一種SMA型螺紋自鎖連接器設計

王超群，符江鵬，李曉磊，張 滋

(鄭州航天電子技術有限公司，河南鄭州，450001)

1 引言

螺紋連接器作為系統中必不可少的元器件之一，射頻同軸連接器中N、TNC、SMA、SSMA等型號均采用螺紋連接機構，大量廣泛地應用于系統中。系統中安裝的螺紋連接器由于振動等因素的存在，螺紋連接會發生松動，造成連接螺母松脫，導致傳輸信號中斷，嚴重影響系統的可靠性[1]，所以，螺紋連接防松脫問題亟待解決。

針對螺紋連接器防松脫問題，傳統的解決辦法依靠螺紋的預緊力及在連接螺母上打保險絲孔的方法。該方法主要存在以下幾個問題：(1)在插頭的連接螺母和插座的安裝板上面加工保險絲孔工藝難度大，不利于提高生產效率；(2)保險絲在固定和拆卸過程中，工序繁瑣，操作難度大，花費時間長；(3)安裝和拆卸需要專門的工具。

對于上述問題，本文以SMA螺紋連接器為例，進行了螺紋自鎖連接器的產品設計，通過在插頭和插座設計一種螺紋自鎖機構，達到螺紋鎖緊并防松脫的目的，并通過試驗和用戶應用驗證，該自鎖產品性能指標優良，并且安裝便捷，可廣泛擴展應用于螺紋連接機構的連接器，具有很好的推廣價值。

2 螺紋自鎖產品設計

2.1 螺紋自鎖設計原理

螺紋自鎖設計原理如圖1所示。插座1和牙套2安裝固定在法蘭盤上，齒套3和驅動彈簧5安裝在插頭殼體4上，當插頭和插座插合完成后，在驅動彈簧彈5的作用下，齒套與牙套相互嚙合，達到螺紋自鎖的目的。

圖1 螺紋自鎖設計原理圖

如圖1所示，該螺紋自鎖產品將自鎖機構設計為附件的形式安裝在插頭殼體和插座的法蘭結構上，不改變原產品的安裝開孔尺寸，可以和原產品互插互換，用戶需要自鎖功能的時候，安裝上自鎖附件即可，便于用戶靈活選擇。

2.2 螺紋自鎖具體過程

螺紋自鎖具體過程如圖2所示。圖2(a)所示，螺紋自鎖插頭、插座分離狀態，在這種狀態：插頭齒套位于位置1，插座牙套用螺釘安裝在插座殼體法蘭盤上；圖2(b)所示，螺紋自鎖插頭、插座插合到位，螺紋未鎖死，在這種狀態：僅旋合螺母，使插頭和插座完成插合，插頭和插座插合過程中，插頭齒套保持處于位置1；圖2(c)所示，插頭、插座插合到位，螺紋鎖死狀態，在這種狀態：插頭齒套位于位置2，插頭齒套和插座牙套相互嚙合，螺紋達到自鎖目的。

(a)插頭、插座未插合狀態

3 設計關鍵要點

3.1 自鎖行程確定

在自鎖插頭和自鎖插座連接過程中，連接螺母旋合到位，合理設計自鎖機構的自鎖行程，達到自鎖目的，同時確保自鎖機構與插座端面不發生干涉。

圖3 自鎖機構行程

由于齒套安裝在連接螺母上面，連接螺母旋合緊固后，為避免齒套與插座上面的牙套發生干涉，齒套端面與相應的牙套之間保證一定的間隙距離。又，齒套和牙套存在齒深，當齒套和牙套完全嚙合時，需要預留齒深的距離。同時，滿足自鎖行程的前提下，保證自鎖結構尺寸盡可能的小，與原產品外形保持一致，設計出最短、最合理的自鎖行程。

3.2 連接螺母結構設計

自鎖連接器自鎖功能發生在連接螺母旋合完成之后，解鎖功能發生在連接螺母旋開之前，自鎖機構與連接螺母的結構息息相關，自鎖產品設計過程中，通過對連接螺母結構和自鎖結構的設計，使兩者相互配合，確保自鎖功能實現，同時保證自鎖產品的外形尺寸最小，結構最精煉，可以和原產品互換。

3.3 齒套和牙套設計

自鎖機構通過齒套和牙套的相互嚙合，達到螺紋自鎖目的，齒套和牙套最大外徑的確定、齒型的確定、齒數的計算，相互嚙合過程間隙余量的控制，確保連接螺母旋合后，可以做到100%自鎖。齒型設計如圖4所示。

圖4 齒型設計圖

3.4 齒數設計

齒數的設計與齒套外徑尺寸有關。理論上：齒數越多，自鎖越自如，但由于連接器尺寸的限制和加工工藝水平的限制，齒數不可能無限多。實際情況是：在滿足要求的情況下，齒數的設計盡可能的少。這里分別以36個齒、45個齒和60個齒計算進行說明。

