Военные и аэрокосмические приложения охватывают авионику, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), самолеты, радары и спутники и требуют гораздо более строгих соединений и соединений, чем потребительские,медицинскиеЭтот тип соединителя для военной/авиации должен выдерживать различные электрические, механические и экологические нагрузки.и должны всегда соответствовать номинальным показателям производительности, в то время как производительность обычных устройств будет снижена или даже повреждена при тех же условиях.
Высоконадежное соединение устройств для военных/авиационных применений не является одним или несколькими контактными устройствами, заключенными в прочный корпус.контактные силы и контактные материалы должны функционировать как интегрированная система для обеспечения удовлетворительной работы в определенных условиях..
В данной работе рассматриваются проблемы, с которыми сталкиваются конструкторы при выборе и использовании устройств взаимосвязи для военно-авиационных применений.Затем три продукта Molex используются в качестве примеров, чтобы объяснить, почему эти устройства помогают преодолеть эти проблемы.
Требования к прочным разъемам
Прочные разъемы постоянно отвечают требованиям при экстремальных механических, экологических и тепловых напряжениях.но есть также большая степень перекрытияНапример:
Соединители наземных военных систем должны выдерживать сильные вибрации, толстые отложения (пыль, песок, песок) и экстремальную жару и холод.
Морские и глубоководные соединители должны быть способны выдерживать длительное воздействие коррозионной среды морской воды и выдерживать высокое давление.
Авиационный соединитель должен выдерживать повторный взлет, посадку и вибрации летательного аппарата при чрезвычайно широком диапазоне температур.
Космические соединители испытывают более серьезные колебания температуры, воздействие вакуума, вентиляцию и сильные механические нагрузки во время запуска и возвращения в атмосферу.
Для выполнения спецификаций этих требований необходимо понимать различные основные физические факторы, в том числе:
Вибрация: соединители в военных транспортных средствах или истребителях были испытаны на устойчивость к ускорению до 20 г.
Удар: этот вид силы высокого удара, генерируемой при быстром ускорении или замедлении, отличается от вибрации.До 50 г удара для стандартных разъемов и до 100 г удара для нано- и микропроектов; даже специализированные стандарты для взрывных условий охватывают высокую величину, высокую частоту и краткосрочные вибрации конструкции, вызванные взрывами взрывных устройств,обычно встречается при разделении ракетных ступеней или выпуске полезной нагрузки ракеты.
Экстремальные температуры: наземные системы могут испытывать температурные колебания от -65 °C до 125 °C, а космические системы могут испытывать температуры до 200 °C.Изменение тепла и холода приводит к расширению и сокращению материала, потенциально ослабляя материал и влияя на электрическую проводимость.Различия в коэффициенте теплового расширения (CTE) между различными материалами внутри соединителя могут создавать механические напряжения на интерфейсе материала, что может привести к неправильному расположению или отказу при длительном использовании.
Воздействие загрязняющих веществ: для обеспечения долгосрочной надежной работы соединителя необходимо принять такие меры, как кольцо в форме буквы О, уплотнительная пробка и защитный провод для предотвращения влаги.пыль и другие загрязнители.
Коррозия: это постоянная проблема, вызванная солевым туманом и окислением.Материалы соединителей должны быть правильно отобраны и использованы, чтобы эти неизбежные условия не разрушили целостность соединителя.
Что такое надежность?
Проще говоря, долгосрочная надежность относится к способности поддерживать стабильную производительность при повторном использовании, воздействии окружающей среды и механических нагрузках.Эта производительность зависит не только от условий, в которых соединитель впервые используетсяМногие соединители, особенно соединители В/В, проходят сотни или даже тысячи операций с соединением.
Успешная конструкция прочности имеет два неразрывно связанных аспекта: сам контакт и корпус стационарного контакта (рис. 1).
Контактный материал, геометрия и покрытие являются ключевыми факторами (нажмите, чтобы увеличить)
Рисунок 1. Контактный материал, геометрия и покрытие являются ключевыми для надежной конструкции соединителя.
Конструкция контактной поверхности имеет важное значение для обеспечения того, чтобы соединитель поддерживал низкую силу вставки при достижении надежного соединения.Точная обработка контактной геометрии уменьшает раздражение на соединении, а позолоченный (Au) слой на контактной поверхности предотвращает окислениеЗолотовалочное покрытие обычно имеет толщину 50 микродюймов (μ дюймов) и наносится над никелевым (Ni) базовым покрытием, которое используется для повышения сцепления покрытия и дальнейшего повышения коррозионной стойкости.
