CN105375194B - 具有机械辅助啮合的电连接器 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有机械辅助啮合的电连接器。包括杆件(16)和滑动块(23)的机械辅助电连接器(12)。所述滑动块(23)被耦合到所述杆件(16)以使所述杆件(16)的运动移动所述滑动块(23)。所述滑动块(23)限定了槽(28)，所述槽(28)被配置为当所述杆件(16)从第一位置(20)移动到第二位置(22)时，以有效地推动所述电连接器(12)和匹配连接器(14)在一起的方式与所述匹配连接器(14)的柱(30)合作。所述槽(28)的斜坡角(42)是变化的以便减小当把所述电连接器(12)连接至所述匹配连接器(14)时所述杆件(16)从所述第一位置(20)前移到所述第二位置(22)所施加力的峰值。

Description

具有机械辅助啮合的电连接器

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年8月27日提交的美国专利申请No.14/470,016的权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总地涉及电连接器，更具体地涉及具有机械辅助啮合的电连接器。

背景技术

机械辅助电连接器通常包括向组装器提供机械优点以降低与匹配连接器进行电连接的力的特征。使用杆件以致动具有与销或柱相互作用以把两个连接器拉在一起的线性(即直)斜坡的滑动块的已知的设计在美国专利6,305,957和国际专利公开WO2014046877中所示，在此通过引用结合于此。这些连接器设计的缺陷是当杆件前移及进行连接时，需要人操作杆件以提供额外的力来补偿杆件的有效长度的变化和由电连接器和匹配连接器所产生的啮合力的变化。

发明内容

根据一个实施例，提供了电连接器。电连接器包括与该电连接器可移动地耦合的并且在第一位置到第二位置之间可移动的杆件和与电连接器可滑动地耦合并与杆件耦合的滑动块，从而杆件从第一位置到第二位置的旋转运动横向地移动滑动块。滑动块限定了在槽开口部分和槽末端部分之间具有斜坡的槽。当杆件从第一位置移动到第二位置时，斜坡被配置成以有效地推动电连接器和匹配连接器在一起的方式啮合匹配连接器的柱。斜坡角沿着斜坡的长度变化以便当把电连接器连接至匹配连接器时，减少杆件从第一位置行进到第二位置所施加力的峰值。

斜坡角可以根据移动滑动块的杆件的机械优点变化。斜坡角可以根据当电连接器和匹配连接器被推动在一起时电连接器与匹配连接器产生的啮合力变化。斜坡角可进一步根据移动滑动块的杆件的机械优点变化。

背景技术章节中讨论的主题，不应当只因为它在背景技术章节中提到，而仅被认为是现有技术。类似地，背景技术章节中提及的或与背景技术章节的主题相关联的问题不应当被假设成已在现有技术中预先意识到的。在背景技术中的主题仅表示不同的方法，其本身也可能是发明。

