低频电缆组装件设计原则与要求

电子产品高性能、小型化、轻型化的需求，使低频电缆组装件朝着集成化、小型化、标准化、高可靠、长寿命的方向发展。特别是在航空、航天、兵器、舰艇等军用武器装备中，要求设备具有更好的环境适应性，能在强振动冲击、高低温交变、盐雾腐蚀等环境下使用。因此，对装备用低频电缆组装件的性能要求也不断提高，要求其具有较严格的加工和装配精度、坚固可靠的结构，并能经受高等级的试验等。

为保证装备用低频电缆组装件的制造质量，在设计过程中，应充分考虑设计的工艺性，避免因设计的工艺性缺陷造成生产质量隐患。设计工艺性的好坏主要体现在电缆组装件的可生产性、可操作性、可靠性和安全性等方面。

设计装备用低频电缆组装件时，一般应遵循以下原则：

① 电连接器、导线、电缆线及相关材料的选用，应符合相关设计标准和工艺技术标准的要求。在同一系统中，应尽可能减少电连接器、导线和电缆线的品种、规格，尽量减少转接次数。

② 导线、电缆线的芯线应与电连接器接触件焊槽（杯）或压接端子相匹配，电缆外径应与电连接器尾罩出线口内径匹配。

③ 首次采用的新技术、新型电连接器和导线、电缆线及材料及当前尚不成熟的设计工艺性要求与工艺技术，都必须经过充分的工艺试验和环境试验，予以验证和确认。

④ 产品结构的布局，应充分考虑电缆的敷设、安装、防护与加固所需要的合理路线、位置、空间和距离，同时应保证电连接器插拔所必需的安全操作空间及安全敷设距离，严禁形成电连接器插拔与检验盲区。

⑤ 应选取抗干扰的电连接器、导线和电缆线等，并采用合理的防护、屏蔽和接地措施，以保证良好的电磁兼容性。

⑥ 应尽可能满足电缆轻量化和经济性的设计要求。

⑦ 应保证电缆设计的可生产、可维修、可安装和可靠。

装备用低频电缆组装件（也称电缆网）的设计内容主要包括电连接器和导线的选择、导线与电连接器焊槽的匹配、电缆束与电连接器尾罩出线口的匹配、电连接器接点分配、电缆网的结构设计及敷设、防护、加固等方面的内容。

一、电连接器的选用

装备用低频电缆组装件与整机配合使用，为适应各种军事环境和军用场合，通常要求电连接器具有较宽的工作温度范围（−55～125℃甚至−65～200℃），并具有良好的抗腐蚀、耐潮湿、耐高冲击和振动、耐高低温交变、耐低气压、耐盐雾、防沙尘和防霉菌性能，同时还应具有低而稳定的接触电阻，保证电信号不中断。

一般使用时，装备上单机与单机间的连接，大都选用圆形电连接器，一小部分选用矩形电连接器。矩形电连接器更多地用于单机内部电路板之间或电路板与单板I/O接口之间的连接。

进行电连接器选择时，一般应注意以下要素：

（1）规格型号选择

① 电参数：优先考虑系统使用电压、电流的要求，电连接器的耐电压和额定电流应满足系统要求；电连接器接触件应与使用的导线相匹配；对于低阻抗电路，还应考虑电连接器的接触电阻不能影响系统工作。

② 尺寸：电连接器所占据的空间和尺寸限度首先要满足系统需要，在此基础上优选接触件间距小的电连接器，以减少空间占用，并减轻质量。

③ 结构：系统工作时有剧烈振动和冲击时，容易引起电连接器的绝缘安装板出现裂纹、导线与接触件连接处断裂，甚至引起接触对分离等现象。为防止振动和冲击引起电连接器的分离，优选有安全、可靠锁紧方式的电连接器（如可选择绝缘安装板与外壳间有胶圈、弹性绝缘安装板有减振或缓冲作用的电连接器）；为防止线缆与电连接器连接处的过度受力，可选择有夹紧线束功能的线夹式尾罩附件；为便于安装、维修，可选用能快速插拔的电连接器等。

④ 接触件端接方式：电连接器中最常用的接触件端接方式有焊接和压接两种。导线与接触件的焊接质量与操作者的技能密切相关，同时其焊接可靠性检测相对较难，因此在条件允许的情况下，应尽量选择接触件端接方式为压接式的电连接器，利用压接设备、工具及检测仪器保证产品质量，减小个人技能差别对产品质量造成影响。

⑤ 安装方式：电连接器的法兰盘有前安装型和后安装型两类。前安装是将插座尾端从安装面板前面穿过安装孔予以安装，当插座连接电缆后，由于尾端有电缆束，前安装不易实现。而采用后安装的插座，则不存在这个问题。前安装较为方便。后安装方式要求设备面板的厚度与插座相匹配，因此，需要进行专门的设计。在选用时，可根据系统安装要求和电连接器特点进行综合考虑。

