一种头座插合处使用球头锥面金属硬密封的电连接器的制作方法

1.本实用新型涉及连接器技术领域，具体是一种头座插合处使用球头锥面金属硬密封的电连接器。


背景技术：

2.电连接器作为军工、核电等领域仪控系统的重要环节，要求其具有良好、稳定的电气传输性能，必须具有可靠的边界密封结构，以便耐受各种严苛环境，如高温、低温、高液/气压、高辐照、饱和水蒸气、酸碱化学介质等条件。
3.作为电连接器的基本要求，插头连接器与插座连接器应具备可快速插合、分离的功能。在恶劣工作环境中，为保证电气信号的稳定传输，插头与插座插合界面处一般都设计有密封结构，大多数电连接器一般使用高分子橡胶材料进行弹塑性密封，举例如下：
4.航空航天领域电连接器在头座插合处一般使用一道轴向端面矩形胶圈进行密封，如图1所示。舰船领域电连接器在头座插合处一般使用一道径向o型圈与一道轴向端面矩形胶圈进行重复密封，如图2所示。深海领域电连接器在头座插合处一般使用2道径向o型圈进行重复密封，如图3所示。某核电设备用电连接器在头座插合处使用一道径向o型圈与一道轴向o型圈进行重复密封，如图4所示。另一核电设备用电连接器在头座插合处使用的是三道径向o型圈进行重复密封，如图5所示。
5.如上所述，目前的电连接器密封处一般都是高分子橡胶材料。高分子橡胶材料属于有机物质，耐高温一般不超过200℃，耐低温一般不超过
‑
55℃，耐液/气压一般不超过10mpa，耐辐照老化能力不强，对湿热高压饱和水蒸气的耐受能力不高，整体可靠性不够，且高分子橡胶材料长时间使用时需要进行定期更换。
6.航空航天领域某关键加热设备用连接器要求高温达到450℃，某关键液体推进剂系统用连接器要求耐受低温
‑
100℃～200℃左右。舰船、深海领域某关键设备用连接器要求满足几十兆帕以上的液压要求。核电领域关键设备的连接器及组件，耐高温指标目前一般要求226℃以上，耐高辐照指标一般要求0.85mgy(γ射线)及以上、高湿指标一般要求17天或更长时间的100％高温高压水蒸气试验环境。
7.以上严苛要求对插合密封处使用高分子橡胶材料的电连接器的电气信号传输安全稳定性、使用便利性提出了很大的挑战。


