КОНТАКТНАЯ ПАРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНИТЕЛЯ
CONTACT PAIR OF ELECTRIC CONNECTOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим соединителям, а также может быть использовано в других электроразъемных устройствах.
Контактная пара электрического соединителя предназначена для соединения электрических цепей и, как правило, состоит из двух частей - штыря и гнезда, к хвостовикам которых присоединены провода, по которым должен протекать ток в электрической цепи после сочленения штыря с гнездом и образования при этом электрического контакта.
В электрических соединителях наиболее часто применяют контактные пары, у которых упругие элементы, обеспечивающие необходимое контактное усилие при сочленении штыря с гнездом, расположены или выполнены непосредственно на гнезде. Поэтому будем рассматривать только подобные контактные пары.
Так, например, известна контактная пара, в гнезде которой выполнен вырез для размещения упругого элемента, которому придана соответствующая форма для закрепления на гнезде и обеспечения прижатия штыря к внутренней поверхности гнезда (см. А.П. Левин, Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры, "Советское радио", Москва, 1972 г., стр. 24, рис. 3.2). Подобные контактные пары, у которых в конструкции гнезд присутствуют упругие элементы в виде отдельных деталей, имеют один общий недостаток - сложность в изготовлении, а именно - изготовление дополнительных деталей и их установка на гнезде.
Известна контактная пара, у которой гнездо имеет продольный паз, предназначенный для формирования упругих элементов и предварительного сведения их концов с целью создания необходимой величины контактного усилия при сочленении гнезда со штырем (см. А.П. Левин, Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры, "Советское радио", Москва, 1972 г., стр. 23, рис. 3.1).
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Основным недостатком прототипа является возможность появления кратковременных размыканий или микроразмыканий электрических цепей при действии на электрический соединитель интенсивных вибрационных и ударных нагрузок, так как упругие элементы гнезда имеют практически одинаковые массо-жесткостные характеристики и, как следствие, одинаковые частоты собственных колебаний. При действии на электрический соединитель вибрационных ускорений, частота которых совпадает с частотой собственных колебаний упругих элементов, возможен их резонанс. В результате резонанса одновременное перемещение концов упругих элементов в противоположные стороны может приводить к снижению контактного усилия вплоть до полного исчезновения и, соответственно, к кратковременному размыканию электрической цепи. В некоторых случаях подобные микроразмыкания электрических цепей недопустимы, например, при выдаче по электрической цепи управляющих команд в момент действия на объект, с установленным на нем электрическим соединителем, вибрационных или ударных ускорений.
Решаемой технической проблемой является создание контактной пары, обеспечивающей повышенную надежность электрического контакта при действии на электрический соединитель интенсивных вибрационных и ударных нагрузок.
Достигаемым техническим результатом является повышение надежности обеспечения электрического контакта за счет исключения или существенного сокращения времени размыкания электрической цепи.
Для достижения технического результата в контактной паре электрического соединителя, состоящей из жесткого, круглого в сечении штыря с конической заходной частью и гнезда с возможностью их сочленения, при этом в заходной части гнезда выполнен продольный паз для формирования упругих элементов, концы которых предварительно сведены для обеспечения контактного усилия, новым является то, что паз в гнезде выполнен криволинейным, и каждый упругий элемент имеет возможность охвата больше половины длины направляющей окружности поверхности штыря в локальных поперечных сечениях сочлененной контактной пары.
Выполнение паза криволинейной формы позволяет формировать упругие элементы с разными массо-жесткостиыми характеристиками, благодаря чему частоты собственных колебаний упругих элементов будут различаться. Поэтому при воздействии вибрационных ускорений на электрический соединитель одновременное возникновение резонанса обоих упругих элементов исключено, и концы упругих элементов будут перемещаться при резонансе не одновременно. При резонансе одного упругого элемента его конец будет стремиться переместиться от поверхности штыря, и контактное усилие начнет уменьшаться.