⑥ 环境参数：在使用和运输过程中，所处环境对电连接器的性能有显著影响。使用环境恶劣时，应尽量选用耐受能力强的电连接器；需要考虑潮湿、防水、密封等要求时，应选择密封性好的电连接器；在空气稀薄的高空使用时，电连接器的耐电压值会下降，选型时应注意系统使用环境及对电连接器的耐电压要求。

⑦ 尽量选用标准化的电连接器，使产品具有通用性。

（2）载流量选择

载流量是电缆组件能否可靠使用的重要参数之一，载流量一般用额定工作电流表示，影响电缆组件载流量的因素包括导线和电连接器接触件的载流量。

电连接器接触件的端接方式主要分焊接和压接两种，不同型号的电连接器适配了不同代号的接触件，而不同代号的接触件对应的工作电流是不一样的，选用时注意不能超载工作。表1列举了几款常用电连接器接触件的额定电流值。不同生产厂家的产品，由于结构和生产工艺的差别，在具体数值上会存在一些差异。

表1 常用电连接器接触件额定电流值

二、导线/电缆线的选用

由于装备使用要求和环境各不相同，对电线电缆的性能指标要求也不同，包括耐高低温、电磁兼容性、耐疲劳、柔软耐弯曲、抗拉压、抗振动、扭转、耐溶剂、抗辐照、阻燃、耐火等各种性能指标要求。目前在机载、车载、地面等装备用低频电缆组装件中使用较多的是耐高温多芯电缆，主要有AF200、AF250、AFP系列的传统氟塑料高温线、瑞侃55#、FF40J系列的薄壁航空导线、FF47系列的薄壁绕包导线及由这些电线电缆组合成的综合电缆。

进行导线/电缆线选择时，一般应注意以下要素：

（1）规格型号选择

① 需要承受拉力、压力、大跨度抗蠕变时，可选用加强型电缆线，如带钢丝或钢带的铠结构电缆线。

② 需要防潮阻水时，可选用有径向防水层和纵向阻水功能电缆线，如带铝塑综合护套或金属护套的电缆线。

③ 使用环境温度较高时，应选用高温线，如AF200系列、AF250系列、55#系列的电缆线。

④ 需要较强的抗干扰能力时，可以选用带屏蔽层的高温电缆线，如AFP系列屏蔽高温线、AFSP系列胶合电缆线。

⑤ 使用环境特殊，需要符合防蚁、防鼠、耐电化腐蚀等要求时，可选用防鼠蚁型特种电缆线或铠装电缆线。

⑥ 需要同时传递电信号和光纤信号时，可直接选用光电复合电缆线。

⑦ 有耐盐雾、光老化、易弯曲、柔软要求时，可选用护套为橡胶材料的电缆线。

⑧ 在有弱信号的传输系统中，优选屏蔽线。

（2）载流量选择

导线的载流量与导线截面积有关，也与导线的材料、型号、敷设方式及环境温度有关。截面积不同、导体结构不同、材质不同，导线的工作电流也不一样。表2是装备用低频电缆组装件中常用的瑞侃55#导线允许载流量表。

表2 瑞侃55#导线允许载流量表

选择导线载流量时，还应从可靠性角度出发进行降额。如单根导线在额定温度为200℃时的长期电流通常按相关标准降额设计，如表3所示。对绝缘导线额定温度为150℃、135℃和105℃的情况，还应在表8-7所示降额值的基础上再分别降额0.8A、0.7A和0.5A。

表3 导线降额准则

三、电连接器的接点分配

电连接器的接点分配是“接线表”设计的主要内容之一。装备用低频电缆在进行接点分配时，应首先明确各分系统设备接口的性能与功能、电气互连关系，同时还要充分了解电连接器结构特点、使用要求及电缆屏蔽与接地等各方面的要求。此外，在满足电气连接关系的基础上，接点分配还应考虑装联过程的可实施性和产品的可靠性。

进行电连接器接点分配时，一般应注意以下要求：

（1）接点冗余数量与并点并线接点数量要求

① 低频电连接器接点的分配，必须保证分系统仪器接口与系统电缆网对接点数量特别是冗余数量（进行足够的安全备份）、并点并线接点数量分配的一致性。

② 低频电连接器接点的分配，应保证供电、控制信号、火工装置等重要接口所需隔离点及其冗余数量的分配。

③ 屏蔽线接点附近应留有空点，以备屏蔽网转接。

（2）接点分配的可靠性和安全性要求

双绞导线、双绞屏蔽导线两根内导线的接点一般应分配在两邻近的接点，跨越距离不宜过远（因其交叉，不可能捋顺到尾罩外），以保证操作的可实施性，同时避免双绞线在电连接器尾罩内部的交叉穿插而造成导线根部存在应力，提高可靠性。双绞线对的接点分配如图1所示。