技术实现要素：

8.为解决现有电连接器头座插合处高分子橡胶密封材料在耐高温、耐辐照、耐高湿方面的局限性，本实用新型提供一种头座插合处使用球头锥面金属硬密封的电连接器，插头和插座密封处采用球头锥面金属硬密封结构，密封强度高，耐温性至少可满足
‑
200℃～500℃密封要求，可以耐受几十兆帕以上的液压或者气压载荷，耐酸碱化学介质腐蚀能力较强，耐辐照性能优于高分子橡胶材料密封方式的电连接器，可以在严苛环境要求的应用领域推广使用。
9.本实用新型解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本实用新型提出的一种头座插合处使用球头锥面金属硬密封的电连接器，包括插头和插座，插座包括插座壳体，插座壳体内设置有绝缘体ⅰ和接触件ⅰ，插头包括插头壳体，插头壳体内设置有绝缘体ⅱ和接触件ⅱ；插座壳体插合端外壁设置有外螺纹，插头壳体外设置有连接螺帽，连接螺帽内壁设置有内螺纹；插头壳体插合端外壁呈球头面或弧形面，插座壳体插合端内壁设置有内锥面用于和插头壳体插合端的球头面或弧形面配合实现金属硬密封。
10.进一步地，所述插头壳体外壁还设置有凸台，头座对插时，插头壳体插合端插入插座壳体插合端内，插座壳体插合端插入连接螺帽内，连接螺帽内螺纹与插座壳体外螺纹旋合，连接螺帽尾部挡肩与插头壳体外的凸台配合，带动插头壳体插合端的球头面或弧形面与插座壳体插合端的内锥面接触，连接螺帽内螺纹与插座壳体外螺纹拧紧后，插头壳体插合端的球头面或弧形面与插座壳体插合端的内锥面紧密挤压形成金属硬密封。
11.进一步地，插座壳体插合端内锥面的侧投影中，两条锥面线的夹角α为24
°
或37
°
或60
°
。
12.进一步地，插头壳体插合端的球头面或弧形面与插头壳体的连接处相切。
13.进一步地，插座壳体尾部可根据结构和功能需要连接或不连接插座尾夹，插座尾夹尾部还设有用于连接电缆的接口ⅰ。
14.进一步地，插头壳体尾部还连接有插头尾夹，插头尾夹尾部还设有用于连接电缆的接口ⅱ。
15.进一步地，插座壳体内壁还设置有定位键，插头壳体外壁还设置有定位键槽，头座对插时，施加足够的拧紧力矩后，定位键与定位键槽对插引导，插头壳体插合端的球头面或弧形面与插座壳体插合端的内锥面接触挤压，最终实现金属硬密封。
16.进一步地，所述电连接器中的金属硬密封结构还用于流体连接器或气体连接器中。
17.本实用新型提供的电连接器头座插合处的密封方式是通过插头壳体插合端的球头面与插座壳体插合端的内腔锥面通过硬挤压实现密封的，形成硬密封的两个连接器壳体都是金属材质。相对于常规电连接器头座插合处使用高分子橡胶材料进行密封的方式而言具有如下优点：
18.1)鉴于金属材料本身耐高、低温特性，本实用新型提供的球头锥面金属硬密封的耐温性至少可以满足
‑
200℃～500℃的密封要求，耐高、低温性能高于高分子橡胶材料密封方式的电连接器；
19.2)金属硬密封是依靠相对较大的挤压接触力形成的，密封强度高，可以耐受几十兆帕以上的液压或者气压载荷，高于高分子橡胶材料密封方式的电连接器的耐液/气压能力；
20.3)金属硬密封对辐照射线不敏感，辐照性能优于高于高分子橡胶材料密封方式的电连接器；
21.4)金属硬密封形成了强度更高的弹性密封接触线，密封界面的致密性、密封效果相对于高分子橡胶材料密封方式的电连接器的耐饱和水蒸气渗透方面更优；
22.5)金属硬密封壳体一般选用性能优良的不锈钢材质，其耐酸碱化学介质腐蚀能力相对更强。
23.6)根据相关应用情况，球头锥面金属硬密封方式弹性变形量较小，可耐多次拆装，且拧紧、拆解力矩值在一般工程中可以接受。
附图说明
24.图1是现有技术1的密封结构示意图；
25.图2是现有技术2的密封结构示意图；
26.图3是现有技术3的密封结构示意图；
27.图4是现有技术4的密封结构示意图；
28.图5是现有技术5的密封结构示意图；
29.图6是本实用新型一种实施例插座连接器的结构示意图；
30.图7是与图6中的插座对插的插头连接器的结构示意图；
31.图8是本实用新型插头和插座未插合状态示意图；
32.图9是本实用新型插头和插座插合状态示意图；
33.图10是图9中局部a的放大图；
34.图11是本实用新型另一种实施例插头和插座未插合状态示意图；
35.图12是本实用新型另一种实施例插头和插座插合状态示意图。
36.【元件及符号说明】：1
‑
插座壳体，2
‑
绝缘体ⅰ，3
‑
接触件ⅰ，4
‑
外螺纹，5
‑
插头壳体，6
‑
绝缘体ⅱ，7
‑
接触件ⅱ，8
‑
