RU2725143C1

RU2725143C1 - Contact pair of electric connector

Info

Publication number: RU2725143C1
Application number: RU2019145482A
Authority: RU
Inventors: Олег Федорович Липатов; Алексей Павлович Ковалдов; Михаил Сергеевич Усов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-06-30

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention is related to electric engineering, in particular to electric connectors, and also can be used in other electric disconnect devices. Contact pair of electric connector is intended for connection of electric circuits and, as a rule, consists of two parts – pin and socket, to shanks of which there connected are wires, on which current should flow in electric circuit after joint between pin and socket and formation of electric contact. Contact pair of the electric connector consists of a rigid round section of a pin with a conical lead-in part and a socket with the possibility of their articulation; at that, in the lead-in part of the socket there is a longitudinal groove for formation of elastic elements, the ends of which are preliminarily brought together to provide contact force. Groove in the seat is made curvilinear, and each elastic element has the possibility of covering more than half the length of the guide circle of the pin surface in local cross sections of the connected contact pair.

EFFECT: improving reliability of electric contact provision due to exclusion or considerable reduction of electric circuit opening time.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим соединителям, а также может быть использовано в других электроразъемных устройствах.The invention relates to electrical engineering, in particular to electrical connectors, and can also be used in other electrical devices.

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.The contact pair of the electrical connector is designed to connect electrical circuits and, as a rule, consists of two parts - a pin and a socket, to the shanks of which wires are connected, through which current must flow in the electrical circuit after the pin is connected to the socket and electrical contact is formed.

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.In electrical connectors, contact pairs are most often used, in which the elastic elements providing the necessary contact force when connecting the pin to the socket are located or are made directly on the socket. Therefore, we will consider only similar contact pairs.

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.So, for example, a contact pair is known, in the slot of which a cut is made to accommodate an elastic element, which has been given the appropriate shape for fastening on the socket and to ensure that the pin is pressed against the inner surface of the socket (see A.P. Levin, Contacts of electrical connectors of electronic equipment, " Soviet Radio ", Moscow, 1972, p. 24, Fig. 3.2). Such contact pairs, in which elastic elements are present in the form of individual parts in the design of the sockets, have one common drawback - the difficulty in manufacturing, namely, the manufacture of additional parts and their installation on the socket.

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).A contact pair is known in which the nest has a longitudinal groove intended for the formation of elastic elements and preliminary information of their ends in order to create the necessary magnitude of the contact force when articulating the nest with a pin (see A.P. Levin, Contacts of electrical connectors of electronic equipment, "Soviet radio ", Moscow, 1972, p. 23, Fig. 3.1).

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype.

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.The main disadvantage of the prototype is the possibility of short-term opening or micro-opening of electrical circuits under the influence of intense vibration and shock loads on the electrical connector, since the elastic elements of the socket have almost the same mass-stiffness characteristics and, as a result, the same frequencies of natural vibrations. When vibrating accelerations act on the electrical connector, the frequency of which coincides with the natural frequency of the elastic elements, their resonance is possible. As a result of the resonance, the simultaneous movement of the ends of the elastic elements in opposite directions can lead to a decrease in the contact force until it disappears completely and, accordingly, to a short-time opening of the electric circuit. In some cases, such micro-openings of electrical circuits are unacceptable, for example, when issuing control commands on an electrical circuit at the time of action on an object with an electrical connector installed on it, vibration or shock accelerations.

Решаемой технической проблемой является создание контактной пары, обеспечивающей повышенную надежность электрического контакта при действии на электрический соединитель интенсивных вибрационных и ударных нагрузок.The technical problem to be solved is the creation of a contact pair, providing increased reliability of electrical contact when exposed to intense vibration and shock loads on the electrical connector.

Достигаемым техническим результатом является повышение надежности обеспечения электрического контакта за счет исключения или существенного сокращения времени размыкания электрической цепи.Achievable technical result is to increase the reliability of ensuring electrical contact by eliminating or significantly reducing the time to open the electrical circuit.

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.To achieve a technical result, in the contact pair of the electrical connector, consisting of a rigid round pin in cross section with a conical lead-in part and a socket with the possibility of their articulation, a longitudinal groove is made in the lead-in part of the socket for forming elastic elements whose ends are previously reduced to provide a contact force, new is that the groove in the socket is made curved, and each elastic element has the ability to cover more than half the length of the guide circle of the surface of the pin in local cross sections of the articulated contact pair.