图1 双绞线对的接点分配

（3）对于接点少的电缆组装件，应合理选用电连接器规格（芯数），同时应合理分配和利用电连接器的连接点与空余点的相互位置，不应采用多芯电连接器而仅连接少数几根导线的设计。

四、导线/电缆线与电连接器的匹配性要求

1．导线与接触件的匹配

（1）焊接型电连接器接触件与导线线径的匹配

导线线径与电连接器焊杯内径的匹配设计，是保证电连接器接点焊接、尾罩处理、屏蔽层处理、导线根部应力消除等的可实施性及可靠性的主要设计环节。导线与接线端子焊接时，为保证焊料在接触件中的顺利流动和渗透，防止焊接部位焊接缺陷的产生，导线的截面积应与接触件匹配。

QJ 3117—1999《航天电子电气产品手工焊接工艺技术要求》规定：与接线端子连接部位的导线截面积一般不应超过接线端子接线孔的截面积，同时每个接线端子上焊接连接的导线不应超过3根，且总线径应与焊杯孔径匹配。

表4列举了导线芯线直径d（或多根导线扭绞后的总直径）与电连接器焊杯内径D的匹配关系。

表4 导线直径与焊杯内径的匹配关系

表5中列举了常用接触件适配的导线规格。不同生产厂家的导线参数会有差异，使用时应参考电连接器生产厂提供的参数进行选型。

表5焊接接触件适配导线表

（2）压接型电连接器端子与导线线径的匹配

对于装备用低频电缆组装件中使用的电连接器，当接触件端接方式为压接时，对导线的匹配性要求比焊接型端接方式中更严格。导线规格与接触件孔径若不匹配会造成导线过压或欠压。导线过压会导致导线线芯易断，而导线欠压则容易导致导线线芯被从接触件压线筒中拉出。这两类压接都是不可靠压接，会使电连接器在使用过程中存在质量隐患。

为了避免出现不可靠压接，在设计选型时，应结合线路要求的导线规格选择适配的电连接器型号，使电连接器接触件压线筒能适配要压接的导线，在具体实施前还应进行试验验证。

导线与电连接器端子压接的匹配要求如下：

① 原则上，压接型电连接器端子的压接导线一般只有1根，禁止一个压线筒内压接两根以上导线。

② 特殊情况下，需要同时压接两根不同截面积的导线时，芯线总面积应与压线筒匹配，同时，较小截面积的导线的线芯截面积不应小于较大截面积的60%。

③ 不应采用折叠导线芯线的方法来增加芯线的截面积进而与压线筒尺寸相匹配。

④ 不应采用剪除导线芯线的股数来减小芯线截面积进而与压线筒尺寸相匹配。

⑤ 导线线径与压线筒的匹配性计算应以裸线芯为基准，不应通过搪锡的方式达到芯线与压接筒的匹配。

⑥ 应保证电连接器端子与导线芯线的压接是气密型压接。

⑦ 应保证压接件在电连接器绝缘体中能插装到位并锁紧。

表6是常用的J598D系列、J599系列圆形电连接器接触件规格及适配导线表。

表6典型的压接型电连接器接触件规格及适配导线表

2．导线束与电连接器尾罩出线口的匹配

导线束与电连接器尾罩出线口的匹配设计，也是影响低频电缆网设计可实施性和产品可靠性的主要工艺性因素。导线束直径与电连接器尾罩出线口尺寸相比“过粗”，会使导线束受出线口“挤压过度”或“夹不住”，进而导致导线与焊杯结合处受力；而导线束直径与电连接器尾罩出线口尺寸相比“过细”，则容易使尾罩“夹不紧”，进而导致导线根部受力或出现屏蔽不严等现象。

在导线规格和导线束设计确定的条件下，应合理选择电连接器尾罩出线口的内径或截面积，使两者匹配；或者在电连接器选定的情况下，在导线规格选用与接点数量设计时考虑线束的总直径，使之与尾罩出线口尺寸匹配。

线束直径与电连接器尾罩出线口尺寸的匹配性要求如下：

（1）综合考虑尾罩处理和屏蔽层处理的可操作性和可靠性

导线束总直径d与电连接器尾罩出线口内径D的匹配关系如表7所示。

表7 导线束总直径与尾罩出线口内径的匹配关系

（2）导线束总直径的计算应考虑屏蔽皮的尺寸

① 在导线束二次绝缘处理后，应确保压线卡将导线束及二次绝缘处理层压紧。

② 应确保导线束所承受的外力不能通过压线卡部位传递到电连接器尾罩内的导线根部。

③ 电缆束（含屏蔽层）与电连接器尾部出线口一般应留有1mm以上的合理间隙量。

五、分支设计

1．分支结构设计

装备用低频电缆组装件一般要求在单个组装件产品上实现多种功能，即实现多种信号和电能的传递。因此，在整机中需要走向不同的位置。这就需要对低频电缆组装件进行分支结构设计。