附图说明

现在将参考附图借助示例来描述本发明，在附图中：

图1是根据一个实施例的电连接器和匹配连接器的等轴侧视图；

图2是根据一个实施例，当电连接器的杆件在第一位置时，图1的电连接器和匹配连接器的侧视图；

图3是根据一个实施例，当电连接器的杆件在第二位置时，图1的电连接器和匹配连接器的侧视图；

图4是根据一个实施例，图1的电连接器的分解图和图1的匹配连接器的未分解图；

图5是根据一个实施例，图1的电连接器的滑动块中的槽的特写侧视图；

图6是根据一个实施例，当杆件从第一位置移动到第二位置时由杆件所提供的机械优点的曲线图；

图7是根据一个实施例，当杆件从第一位置移动到第二位置时由电连接器和匹配连接器所产生的啮合力的曲线图；

图8是根据一个实施例，图1的电连接器的斜坡和柱的自由体视图；

图9是根据一个实施例，力施加在图1的电连接器的滑动块上的视图；

图10是根据一个实施例，图1的电连接器的杆件的自由体视图；以及

图11是根据一个实施例，对比了具有变化斜坡角的斜坡及具有恒定斜坡角的斜坡的与杆件位置相关的所施加负载的曲线图。

在阅读本发明的优选实施例的下列详细描述后，本发明进一步的特征和优势将更清楚地表现，这些优选实施例仅作为非限制性示例且结合附图给出。

具体实施方式

图1-4示出被配置为与相应的匹配连接器14连接的机械辅助电连接器12的非限制性示例。电连接器12包括杆件16以在将电连接器12连接至匹配连接器14时，提供机械优点。通常，杆件16可通过圆形凹口18A和18B，移动地耦合至电连接器12，并且在第一位置20到第二位置22之间是可移动的。在此示例中，第一位置20和第二位置22可被选择性地分别表征为初始位置20和最终位置22。电连接器12包括在此示例中由第一滑动块23A和第二滑动块23B组成的滑动块23。本领域技术人员将领会到滑动块23可选择性地由单件组成以及可以以单数形式引用。滑动块23A、23B分别通过腔24A和24B可滑动地耦合至电连接器12。滑动块23A、23B分别通过细长凹口26A和26B与杆件16耦合，以使杆件16的旋转运动横向地移动滑动块23A、23B。

电连接器12的每一个滑动块23A、23B限定至少一个槽28。槽28被配置为当杆件16从第一位置20移动到第二位置22时，以有效地推动电连接器和匹配连接器在一起的方式与匹配连接器14的柱30合作。滑动块23的槽28A、28B、28C、28D、28E、28F和28G都类似槽28被配置。以类似槽28和柱30合作的方式，槽28A-G分别与匹配连接器14的柱30A、30B、30C、30D、30E、30F、30G合作。当电连接器12和匹配连接器14被推动在一起时，槽28分配克服由电连接器12和匹配连接器14产生的啮合力34所需的连接力32。槽28具有槽开口部分38与槽末端部分40之间的斜坡部分，如图5所示。槽开口38和槽末端部分40分别具有过渡部分38A和40A，该过渡部分38A和40A成形为把槽开口38及槽末端部分40与斜坡部分36相连接。斜坡部分36(下文称为斜坡36)被配置为当槽28与柱30相互作用时，推动电连接器12和匹配连接器14在一起。

斜坡36被表征为具有斜坡角42，该斜坡角可以描述为与柱30接触斜坡36的点相切的斜坡36的斜率。

此斜坡角42沿着斜坡36的长度变化，即斜坡36是曲线的，以使斜坡36的斜率不是恒定的，而如果斜坡36是线性的，斜坡36的斜率将是恒定的。斜坡角42被选择成使得当电连接器12与匹配连接器14相连接时，使柱30与斜坡36的界面减小把杆件16从第一位置20前移到第二位置22所施加力44的峰值和/或所施加力44的变化。斜坡角42是变化的以便补偿影响峰值施加力44和施加力44的变化的其他变量的变化。斜坡角42可被选择以使斜坡36的曲线具有非恒定半径。

在所示示例中，斜坡角42根据移动滑动块23的杆件16的机械优点(图6)以及啮合力34(图7)，沿着斜坡36的长度变化。

通过确定所有匹配末端F_T.的总啮合力，可估算啮合力34。通过使用末端润滑油，此末端啮合力可降低30％到70％。啮合力降低可由润滑因子L_T表示。匹配末端之间的未对准可增加30％到40％的啮合力34。啮合力增大可由未对准因子M_S表示。啮合力34也可被匹配连接器所需附加力影响，比如压紧封口和/或索环所需的力，由F_其他所表示。因此啮合力34可被公式计算：

D_啮合＝F_TM_SL_T+F_其他

图8示出柱30和斜坡36的自由体视图。对于“经典”分析，把柱30处理为具有平行于斜坡36并向上的大小为F_up的力以及大小为F_r的重力的物体，其中：

n_r是每滑动块的斜坡总数。f_p和F_r将在下文详细讨论。斜坡角42，θ，可被用于分解F_r为垂直和平行于斜坡36的分量力以使

法向力，N_r＝F_rcosθ

沿着斜坡36向下滑动的F_r分量，

柱30和斜坡36之间的摩擦力，f_r＝N_rμ_r。斜坡36与柱30之间的摩擦系数μ_r是与所选材料相关的。如果μ_r未知，可以使用保守值0.27。

累加平行于斜坡36的力：

事实上水平力，通过滑动块23的运动施加在斜坡36上以使F_up能被处理为的分量：

图9示出滑动的自由体视图。滑动柱30对滑动块23的运动创造了力，f_p，由于摩擦系数

f_p＝F_SPμ_p

滑动块23的运动与滑动块23底部和外壳之间的摩擦力f_s相反

摩擦系数μ_s(外壳与滑动块23之间的摩擦系数)和μ_p(滑动柱30与滑动块23之间的摩擦系数)，是所选材料的函数。如果μ_s和μ_p未知，可以使用保守值0.27。