Эти покрытия покрывают основной материал контактного сплава меди (Cu).и космические приложенияБериллиевая медь (BeCu) широко используется в качестве базового материала из-за ее превосходного соотношения прочности и веса и превосходной устойчивости к усталости.Этот сплав особенно подходит для контактов пружинных элементов, где эластичность и устойчивость после длительного напряжения необходимы.
Фосфорная бронза (CuSnP) является подходящей альтернативой контактам без пружин, обеспечивая баланс между прочностью и проводимостью.Этот материал устойчив к коррозии и обладает умеренными свойствами пружины и обычно используется в компактных и тонких соединителях, которые требуют некоторой гибкости, но не требуют непрерывного изгиба.
Проектирование прочного разъема требует тщательного рассмотрения многих факторов (рисунок 2):
Поддержание нормальной силы является ключом к обеспечению надежности.
Улучшенная контактная сила уменьшает воздушный разрыв, уменьшает сопротивление и улучшает целостность сигнала.
Контактное взаимодействие - это осевое перекрытие между штифтом и емкостью, которое сочетает в себе силу, непрерывность и механическую стабильность.
Поддержание нормальных сил имеет решающее значение для надежности
Рисунок 2: Непрерывная нормальная сила является ключевым фактором для обеспечения надежности (вверху), в то время как большие контактные силы уменьшают воздушный разрыв (внизу), тем самым уменьшая сопротивление и улучшая целостность сигнала.Источник изображенияМолекс)
На микроскопическом уровне, контактная область не просто простое соответствие между двумя гладкими плоскими поверхностями.контактный интерфейс имеет микроскопическую грубостьПовышенные контактные силы сглаживают эти крошечные выступания, улучшая электрическую проводимость, уменьшая сопротивление при контакте и обеспечивая постоянную производительность,но увеличение контактных сил также влияет на вставку и отвод сил, увеличение износа поверхности контакта.
Хорошо спроектированная контактная система балансирует длину сцепления и нормальную силу, чтобы предотвратить свободные соединения, чрезмерное износ и механические нагрузки.Контактное сопротивление увеличится, и сигнал будет нестабильным.С другой стороны, чрезмерные контактные силы ускоряют абразию покрытия и приводят к преждевременной усталости контактной конструкции.
В отличие от коммерчески доступных соединителей с одним или двумя контактами, прочные соединители используют многоконтактную систему для распределения механических нагрузок в результате вибрации или удара (рисунок 3).Эти контактные системы предотвращают дугу или потерю сигнала из-за бега и обеспечивают избыточные контактные пути для критических систем.
Многоконтактная конструкция для повышения стабильности и целостности сигнала
Рисунок 3: Многоконтактная конструкция для повышения стабильности и целостности сигнала.
Контактная система может также включать пружинные элементы для поддержания постоянной контактной силы с течением времени.Контакты с пружиной компенсируют небольшие изменения во время выравнивания контактов, обеспечивая при этом надежную проводимость посредством повторного подключения и выключенияОднако чрезмерные силы могут привести к чрезмерному износу контактного покрытия.
Больше, чем контакты: корпус соединителя и защитный корпус
Основные функции прочных разъемов начинаются с контакта, но корпус соединителя служит гораздо больше, чем электрический контакт, окружающий его: он устойчив к механическим нагрузкам,экстремальные температуры, агрессивные среды и влажность при сохранении баланса между долговечностью и весом.
Термопластичные полимеры, такие как полиэфир-эфир кетон (PEEK), полифенилен сульфид (PPS) и полиэтеримид имид (PEI), обеспечивают отличную механическую прочность, теплостойкость,и химическая устойчивостьЭти материалы эффективно поглощают вибрацию и удар от легких конструкций.
Композиты, такие как полимеры, усиленные стекловолокном, и композиты из углеродного волокна, имеют превосходное соотношение прочности и веса.включая прочность на растяжение, устойчивость к ударам или тепловая стабильность.
Нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы являются предпочтительными материалами для корпусов соединителей из-за высокого удара, высокой вибрации,и сильные электромагнитные помехи (EMI) в аэрокосмических и оборонных приложениях.
Станции соединителей из нержавеющей стали имеют отличную коррозионную стойкость и механическую прочность, что делает их идеальными для морских, промышленных и аэрокосмических применений, подверженных воздействию влаги, химических веществ,или соляной туманАлюминиевые сплавы обеспечивают не только сильную защиту от электромагнитного излучения, но и легкий вес и легкость обработки, что делает их предпочтительным материалом для корпусов соединителей в военных транспортных средствах, авионике,и космические приложения.
Некоторые прочные соединители используют плоские системы замыкания, которые обеспечивают стабильность и безопасное соединение при одновременном сокращении общих размеров.пружинный замок или устройство для удержания обеспечивает как механическую надежность, так и простоту работы соединителя в условиях полевых действий.