分支结构设计和设备的内部结构紧密相关。设计时，一般应注意以下要求：

① 电缆组装件的总体分支结构应根据所要连接的设备确定，去往同一方向的线束应尽量进行“合束”处理，以简化电缆网结构。

② 确定分支点或分支点距离电连接器的长度时，应充分考虑分支线束的固定和操作空间，避免线束的不合理弯折，并方便电连接器插拔。

③ 分支设计时，应充分考虑可实施性，方便分支屏蔽层的搭接、分支防护套的搭接和分支点的加强保护等。

图2、图3是低频电缆网的分支结构设计示意图和对应的实物图。

图2 低频电缆网的分支结构设计示意图

图3 低频电缆网实物图

2．分支电缆处理工艺

分支型装备用低频电缆组装件分支点的处理，对整个电缆的外观、质量可靠性都有较大影响。特别是防波套和屏蔽层的搭接处理工艺，会直接影响产品的电磁兼容性。

分支电缆屏蔽层搭接工艺步骤及要求如下：

① 将电缆组装件的主干和分支线束上的防波套端头修剪整齐，并将防波套向后退或倒翻在线束上，待用。

② 分支线束与防波套端头之间缠绕聚四氟乙烯薄膜（或直接用合适尺寸的热缩管，需提前套入）以保护线束中的绝缘层不被防波套的金属丝磨破，如图4所示。

图4 防波套端头绝缘保护

被保护线束长度应在10～15cm之间，保护位置以防波套上拉恢复自然长度后（操作前进行了后退处理）防护层超出防波套3mm～4cm为宜。

③ 用锦纶线对屏蔽皮进行缠绕绑扎，缠绕宽度一般取线束直径的1倍左右，接点处点涂DBSF6101三防保护剂进行防脱处理，如图5所示。

图5分支线束的绝缘保护

④ 当分支线束较多时，应将分支防波套端头的绑扎位置错位排列，以避免在分支接头处线径过度鼓起，如图6所示。

图6 分支线束防波套的错位排列

⑤ 主干防波套上拉，包住分支防波套，主干防波套与分支防波套（以深入主干防波套最短的分支防波套为准）完全重叠长度应在30～40mm之间。用锦纶线缠绕绑扎主防波套，缠绕距离为10～20mm，在锦纶线绑扎接点处点漆紧固，如图7所示。

图7 分支线束屏蔽层搭接效果

分支防护套搭接工艺步骤及要求如下（与防波套类似）：

① 将主干防护套向后退或倒翻在线束上，待用。

② 将分支防护套端头修剪整齐，上拉至分支接点处，用锦纶丝将端头缠绕绑扎后涂胶紧固，绑扎距离为8～10mm，若分支较多，则分支防护套端头绑扎位置应错位排列，避免线束分支处的局部起鼓现象。

③ 将主干防护套上拉，包住分支防护套，使分支防护套深入主干防护套内，深入长度一般应超过线束外径的2倍以上，但也不宜过长，造成不必要的重叠。

④ 将主干防护套向内翻（隐藏防护套松散的端头），用锦纶丝线缠绕绑扎后涂漆紧固，如图8所示。

图8分支线束防护套搭接效果

另外，为了使电缆组装件进一步减小外形尺寸、减轻重量、增强可靠性，具有更好的电磁兼容性，对于防波套和防护套的处理还可采用专用的编织设备，运用无缝连接编织工艺技术实现。

在某些应用场合，需要分支型低频电缆组装件能承受较大的分支撕裂力或具有防水功能，因此，需要进行必要的加强与防护工艺处理。

① 注塑。注塑加强保护是指根据电缆组装件的外径、分支线束外径及分支走向，设计专用的分支注塑模具，使用专用的注塑设备对分支处进行注塑的处理方法。这种处理工艺可使分支处的抗拉强度高、防水性能好，同时成品外观一致性好；缺点是需要单独设计专门的注塑模型且依赖专用的注塑设备，而且产品几乎不具有返修性。因此仅适合用在有一定批量的定型产品中，如图9所示。

图9注塑分支电缆

② 模缩套管。分支模缩套管可根据不同需要设计成各种形状，属于热缩防护套类的产品，具有耐高温、阻燃、耐磨、美观实用、使用方便的特点，十分适用于分支电缆组装件分支处的机械和密封保护。根据制作材料不同，分支模缩套管具有柔软和半硬等状态，热收缩比大，可以适配较大线束外径范围内的电缆组装件分支加固应用。模缩套管及其实际应用效果如图10所示。