分离脱落电连接器分离性能测试系统的机械结构设计毕设论文.doc

本 科 生 毕 业 论 文（设计）

题目 分离脱落电连接器分离性能测试系统的机械结构设计
Mechanical structure design of separation performance
test system of separated electrical connector

姓名与学号

指 导 教 师

年级与专业 机械工程及自动化

所 在 学 院 机械工程学系

浙江大学本科生毕业论文（设计）诚信承诺书

1.本人郑重地承诺所呈交的毕业论文（设计），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。
2.本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。
3. 本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究内容过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。
4. 在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

毕业论文（设计）作者签名：

年 月 日

本科生毕业论文（设计）任务书

一、题目： 分离脱落电连接器分离性能测试系统的机械结构设计
二、指导教师对毕业论文（设计）的进度安排及任务要求：
2012.12.25.——2013.03 .15 文献阅读与外文翻译
1）查阅国内外论文、专利等文献30篇以上，其中英文文献5篇以上，具体要求为：电连接器性能研究及发展应用文献至少10篇，分离脱落电连接器分离性能测试系统测试单元及控制相关文献至少8篇，关键机构设计、原理及外形设计文献至少12篇。主要了解测试系统的整体要求，了解检测原理和机械结构；加深对毕业设计任务的理解。
2）完成外文翻译一篇，译文字数不少于3000字。
3）完成与分离脱落电连接器分离性能测试系统相关的文献综述，字数不少于4000字。
2013. 03. 15.——2013.03 .31 方案设计与开题报告
1）根据初步设想构思整体方案，包括大体机械结构及关键机械功能实现，了解测试单元的基本原理及控制系统流程，其中重点在于机构设计。
2）熟悉相关绘图软件，为项目实施做准备。
3）完成毕业设计开题报告，字数4000字以上，并与外文翻译和文献综述一起装订成册。
2013. 04 . 01 ——2013.04 .30 项目实施
1）选择三维设计平台，对产品进行总体三维设计和总装配图设计。要求设计图纸量为A1图1张或以上。
2）进行分离脱落电连接器分离性能测试系统的零部件设计，对机械分离执行单元、压力加载单元、高速摄像单元等进行设计。
3）对测量和测试软件进行了解，包括高精度力传感器、高速摄像单元数据传输处理等。
2013. 05.01 ——2013.0 5 .31 项目完善
1）对系统零件及装配进行细节完善，不足之处进行补充、改进，同时完善产品的总体结构设计；要求达到实现对分离脱落电连接器的分离特性的定量化测试，从而科学地评估分离脱落电连接器产品的分离质量，以保证电连接器产品的可靠性。
2）外形优化：在满足各项功能要求的前提下，对产品外形设计进行优化使产品更加美观。
2013. 06. 01——2013.0 6 .15 毕业设计论文撰写并准备答辩
1）完成毕业论文撰写及工程图绘制修改，其中：论文正文字数不少于1.5万, 工程图工作量要求A1图2张及以上（其中：装配图1张及以上，装配图包含的零件个数大于30个）。
2）制作PPT，准备毕业论文答辩。
起讫日期 200 年 月 日 至 200 年 月 日
指导教师（签名） 职称
三、系或研究所审核意见:

负责人（签名）
年 月 日

目 录

摘要 I
Abstract I
1.绪论 1
1.1 分离脱落电连接器测试现状 1
1.2 测量技术的发展及现状 1
1.3 设计方法学发展及趋势 2
1.4 毕业设计的要求及主要内容 3
1.4.1 功能要求和技术指标 3
1.4.2 毕业设计的主要内容 4
2.Solidworks软件介绍及运用 5
2.1 Solidworks软件概况 5
2.2 Solidworks软件特点 5
2.2.1 基于特征及参数化的造型方法 5
2.2.2 功能强大、易学易用 6
2.3 Solidworks软件运用 7
2.3.1 常用建模方法 7
2.3.2 大型装配优化设计 8
3.需求分析与原理设计 9
3.1 需求分析 9
3.1.1 功能——机构框架 9
3.1.2 空间需求分析 10
3.2 原理设计 11
3.2.1 拉力分离角度调整原理设计 12
3.2.2 压力加载原理及压力计同步原理设计 12
3.2.3 高速摄像头三维调节原理设计 13
3.2.4 动力加载及复原原理设计 14
4.模块设计与零件设计 15
4.1 分离脱落电连接器模块 15
4.1.1 分离脱落电连接器 15
4.1.2 固定端夹具 17
4.1.3 分离端保护机构 17
4.2 压力加载模块 18
4.2.1 压力加载感应装置：推压力计 19
4.2.2 推压力计夹具及力大小调节机构 21
4.2.3 固定横梁及直线导轨滑块部分 22
4.3 驱动模块 23
4.3.1 方案比较 23
4.3.2 电机、减速器及线轮 24
4.4 拉力角度调整模块 25
4.4.1 角度调整部分一 25
4.4.2 角度调整部分二 26
4.4.3 旋转轴和旋转平台连接 28
4.4.4 支座 29
4.5 拉力传感器模块 29
4.5.1 拉力传感器 29
4.5.2 拉力传感器运动机构 31
4.6 高速摄像模块 32
4.7 基本功能 33
4.7.1 底座、外形 33
4.7.2 元件电线布局 34
4.7.3 设置、显示模块布局 34
5.装配及精度设计 35
5.1 装配精度设计中公差原则 35
5.1.1 独立原则 35
5.1.2 相关要求 36
5.2 模块装配及精度设计 36
6.总结： 37
参考文献 38
致谢 40
附件一：分离脱落电连接器分离性能测试系统总装图（A1） 见附页
附件二：角度调整部分二（A1） 见附页
附件三：角度调整部分二轴（A3） 见附页