В том случае, если штырь и гнездо неподвижно закреплены в изоляторе соединителя, второй упругий элемент останется прижатым к штырю, и электрический контакт сохранится.
Если штырь и гнездо расположены в изоляторе с зазором, то, поскольку штырь обжимается упругими элементами гнезда с противоположных сторон, при уменьшении контактного усилия со стороны одного упругого элемента второй упругий элемент будет смещать штырь в сторону упругого элемента, у которого происходит снижение контактного усилия. При этом, так как каждый упругий элемент гнезда в локальных поперечных сечениях сочлененной контактной пары охватывает больше половины длины направляющей окружности поверхности штыря, перемещение конца упругого элемента ограничено. То есть при определенном перемещении конца штыря зона контакта конца упругого элемента гнезда со штырем сместится в зону, где упругий элемент охватывает штырь. Поэтому определенным сочетанием размеров - ширины паза, диаметров внешней поверхности штыря и внутренней поверхности гнезда - обеспечивается отсутствие микроразмыканий контактной пары или существенно сокращается время размыкания электрической цепи при действии на электрический соединитель интенсивных вибрационных и ударных нагрузок.
Необходимо отметить, что при определенном сочетании диаметров внешней поверхности штыря и внутренней поверхности гнезда контактирование упругих элементов гнезда со штырем может происходить таким образом, что при резонансе упругих элементов их перемещение будет ограничено. Благодаря этому контактные усилия не изменятся, и электрический контакт между штырем и гнездом сохранится в условиях действия вибрационных ускорений на электрический соединитель.
На фиг. 1 изображена контактная пара в исходном положении.
На фиг. 2 изображена контактная пара в сочлененном положении. На сечениях А-А и Б-Б показано, что каждый упругий элемент гнезда 1 охватывает больше половины длины направляющей окружности поверхности штыря 2.
Контактная пара электрического соединителя состоит из жесткого, круглого в сечении штыря 2 с конической заходной частью и гнезда 1 с возможностью их сочленения. В заходной части гнезда 1 выполнен криволинейный продольный паз 3 для формирования упругих элементов 4 и 5, концы которых предварительно сведены для обеспечения контактного усилия. Упругие элементы 4 и 5 имеют возможность охвата больше половины длины направляющей окружности поверхности штыря 2 в локальных поперечных сечениях сочлененной контактной пары.
На фиг. 1 изображен основной и самый простой вариант криволинейного паза, конфигурация и размеры которого обеспечивают требуемое условие сочленения. В данном случае охват штыря 2 происходит в двух поперечных сечениях (А-А и Б-Б) сочлененной контактной пары. При необходимости, криволинейный паз может иметь самые различные формы, например, для охвата штыря упругими элементами гнезда больше чем в двух поперечных сечениях, так как выполнение криволинейного паза в гнезде на установке для электроэрозионной обработки металлов с программным управлением не представляет особых трудностей, в том числе и при одновременной обработке группы гнезд.
Предварительное сведение концов упругих элементов, при котором каждый конец смещается на величину, равную практически половине ширины паза, и фиксируется в этом положении, осуществляется при термической обработке гнезд, которые изготавливаются, например, из дисперсионно-твердеющих сплавов, таких как БрБ2, 36НХТЮ и др.
Контактная пара работает следующим образом. При сочленении контактной пары штырь 2, имея коническую заходную часть, входит в гнездо 1, раздвигая при этом концы упругих элементов 4 и 5. В сочлененном положении концы упругих элементов 4 и 5 гнезда 1, контактируя с поверхностью штыря 2, обеспечивают необходимое контактное усилие, благодаря чему образуется электрический контакт между штырем 2 и гнездом 1 контактной пары электрического соединителя и, таким образом, происходит замыкание электрической цепи.
Проведенные испытания макетных образцов заявляемой контактной пары и опытных образцов электрического соединителя с данными контактными парами, выполненными в соответствии с изобретением, подтвердили достижение заявляемого технического результата.