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.The execution of the groove of a curved shape allows the formation of elastic elements with different mass-stiffness characteristics, so that the frequencies of natural vibrations of the elastic elements will vary. Therefore, under the influence of vibrational accelerations on the electrical connector, the simultaneous occurrence of resonance of both elastic elements is excluded, and the ends of the elastic elements will not move during resonance simultaneously. With the resonance of one elastic element, its end will tend to move away from the surface of the pin, and the contact force will begin to decrease.

В том случае, если штырь и гнездо неподвижно закреплены в изоляторе соединителя, второй упругий элемент останется прижатым к штырю, и электрический контакт сохранится.In the event that the pin and socket are fixedly mounted in the insulator of the connector, the second elastic element will remain pressed against the pin, and the electrical contact will be maintained.

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.If the pin and the socket are located in the insulator with a gap, then, since the pin is crimped by the elastic elements of the socket from opposite sides, with a decrease in the contact force from the side of one elastic element, the second elastic element will shift the pin towards the elastic element, which has a decrease in contact force. Moreover, since each elastic element of the socket in local cross sections of the articulated contact pair covers more than half the length of the guide circle of the surface of the pin, the movement of the end of the elastic element is limited. That is, with a certain movement of the end of the pin, the contact area of the end of the elastic element of the socket with the pin will shift to the area where the elastic element covers the pin. Therefore, a certain combination of sizes — the width of the groove, the diameters of the external surface of the pin and the internal surface of the socket — ensures the absence of micro-disconnections of the contact pair or significantly reduces the time for opening the electrical circuit when intense vibration and shock loads are applied to the electrical connector.

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.It should be noted that with a certain combination of the diameters of the outer surface of the pin and the inner surface of the socket, the contacting of the elastic elements of the socket with the pin can occur in such a way that their movement will be limited during resonance of the elastic elements. Due to this, the contact forces will not change, and the electrical contact between the pin and the socket will remain under the action of vibrational accelerations on the electrical connector.

На фиг. 1 изображена контактная пара в исходном положении.In FIG. 1 shows the contact pair in the initial position.

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.In FIG. 2 shows a contact pair in an articulated position. On sections aa and bb, it is shown that each elastic element of the socket 1 covers more than half the length of the guide circle of the surface of the pin 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.The contact pair of the electrical connector consists of a rigid, round in cross-section of the pin 2 with a conical lead-in and the socket 1 with the possibility of their joint. A curved longitudinal groove 3 is made in the inlet part of the socket 1 to form elastic elements 4 and 5, the ends of which are previously reduced to provide contact force. The elastic elements 4 and 5 have the ability to cover more than half the length of the guide circle of the surface of the pin 2 in local cross sections of the articulated contact pair.

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.In FIG. 1 shows the main and simplest version of a curved groove, the configuration and dimensions of which provide the required condition for articulation. In this case, the coverage of pin 2 occurs in two cross sections (A-A and B-B) of the articulated contact pair. If necessary, the curved groove can have a variety of shapes, for example, to cover the pin with the elastic elements of the socket in more than two cross sections, since the execution of a curved groove in the socket in the installation for electrical discharge machining of metals with program control does not present any special difficulties, including and while processing a group of nests.

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.Preliminary reduction of the ends of the elastic elements, at which each end is shifted by an amount equal to almost half the width of the groove, and is fixed in this position, is carried out by heat treatment of the nests, which are made, for example, of dispersion hardening alloys, such as BrB2, 36NKhTY and others .

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.Contact pair works as follows. When articulating a contact pair, pin 2, having a tapered lead, enters socket 1, while pushing the ends of elastic elements 4 and 5. In the articulated position, the ends of elastic elements 4 and 5 of socket 1, in contact with the surface of pin 2, provide the necessary contact force, whereby an electrical contact is formed between the pin 2 and the socket 1 of the contact pair of the electrical connector and, thus, the circuit is closed.

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.The tests of prototypes of the claimed contact pair and prototypes of the electrical connector with these contact pairs made in accordance with the invention, confirmed the achievement of the claimed technical result.

Claims

A contact pair of an electrical connector, consisting of a rigid round pin in cross section with a conical lead-in part and a socket with the possibility of articulation, while in the lead-in part of the socket there is a longitudinal groove for forming elastic elements, the ends of which are previously reduced to provide contact force, characterized in that the groove in the socket is made curved and each elastic element has the ability to cover more than half the length of the guide circle of the surface of the pin in local cross sections of the articulated contact pair.