浙江大学本科毕业设计（论文）
摘要
本文分析了分离脱落电连接器分离性能测试系统的应用需求，进行了系统的机械结构设计，详细阐述了具体的设计方法及设计步骤。论文共有6章：第1章主要介绍了的毕业设计的一些背景知识，并概述了毕业设计的主要内容。第2章介绍了三维设计软件Solidworks的概况、功能及优点等。第3章进入概念设计和原理设计，对整体布局进行了构思，并对关键机构的原理实现进行了方案比较。第4章在前面的基础上，主要针对各个模块内的具体零件进行设计计算，及三维绘图和装配。第5章是所有模块的装配和装配精度设计。第6章总结了毕业设计完成的工作，对尚存的不足、不完善之处进行了反思，并提出了自己的一些想法。

关键词：分离脱落电连接器，性能测试，设计

Abstract
This paper analyzes the application needs of separation performance test system of separated electrical connector, conducts mechanical structure design and describes the design methods and steps in detail. It consists of six chapters. Chapter 1 introduces some background knowledge and the main content of my graduation project. Chapter 2 describes the overview of three-dimensional design software--Solidworks, including the features and benefits and so on. Chapter 3 introduces the conceptual design and principle design. On this basis, Chapter 4 describes modules design, parts design and three-dimensional graphics and assembly. Chapter 5 includes the assembly of all modules and precision design. To the final, this paper concludes with the completed work and put forward some of my own ideas.

Key word: separated electrical connector, performance test, design

I
浙江大学本科毕业设计（论文）
1.绪论
1.1 分离脱落电连接器测试现状
分离脱落连接器常用于军用电子系统，以及各种电器、电子设备等系统之间的电气线路连接，以及其它工业设备的电连接器，并可作瞬间电磁分离和机械分离。连接方式为旋插及直插，分离方式为电磁和机械分离。它是分离电连接器和脱落电连接器的总称，在军工、航天航空弹射装备等领域中得到了广泛的应用。分离脱落电连接器是飞行器能否顺利和成功飞行的重要器件，它广泛应用于某些特定领域的众多型号上，同时，它也相应地被用在地面设备和相应的众多载体上。由于使用条件苛刻，耐环境性能要求高，可靠性要求高，且要求体积小、重量轻等，其研制生产需要较高的专业技术水平，各国对此类分离脱落电连接器的生产与研究均采取严格保密措施[1]。
国内在电连接器上的研究起步较晚，且多数研究侧重在针对其连接可靠性等方面，并没有对其分离特性作深入的研究。分离脱落电连接器在分离过程中，分离端的脱落速度、轨迹或姿态，以及机械分离脱落方式下的拉力角度和临界拉力值等特性参数，都是评判分离脱落电连接器的质量与可靠性的重要指标。
相对来说电连接器的性能指标及参数研究较为丰富，但测试技术、传感器技术等经过多年的发展也很先进，设计方法学及相关实例均可借鉴。国内分离性能测试研究尚处于起步阶段，尚没有标准的分离性能测试设备，只能进行小型的、非自动、功能单一的测试（如简单的测分离力），相离自动化、智能化差距较远，无法满足现阶段的测试要求。