连接螺帽，9
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内螺纹，10
‑
球头面，11
‑
内锥面，12
‑
凸台，13
‑
挡肩，14
‑
插座尾夹，15
‑
接口ⅰ，16
‑
插头尾夹，17
‑
接口ⅱ，18
‑
全孔型绝缘体部件，19
‑
全针烧结部件，20
‑
定位键，21
‑
定位键槽。
具体实施方式
37.为进一步阐述本实用新型采取的技术手段和技术效果，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
38.如图6所示，本实用新型一种头座插合处使用球头内锥面金属硬密封的电连接器包括插头和插座，插座包括插座壳体1，插座壳体内设置有绝缘体ⅰ2和接触件ⅰ3，插座壳体插合端外壁设置有外螺纹4。插头包括插头壳体5，插头壳体内设置有绝缘体ⅱ6和接触件ⅱ7。插头壳体外还设置有连接螺帽8，连接螺帽内壁设置有内螺纹9。插头壳体插合端外壁呈球头面10或弧形面，插座壳体插合端内壁设置有内锥面11用于和插头壳体插合端的球头面或弧形面配合实现金属硬密封。具体地，如图8所示，插座壳体插合端内壁内锥面的侧投影中，两条锥面线的夹角α为24
°
或37
°
或60
°
。所述的球头面或弧形面所在的曲线一般应与所连接的插头壳体主体外圆的连接处相切，其外形结构尺寸应在保证插头、插座的电接触长度指标、各零部件配合到位且不干涉的原则下进行具体设计。
39.插头壳体外壁还设置有凸台12，头座对插时，插头壳体插合端插入插座壳体插合端内，插座壳体插合端插入连接螺帽内，插头插合端的球头面或弧形面与插座插合端内的内锥面接触，随着连接螺帽内螺纹与插座壳体外螺纹旋合，连接螺帽上的挡肩13与插头壳体外的凸台配合带动插头壳体插合端的球头面或弧形面与插座壳体内腔内锥面进行接触，继而插头壳体插合端的球头面或弧形面与插座壳体内腔内锥面之间接触的整个圆周上挤压形成闭合接触线。螺纹拧紧后，插头壳体插合端的球头面或弧形面与插座壳体内腔的内
锥面紧密挤压密封，依靠接触线上材料的微小弹性变形填塞密封面之间的不平整之处，两个配合面的原始光洁度越高越有利于密封，以此在连接器头座插合处形成金属硬密封，如图9和图10所示。
40.电连接器插头与插座对插时，需对连接螺帽施加可保证插头壳体、插座壳体可靠挤压接触的拧紧力矩，拧紧力矩数值为5n
·
m
‑
50n
·
m左右。
41.图6所示连接器的插座壳体尾部可根据结构和功能需要连接或不连接插座尾夹14，插座尾夹尾部还连接有用于连接电缆的接口ⅰ15。图7所示连接器的插头壳体尾部还连接有插头尾夹16，插头尾夹尾部还连接有用于连接电缆的接口ⅱ17。
42.本实用新型不局限于图6
‑
图10所示的连接器结构，本实用新型的球头内锥面金属硬密封结构还可以应用在头座壳体带定位键、头座绝缘体部件为全针全孔型的电连接器中。
43.本实用新型还可以通过一定的尺寸优化，将普通高分子橡胶材料密封的电连接器结构方式改进成球头内锥面金属硬密封的电连接器。如图11所示，对使用径向o型圈进行密封的某核电设备用电连接器进行球头内锥面金属硬密封改进，插头中带有全孔型绝缘体部件18，插座中带有全针型绝缘体部件或全针烧结部件19(其实现方式还可以包括：插头与插座的装针、装孔类型通过结构设计调换)。插座壳体插合端内壁还设置有定位键20，插头壳体插合端外壁还设置有定位键槽21，如图11和图12所示。头座对插时，施加一定数值的拧紧力矩后，电连接器头座之间定位键与定位键槽对插引导，插孔绝缘体部件与全针型烧结部件啮合，插头壳体插合端的球头面与插座壳体插合端的内锥面接触挤压，最终实现了金属硬密封结构，通过定位键和定位键槽可以在头座对插后使电连接器起到止转作用。
44.鉴于本实用新型金属硬密封的优点，可以将本实用新型的球头锥面金属硬密封方式应用在核电站中的需要耐受高温、高辐照、高湿、酸碱介质腐蚀的电连接器头座密封设计中，也可应用在航空航天领域需要承受高温或低温要求的连接器密封设计中，也可应用在航空航天领域需要承受高温或低温要求的电连接器密封设计中，也可应用在舰船、深海领域需要满足几十兆帕以上液压的电连接器密封设计中。其密封结构和原理与上述结构和原理一致，不再赘述。
45.以上所述仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本实用新型还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。