直徑Φ7.5的外圓，均布36個齒，齒間距(弧長)：7.4*3.14/36=0.654mm；

均布45個齒，齒間距(弧長)：7.4*3.14/45=0.523mm；

均布60個齒，齒間距(弧長)：7.4*3.14/60=0.392mm；

又，1/4-36UNS-2B螺紋[2]: 大徑D=1/4inch=1/4×25.4=6.35mm；

螺距P=inch/36=25.4/36=0.7056mm；

0.65mm弧長(角度10°)對應軸向尺寸：P/360*10=0.7056/360*10=0.02mm；

0.52mm弧長(角度8°)對應軸向尺寸：P/360*8=0.7056/360*10=0.0157mm；

0.39mm弧長(角度6°)對應軸向尺寸：P/360*6=0.7056/360*10=0.012mm；

經過上面的分析和計算，可知：

1)36個齒、45個齒和60個齒數下，極限情況下對應的齒間距分別為0.654mm、0.523mm、0.392mm。即，60個齒的情況下齒間距最密，嚙合更自如，但齒型更小，剛度最弱；36個齒的情況下齒間距最稀疏，嚙合自如性較差，但齒型較大，剛度最強。

2)36個齒、45個齒和60個齒數下，極限情況下對應的軸向尺寸分別為0.02mm、0.157mm、0.012mm。即，60個齒的情況下，軸向極限間隙最小；36個齒的情況下，軸向極限間隙稍大。

3.5 齒套的固定方式

齒套安裝在連接螺母上面，具備一定的徑向旋轉和軸向移動運動范圍，而SMA連接器連接螺母尺寸小，六方螺母最大外圓Φ9.3，齒套在連接螺母上面如何固定、安裝配合及實現在一定范圍內運動是自鎖機構設計的重要難點之一。

3.6 操作過程人性化設計

自鎖產品與正常產品相比較而言，在正常產品螺母旋合的基礎上，增加了螺母的鎖緊和解鎖功能，所以，更合理、更人性化的結構和操作設計是自鎖產品的一個設計要點。

如圖5所示，當插頭的銷子處于位置1的狀態下，插頭和插座正常旋合到位，注意旋合過程擰螺母部位。當插頭和插座正常旋合到位(力矩扳手擰緊力矩0.79-1.13Nom)，旋轉制動套，將銷子處于位置2，完成插頭和插座的自鎖。解鎖過程反之亦然。

圖5 螺母旋合擰緊及自鎖過程圖

該自鎖產品螺母旋合和自鎖機構旋合方向一致，施加力和受力的方向保持一致，螺母殼體設計有滾花和銑扁，自鎖機構殼體設計有小凸臺和滾花，便于操作，并且在操作過程中，自鎖和解鎖過程更人性化。

4 SMA螺紋自鎖產品

4.1 自鎖連接器及電纜組件

圖6所示為設計研制生產的SMA型螺紋自鎖連接器實物圖。圖6(a)為連接器未鎖緊狀態，圖6(b)為連接器鎖緊狀態。圖7為該螺紋自鎖產品裝配的電纜組件產品，已供用戶使用，性能指標良好，自鎖結構可靠，通過用戶的應用驗證。

(a) 未鎖緊狀態 (b) 鎖緊狀態 圖6 連接器螺紋自鎖狀態

圖7 SMA螺紋自鎖連接器電纜組件

4.2 駐波和插損指標

該SMA系列螺紋自鎖產品，技術指標完全滿足《GJB681A-2002 射頻同軸連接器總規范》相關規定要求[3]。在18GHz范圍內，自鎖產品電壓駐波比和插損指標如圖8所示，電壓駐波比<1.1，損耗0.567dB。

圖8 自鎖產品電壓駐波比和插損指標

4.3 互換性

隨機將提交批品種規格相同的插頭(座)與任意插座(頭)插合對接，自鎖齒牙可以相互嚙合，相同規格的連接器應能完全互換，自鎖齒牙可以互相嚙合。

4.4 自鎖機構工作力

用測力計(或等效測力儀器)測算自鎖機構行程范圍內彈力大小，實物產品測試結果如圖9(a)自鎖機構行程范圍內往返自鎖彈力測繪圖、

圖9(b)自鎖機構行程范圍內單程自鎖彈力測繪圖。

(a)往返自鎖彈力測繪圖 (b)單程自鎖彈力測繪圖圖9 行程范圍內自鎖彈力測繪圖

4.5 自鎖機構拉脫力

自鎖連接器尾部固定，沿連接器軸向方向以30N的力作用于自鎖機構，保持該力30s，自鎖機構不脫離殼體。如圖10(a)自鎖產品自鎖機構拉脫力試驗方法，如圖10(b)自鎖產品自鎖機構拉脫試驗。

(a) 自鎖機構拉脫力試驗 (b) 拉脫力試驗圖10 拉脫力試驗

5 結束語

針對SMA型螺紋連接器由于振動等因素導致螺紋連接發生松動問題，設計一種SMA型螺紋自鎖連接器。該螺紋自鎖產品的特點和優勢：1)確保螺紋100%自鎖；2)安裝開孔尺寸和原開孔尺寸一致，即不改變原產品開孔尺寸；3)外形尺寸與原產品尺寸相比，接近一致；4)操作便捷，人性化操作；5)加工成本低；6)性能指標優良。

該產品已通過試驗和用戶應用驗證，操作便捷，可以作為一種有效的螺紋放松措施在螺紋連接機構中廣泛推廣應用。目前，我單位已將該自鎖機構成功推廣應用于N、TNC、SSMA等螺紋連接射頻連接器中，可以有效的解決螺紋松動問題，該自鎖產品具有很好的推廣價值。