1.2 测量技术的发展及现状
测试系统的测量常用元件为传感器，它可定义为：一种以一定精确度把被测量（非电量）转换为预制有确定对应关系、便于应用的另一种量（一般为电量）的测试装置；由敏感元件、转换元件、转换电路组成。常规传感器有电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、光电传感器、霍尔式传感器，新型传感器有激光传感器、光纤传感器、智能传感器等。
传感技术的发展经历了三个阶段,即结构型传感器、物性型传感器和智能型传感器[2]。我国传感器行业总体技术水平相对比较落后，应用范围较窄，更多的应用仍然停留在工业测量与控制等基础应用领域，与国外发达国家相比仍有较大差距[3]：(1)核心制造技术严重滞后于国外，国内产品差强人意；(2)人才资源匮乏，产业发展不足；(3)统筹规划不足，投资力度不够。
传感器的选用原则和指标依据主要有：静态特性和动态特性、测量对象与测量环境、灵敏度、频率响应特性、线性范围、稳定性、精度[4]。
新型传感器发展的总趋势是微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化。为迎接国际化的挑战，我国传感器行业应加强具有自主知识产权的新型传感器的开发，加速现有科研成果的转化和产业化。

1.3 设计方法学发展及趋势
“设计方法学”这一概念出自1962年召开的国际设计方法会议，可定义为：研究设计过程、规律、思维及工作方法的综合性学科[5][6]。经历了传统设计方法和现代设计方法两个阶段：传统设计方法包含直觉设计、经验设计、半理论半经验设计三个过程；现代设计较之更加动态化、智能化及数字化，具有代表性的有：创新设计、、虚拟设计、优化设计和并行设计等[7]。
18 世纪第一次产业革命产生了“科学管理”的思想和理论，即所谓的“串行工程”，20世纪90年代中后期，随着竞争的日益激烈，串行方法弊端逐步显示。随后的一段时间里，人们相继开发了面向产品生命周期的设计DFX（早期的DFX包括：DFM、DFA、DFD等[8]，新的领域则包扩：面向供应链的设计、情感设计、包容性设计等[9]），质量功能展开QFD、产品数据管理PDM以及计算机辅助系统CAX等技术[10]。1988 年美国国防分析研究所正式提出了“并行工程”的概念，之后，并行工程理论引起高度重视并逐渐发展起来。
现代设计理论和方法的使用，不仅有效地降低了设计成本、缩短了设计周期，而且有效提高了产品的精确度和可靠性，是发展的必然趋势[11]。现代机械设计方法领域又不断出现新名词,比如有：绿色设计、绿色创新设计、现代最优化方法等等[12]。随着科技的不断进步，现代机械设计方法有如下趋势[13]：
（1）全球化：机械设计全面发展，在全球化的进程当中占据着非常重要的地位；
（2）网络化：作为一个公众交流和讨论的平台，网络化这一议题愈发重要，机械设计的发展也能极大的从中得益；
（3）虚拟化：设计不同于制造，是抽象的，带有虚拟色彩；
（4）自动化与绿色化：设计人员应有效地利用此种理念，以达到提高效率降和低能耗的目的。
可以看出，21 世纪机械设计正朝着柔性化、灵捷化、智能化、信息化、网络化、绿色化的方向发展。

1.4 毕业设计的要求及主要内容
1.4.1 功能要求和技术指标
分离脱落电连接器的分离性能测试系统，应具备的功能有：
1）分离执行功能——能自动分离和手动分离，并模拟产品实际使用情况进行压力加载及拉力角度调节。①自动分离（电磁分离）功能：在收到对应分离触发信号后，控制分离机构各分离连接器按照设定延时时间分离，并测量记录各分离连接器分离完成时间，计算与触发信号之间的时间间隔，即响应时间；②手动分离（机械分离）功能：装置设置拉力角度调节手轮，面板设置手动分离按钮，系统具有一定的操作空间，先通过手轮手动调节拉力偏转角度，再通过按钮手动控制分离机构实现分离连接器分离，分离时拉力大小在一定范围内，力值精度需要有所保证，速度能够控制。
2）分离性能测试功能——通过传感器、高速摄像及数据处理进行分离过程的记录和分析，以达到性能的测试的目的。拉力传感器测量和记录力的变化，高速摄像机将记录分离连接器在分离过程中影像，并采用图像处理技术来获得分离时间和距离。
3）设置及显示功能——通过设置页面和控制面板实现。设置界面具备触摸屏，能够通过键盘对分离可靠性测试系统进行设置，设置多个分离连接器的分离时序和延时时间参数等；控制器面板包含电源开关、手动分离按钮、触发信号灯、电源指示灯等。
技术指标如下：
² 负荷加载最大200N
² 分离触发信号：28V±3V脉冲，脉冲宽度不小于200ms
² 响应时间：在设置延时为零的情况下，从系统收到触发信号到连接器完全分离，响应时间不大于15ms；
² 最大操作空间长度：650mm
² 试验拉力范围：5~500N
² 试验力最小读数：0.1N
² 力值精度：±1%
² 可偏转角度±30°
² 调速范围：0.05~500mm/min
² 分离时间精度要求：同步分离时，各分离连接器分离时间不一致性不大于1ms；顺序分离时，各分离连接器分离时间误差不大于1ms；
² 延时控制要求：从接收到触发信号到连接器分离的时间可以设定，设定范围0～2000ms，默认值为0ms；
² 使用环境：室内环境，使用温度0～35℃，相对湿度不大于70%；
² 供电电源：220V AC
1.4.2 毕业设计的主要内容
毕业设计题为“分离脱落电连接器分离性能测试装置”机械设计，产品的设计过程大致可分为一下几个模块：概念设计、原理设计、模块设计、零件设计及造型设计等。按此思路，逐步完成各个设计步骤，其中涉及到关键机械的原理构思及选择，模块装置的相关计算机设计，零部件的选型及装配等。使用的三维造型软件为Solidworks，二维绘图软件为AutoCAD。