累加x方向上的力：

解出F_SP：

累加y方向上的力：

从到因此，

从到 因此，

在滑动柱30和滑动块23之间有摩擦力，如此：

从到杆件16在滑动块23上施加向上的力；以及

从到杆件16在滑动块23上施加向下的力。

滑动块23的机械优点可被计算：

当

由于摩擦力，滑动块23对机械优点有消极的影响。

参考图10，可理解杆件16的机械优点。通过检查图10的自由体视图，可以得到下述观察结果：

假设操作者所施加力44(F_O)被垂直施加在杆件16半径R₂。通过操作者强加的人体工程学需求确定了施加力44。滑动块23对滑动柱30的力F_SP水平地体现。同样分别示出了杆件16的滑动柱半径R_SP和初始与最终角与滑动柱半径的垂直分量和滑动柱半径的水平分量注意，和随着杆件16在初始位置和最终位置之间移动而变化。随着变化，因此施加力44(FO)和杆件16的机械优点M_杆件将变化。关于枢转点累加力矩示出：

其中f_p＝F_SPμ_p并且以及

因此

假设没有摩擦力并且操作者施加与杆件半径R₂相切地施加力44(F_O)，杆件16的理想机械优点M_杆件，可被如此导出：

因此杆件16的理想机械优点是

或

当杆件角是90°时，因为sin 90°＝1，最大化了分母，存在杆件的最小机械优点M_杆件。

机械辅助电连接器12的总机械优点M是杆件的机械优点M_杆件和柱30与斜坡36的界面的机械优点M_斜坡两者的乘积M＝M_杆件M_斜坡。总机械优点M是杆件角和斜坡角42(θ)两者的函数。

假定杆件16的机械优点在杆件的初始位置及最终位置处更高并且在90°处最低，斜坡36被设计具有在初始及最终点更“陡峭”而在中间“更浅”的斜坡角42(斜率)。想要的斜率产生让人联想到如正弦或余弦之类的三角函数的曲线，因此它可被模型化为：

其中A、B、C和D是常数

积分此方程以找出斜坡36本身的形状：

本质上是直线Dx与三角函数的组合。

常数A、B、C和D的初始值如下所选：

认识到，D描述了经典形式的线的斜率y＝mx+b(m是线的斜率)，D可被近似为斜率或者基本斜坡角42。因此：

在x＝0,y＝0处，因此此等式仅当A＝0，B＝∞或cos(C)＝0时满足；当时cis(C)＝0，其中n是任意整数。当A≠0并且B≠∞时，B影响了三角函数的频率。应认识到在斜坡36的长度上，从0到2π运用余弦函数，A影响了三角函数的幅度。A可被设为任意值，A＝0.1。

事实上随着不同末端或多组末端将在沿着机械辅助电连接器12的啮合的不同点上啮合，啮合力34不是常数。在最初杆件推动期间，啮合力34是很小的。因此，最初，机械辅助电连接器12的高机械优点是不需要的并且是“浪费的”。通过调节斜坡的形状或轮廓，沿着斜坡36的长度改变斜坡角42以更好地使用杆件的机械优点在其完整的推动中，能够改进设计。这能通过当啮合力34小时，最小化电连接器12的机械优点，而当啮合力34在其最高值时，最大化电连接器12的机械优点，来达成。杆件16的几何结构不随着杆件16从最初位置移动到最终位置而改变，因此不可能在杆件16中做改进。斜坡36的斜率可被设计为x的非线性函数，以使其斜率最初较高而当啮合力34达到其最高值时较低。这建议方程(斜率为)的曲线所表征的斜坡36而不是如上所示具有恒定斜率的线性斜坡。

