文献：
[1]赵仕彬.连接器技术教程 贵州航天电器股份有限公司出版2012年;
[2]余玉芳.机电元件技术手册，电子工业出版社，1991年;
[3]孙帮成，李明高.ANSYS FLUENT 14.0仿真分析与优化设计.机械工业出版社 2014年。
主题词：微矩形 快锁 锁紧结构
引言
现代及未来战争对军用电子装备提出了小型化、集成化要求的同时，随之而来的要求连接器也要求小型化。然在连接器日趋越小的同时，连接器的对接可靠及操作方便更成为人们关注的焦點。在连接器自身较小，对接后连接器的保持力不足以保证设备在严酷的力学环境下可靠工作时，为保证连接器的传输可靠，连接器需有锁紧机构从而提供连接器的对接保持力。然，从传统的中心锁紧机构连结来看，连接器的锁紧机构所要求的空间很大，不适用于微型连接器的设计。若采用传统的连接器两端螺钉拧紧方式也同样存在缺点：其一，连接器的较小即安装空间同样较小，所以产品对接后操作会存在干涉等不便;其二，连接器在分离是同样需拆卸螺钉，而不能及时使连接器分离。针对以上问题，钢球快锁自保持矩形电连接器能很有效的克服现有只保持电连接器存在的缺点，钢球快锁自保持矩形电连接器不但能很有效的实现自保持连接器的自动锁紧与分离公能，而且可以较为精确的调节和控制锁紧力与分离力，同时具有较高的可靠性。
1两端钢球快锁结构设计
1.1原理简介
连接器的锁紧分离结构如图1所示，连接器锁紧结构端可通过调节螺钉的拧入深度调节弹簧压缩量从而调节钢球解锁力，另一端在外壳上加工凹槽，使钢球在弹簧弹力作用下将钢球压缩在凹槽内从而实现锁紧，再者当调节螺钉的拧入深度将压缩弹簧压缩到并圈时即实现连接器两端锁死功能。
连接器对接时，钢球首先受到挤压后退到与外壳齐平，待钢球到凹槽处时钢球在弹簧弹力作用下卡入凹槽内从而使产品实现锁紧，从而实现产品的快速锁紧功能，提高连接器的接触可靠性能。分离时，在连接器一端施加沿对接反方向力，则另一端外壳凹槽台阶会给予插头钢球反向压力分力，待压力分力超过弹簧对钢球施加的弹力时，钢球压缩弹簧至钢球退出插座圆形槽，从而实现连接器插头与插座的快速分离。
1.2结构分析
由图2可看出该类连接器结构上较为简单，只是在普通直插拔矩形连接器两端延伸出两端用于安装锁紧结构。该类连接器锁紧力主要取决于弹簧压缩钢球的弹力，所以弹簧并圈前的弹力大小决定了连接器能正常对接、分离条件下的最大锁紧力。同时该类连接器锁紧力是两端钢球压力共同决定，因此两端弹簧压缩钢球的弹力需尽可能的保持平衡，从而保证对接时连接器对接端两端受力相同，否则连接器在对接、分离时会出现偏斜现象从而影响产品的正常使用，故连接器两端锁紧结构锁紧螺钉拧入深度保持相同，且两端弹簧弹力大小应尽可能保持一致。
同时由图2结构分析知如要求连接器锁死时即需要求钢球不能运动，保证钢球位置被限制有以下两种途径：1、调节螺钉压缩弹簧使弹簧并圈，此时钢球位置被弹簧限位;2、调节螺钉套弹簧小端在弹簧压缩并圈前将钢球顶死。因此，在设计钢球锁紧结构时需保证调节螺钉小端长度应小于等于弹簧的并圈长度，从而保证弹簧弹力最大有效使用。
2材料选择及耐环境性能分析
2.1材料选择
连接器对接、分离过程中钢球会一直保持着与对接端外壳挤压摩擦，因此连接器凹槽端外壳在材料选择时应选择耐磨的材料。连接器凹槽外壳材料的选择需根据产品的分离力的要求选择产品合适的外壳材料及处理方式来保证产品在规定分离内外壳不会过度磨损，从而降低连接器锁紧可靠性。
