□ 李豫卿

郑州飞机装备有限责任公司 郑州 450005

拉脱分离式电连接器（简称脱落插头）广泛应用于悬挂系统领域，通过与悬挂物的插座对接实现飞机与悬挂物之间的电信号传递，从而达到飞机对悬挂物准确发送指令的目的。

脱落插头与悬挂物插座的对接是通过开口螺纹相连，悬挂物在进行投放时，悬挂物自身的重力将脱落插头与插座分离。脱落插头与插座之间的拉脱分离力大约为400 N，该分离力对于300 kg以上的重型悬挂物的分离姿态和分离参数影响不大，但对轻型悬挂物的影响较大。目前，军事化的竞争愈演愈烈，对飞机的飞行速度、悬挂物的投放精度等要求越来越高，这就要求悬挂物质量越来越轻，飞行姿态越来越高，控制精度越来越高。脱落插头的拉脱分离力导致轻型悬挂物的飞行姿态不能达到设计要求，尤其是在悬挂物离机时可能出现滚转、俯仰以及偏航角度过大等现象，更为严重者可能出现悬挂物碰撞飞机和机毁人亡等事故。因此，设计一种可以使脱落插头和悬挂物自动分离的机构迫在眉睫。

笔者设计开发了一种拉脱分离机构，该机构可以在悬挂物进行投放分离前瞬间将悬挂物与插头之间自动分离，在进行悬挂物投放时，原先的拉脱分离力为零。从而可以有效保证悬挂物的分离参数和分离姿态，达到设计要求。本文从拉脱机构的工作原理出发，通过结构分析和受力分析确定了分离机构的整体结构和主要参数，并利用SolidWorks Simulation软件对主要零部件进行仿真分析，保证机构的可行性。

1 分离机构的设计模型

根据拉脱分离机构的工作要求，该机构应可完成军用电子系统和各种电器、电子设备等系统之间的电气线路连接，并可作瞬间电磁分离和机械分离。

设计开发的拉脱分离机构主要由壳体、拉簧、下压臂、释放摇臂和电磁铁等部分组成，结构如图1所示。回收弹簧用来实现电连接器的回收；下压臂用来实现电连接器与悬挂物的对接；释放摇臂用来实现机构的机械分离，与下压臂联合实现机构的自锁功能；电磁铁用来实现机构的电磁分离；转动弹簧用来实现释放摇臂的复位。

根据机构的工作要求，设计的基本结构参数见表1，拉脱分离机构的工作原理如下。

（1）插头对接。将加力杆插入六方孔A中（如图2所示）并逆时针旋转，带动下压臂逆时针旋转，使插头竖直向下移动14～15 mm，同时转动弹簧带动释放摇臂逆时针旋转至图3所示位置，完成插头与悬挂物的对接并自锁。

表1 分离机构主要参数

▲图1 分离机构结构草图

▲图2 分离机构分离状态

▲图3 分离机构对接状态

▲图4 分离机构对接状态受力图

（2） 电磁分离。推拉式电磁铁（型号：ZHO-1023）通电，电磁铁顶杆向下伸出3 mm，产生4.5 N的力，推动释放摇臂顺时针旋转，使拉脱分离机构解锁，同时回收弹簧带动插头向上运动，插头与悬挂物拉脱分离。

（3）机械分离。在插头对接状态下，将加力杆插入六方孔B中（如图3所示）并顺时针旋转，使拉脱分离机构解锁，回收弹簧带动插头向上运动，使插头与悬挂物拉脱分离。

2 机构受力分析

根据拉脱分离机构的工作原理可知，该机构在插头对接的状态下，各个零部件受到的力最大，因此对该状态的受力情况进行分析。

拉脱分离机构在对接状态下，回收弹簧力的大小为400 N，转动弹簧力大小为0.5 N，如图4所示。对下压臂和释放摇臂进行受力分析，如图5、图6所示。

根据平面力系平衡方程，对下压臂和释放摇臂列出力系平衡方程。

下压臂：

▲图5 下压臂受力图

代入具体数值后得：

释放摇臂：

代入具体数值后得：

3 基于SolidWorks Simulation的仿真分析

在该机构中，下压臂和释放摇臂是整个机构中最重要的两个部分，直接影响整个机构的功能实现。为了准确校核下压臂和释放摇臂的强度和刚度，分析两者在受力下的变形情况，采取有限元法对其进行校核。有限元法是一种常用、高效的计算方法，该方法广泛应用于结构力学、流体力学、电磁学等众多领域。

▲图6 释放摇臂受力图

▲图7 下压臂应力图

▲图8 下压臂应变图

▲图9 释放摇臂应力图

▲图1 0 释放摇臂应变图

Simulation是SolidWorks公司推出的一套有限元分析软件，它可与SolidWorks完成无缝对接，运用Simulation可完成应力分析、应变分析、热分析以及设计优化等方面的工作。本文运用Simulation对下压臂和释放摇臂进行刚度和强度分析。

3.1 有限元分析

通过对下压臂和释放摇臂添加材料属性、约束、载荷以及网格划分，得到下压臂和释放摇臂的有限元模型（具体过程不再一一赘述），最后对其进行求解，得到应力图和应变图，如图7～图10所示。

3.2 结构强度校核

（1）强度分析。下压臂和释放摇臂的材料均采用304 不锈钢，许用应力［σ］=200 MPa，安全因数 n=2，从下压臂和释放摇臂应力图上可以看出，最大应力分别为41.211 MPa和31.137 MPa，从应力分析的角度看，下压臂和释放摇臂应力的最大工作应力值远小于材料的许用应力值，说明材料抵抗破坏的能力很强，可以满足工作的要求。

（2）刚度分析。从下压臂和释放摇臂应变图上可以看出，两种零件的应变比较小，刚性好，能够满足工作要求。

3.3 结果

通过SolidWorks Simulation对下压臂和释放摇臂进行强度和刚度分析，分析结果表明，下压臂和释放摇臂的强度和刚度均能满足设计和工作的要求。

4 结束语

笔者以脱落插头为研究对象，设计开发了一种分离机构，并对其工作原理和受力情况进行分析研究，完成了机构的结构设计，并利用SolidWorks三维软件建立分离机构的三维实体模型，通过SolidWorks与Simulation的无缝对接，用Simulation完成了该机构主要零部件的仿真分析和强度、刚度校核，验证了分离机构的可行性，为脱落插头更广泛的应用打下一定的基础。

［1］ QJ1796A-1998，分离（脱落）电连接器通用规范［S］.

［2］ 赵罘.SolidWorks 2013中文版机械设计从入门到精通［M］.北京：人民邮电出版社，2013.

［3］ 杨开云.理论力学［M］.北京：科学出版社，2013.