给定杆件16和斜坡36设计参数：

R_SP－枢转柱和滑动柱30之间的距离

R₂－操作接触点和枢转柱之间的距离

n_r－每滑动块的斜坡数量

u_r－斜坡36和滑动柱30之间的摩擦系数

u_s－滑动块23与外壳内腔24之间的摩擦系数

u_p－推动滑动块23的杆件柱与滑动块23内凹口26之间的摩擦系数

l_斜坡－斜坡长度

h_斜坡－斜坡高度

θ－可比拟的线性斜坡角

－杆件最初位置20角

－杆件最终位置22角

ΣFt(y)基于按类型划分末端的数量、按类型划分的啮合力以及沿着y轴的末端位置的末端总啮合力，其中机械辅助电连接器12沿着y轴啮合。

ΣFo(y)基于这些沿着y轴的元件的位置的封口和/或索环的总啮合力

斜坡36的设计可根据以下这些步骤所优化：

1.建立方程以描述啮合力为y的函数

(a)F_啮合＝f(y)＝ΣFt(y)LtMs+ΣFo(y)；

2.建立方程以描述具有一个或更多有待优化的常数的斜坡36的几何结构使得

(b)y＝f(x)从而斜坡36的斜率是

(c)

3.建立方程以描述x与杆件的角φ之间的关系使得

(d)x＝f(φ)；

4.分析推动滑动块23A、23B的柱上所受力得出

(e)F_SP＝f(θ)

理解θ与之间的关系，方程(a),(b),(c)和(e)可联合得出

(f)F_SP＝f(x)

5.分析杆件16上所受力得到

(g)F_O＝f(φ)

6.把(f)带入(g)简化了F_O；以及

7.使用迭代方法从到优化最小例如通过下面的示例所示的用步骤a)至h)调节n：

a)F_啮合＝my+b；其中：此示例假设啮合力线性增大，h_斜坡也可被描述为所需的末端接触搭接。

b)在此示例中n是可调节以优化斜坡36的形状的变量。

c)

d)x(φ)＝R_SP(cosφ_i-cosφ)，由杆件几何结构导出

e)

f)

g)因此

h)

其中n是被迭代调节从到优化最小

如图11所示，当与具有恒定斜坡角的斜坡的施加力48的所得峰值和变化相比，具有可变斜坡角42的斜坡36的施加力46的所得峰值及变化被降低。

由此，提供了机械辅助电连接器12。当与使用线性(即直)斜坡的已知现有技术相比，电连接器12的杆件16以及滑动块23中的槽28的设计降低了为了与匹配连接器14连接的施加力44的峰值和变化。

尽管已针对其优选实施例对本发明进行了描述，然而本发明不旨在如此限制，而是仅受后面权利要求书中给出的范围限制。此外，术语第一、第二等的使用不表示任何重要的顺序，相反术语第一、第二等被用来将一个要素与另一要素区别开来。此外，术语一、一个等的使用不表示对量的限制，而是表示所引述项的至少一个的存在。

Claims (3)

1.一种电连接器包括：

杆件，可移动地耦合至所述电连接器并且能从第一位置移动到第二位置；以及

滑动块，可滑动地耦合至所述电连接器并且耦合至所述杆件以使所述杆件从所述第一位置到所述第二位置的旋转运动横向地移动所述滑动块，

其中，所述滑动块限定在槽开口部分与槽末端部分之间具有斜坡的槽，所述斜坡具有非恒定的半径，所述斜坡被配置为当所述杆件从所述第一位置移动到所述第二位置时，以有效地推动所述电连接器与匹配连接器在一起的方式与所述匹配连接器的柱啮合，其中，所述斜坡是弯曲的以使得该斜坡的斜率沿着所述斜坡的长度不是恒定的，其中，所述斜坡的斜率被配置为当把所述电连接器与所述匹配连接器连接时，降低使所述杆件从所述第一位置前进到所述第二位置所施加力的峰值，其中所述斜坡的所述斜率根据数学公式dy/dx＝nx^n-1而变化，且其中n为经选择成使所施加力的所述峰值最小的值。

2.如权利要求1中所述的电连接器，其特征在于，所述斜坡的所述斜率根据当所述电连接器与所述匹配连接器被推动在一起时所述电连接器与所述匹配连接器产生的啮合力而变化。

3.如权利要求2中所述的电连接器，其特征在于，所述斜坡的所述斜率进一步地根据移动所述滑动块的所述杆件的机械优点变化。