产品外壳材料在选择时，因优先保证外壳的材料的硬度要求，使产品能够保证在规定分离内的机械寿命要求。而由于材料的特性使然，热处理后硬度越高的不锈钢材料含碳量越高，因此材料的耐蚀性能越差。经对产品的分离力、机械寿命和耐蚀性能要求的综合考虑在分离要求≤100N之间时连接器外壳采用不锈钢14Cr17Ni2。该不锈钢具有以下性能：热处理后具有较高的力学性能，硬度为HRC36～40，耐蚀性优于12Cr13和10Cr17。一般用于既要求高力学性能的可淬硬性，又要求耐硝酸、有机酸腐蚀的轴类、活塞杆等零件。
当连接的分离里要求过大时，产品对接分离会加剧外壳的磨损，而使连接器无法满足机械寿命使用要求，因此在设计时需重新选择合适的外壳材料或降低连接器的使用寿命。因选用国标钢球硬度要求为≥58HRC，通常选用不锈钢9Cr18淬火处理，淬火后硬度要求为（59～62）HRC从而保证连结对接时外壳耐磨性能，防止连接器经寿命后磨损严重而不能满足连接器分离力要求。
2.2耐蚀性能分析
耐环境性能是连接器较为重要的性能，而就该类连接器来说，连接器一端外壳采用高碳不锈钢，因此连接器的耐盐雾性能为本类连接器关注重点。
连接器外壳材料选用的不锈钢14Cr17Ni2及9Cr18的耐盐雾性能都不佳，当连接器的耐盐雾性能要求48h时，对不锈钢外壳热处理后进行钝化处理后能够满足连接器的耐盐雾性能;若连接器要求使用在更恶劣的环境时要求时，连接器的不锈钢外壳常规钝化处理不能满足连接器的耐盐雾性能，需对外壳进行DLC涂覆处理，从而提高产品的耐盐雾性能。
2.3耐力学性能分析
对于微小连接器而言，连结本身质量较轻，产品自身保持力较小，故微小型连接器在自身保持力下在振动、冲击等环境条件下连接器的信号传输可靠性很难保证。因此在振动、冲击等环境条件保持电信号的可靠传输，也是该类连接器应重点关注的可靠性指标。
连接器在振动、冲击环境下能否实现可靠传输有以下几个关键因素：其一，连接器对接到位后锁紧的可靠性（即保持力）是决定连接器抗振动、冲击等环境能力的因素之一。其二，连接器自身接触件种类及接触件固定方式也是决定连接器的抗振动、冲击的因素。而对本文阐述的该类连接器而言，在接触件类型及固定方式一样条件下，连接器抗振动、冲击能力也同样决定于两端钢球的锁紧力的大小。当连接器对接到位需锁死时，连接器无相对运动此时连接器的抗振动、冲击能力完全决定于接触件自身的连接器可靠性。
2.4耐力学性能试验验证
21芯连接器，锁紧力调节为50N时，连接器在10～2000Hz加速度196m/s2（正弦振动条件），功率频谱密度0.4G2/Hz总加速度均方根值23.1（随机振动条件），后峰锯齿波峰值加速度735m/s2（冲击条件）条件下信号传输良好未发生有超过1μs的瞬断。当锁紧力调节到80N时，连接器在高频段10～2000Hz加速度196m/s2（正弦振动条件），功率频谱密度0.6G2/Hz总加速度均方根值28.4（随机振动条件），后峰锯齿波峰值加速度980m/s2（冲击条件）条件下试验连接器的信号传输良好未发生有超过1μs的瞬断。
3总结
本文通过对微矩形连接器的应用前景着手，从连接器锁紧结构分析、材料选择、耐环境性能分析验证，从而对该类连接器设计提供简单的指导意见。
参考文献：
[1]赵仕彬.连接器技术教程 贵州航天电器股份有限公司出版2012年;
[2]余玉芳.机电元件技术手册，电子工业出版社，1991年;
[3]孙帮成，李明高.ANSYS FLUENT 14.0仿真分析与优化设计.机械工业出版社 2014年。