2.Solidworks软件介绍及运用
2.1 Solidworks软件概况
在总结和继承大型机械CAD 软件的基础上，美国Solidworks 公司于1995 年研制成功Solidworks 这样一个创新的基于特征的参数化实体建模的标准三维设计软件，它具有功能强大、易学易用等优点。它是基于Windows 开发的三维CAD 系统，有全面的实体造型功能，可快速生成完整的工程图纸, 还可进行模具制造及计算机辅助分析[14]。在现代企业机械设计方面，Solidworks 完全可以满足其要求，在当前各个机械设计及机械制造领域，已经得到极其广泛的应用和推广。目前Solidworks 软件已成为三维机械设计软件的标准。
毕业设计采用的软件版本为Solidworks2010，相比更早的版本而言，大幅改善了工程图绘制功能，尺寸标注的操作更为简洁。在装配图中，此版本提供了零部件详细信息的可视化功能，重量、材质、是否外购件、价格等参数还可直接导入Excel进行输出。3D建模工具中增加了盆腔中段平面和相切平面的草图绘制功能，简化了高复杂度模型设计。装配环境下允许进行零部件的精确镜面复制、运动干涉检查和参数化应力分析。此外，对直接导入的实体模型进行编辑是一个非常重要的新特性，大幅减少调用旧有设计时的工作量。编辑工具将修改产生的新特征记录于特征树中，因此能轻而易举地将导入模型恢复成原始状态。
2.2 Solidworks软件特点
2.2.1 基于特征及参数化的造型方法
Solidworks 装配体由零件组成，而零件由特征( 例如凸台、螺纹孔、筋板、剪切体、圆角、倒角等) 组成。这种特征造型方法, 直观地展示人们所熟悉的三维物体, 体现设计者的设计意图。
Solidworks中的特征可以分为草图特征和直接生成特征。其中草图特征：基于二维草图的特征——通常该草图可以通过拉伸、旋转、扫描或放样转换为实体。 直接生成特征：直接创建在实体模型上的特征——圆角和倒角就属于这类特征。
参数化：创建特征的尺寸与关系可以捕捉并存于模型中，以达到捕捉设计意图及快速而容易地修改模型的目的。驱动尺寸：指创建特征时所用的尺寸，包括与草图几何体相关的尺寸和与特征自身相关的尺寸；例如：圆柱凸台特征，凸台的直径由草图圆的直径来控制，凸台的高度由创建特征时拉伸的深度决定。关联：关联是指平行、相切、同心等信息，以前这类信息是通过特征控制符号在工程图中表示的；而Solidworks 创作过程包含三维与二维交替的过程, 因此完整的设计文件包括零件文件、装配文件和二者的工程图文件，成功的处理了创作过程中存在多重关联性, 使得设计过程顺畅、简单及准确。
2.2.2 功能强大、易学易用
运用Solidworks 软件可进行零件设计、装配设计、动画模型制作及色彩渲染，并有各种标准零件库支持，功能强大且完善[15]。Solidworks 软件易于使用者学习, 便于使用者进行设计、制造和交流。熟悉Windows 系统的人基本上都可以运用其进行设计, 且软件图标的设计简单明了, 帮助文件详细, 自带教程丰富, 易学易懂。
零件设计界面具有众多实用的工具栏，诸如草图工具栏、焊接工具栏等等，每个工具栏又包括许多实用的具体命令；充分利用这些工具栏及其相应的命令，设计者在进行机械零件设计时，可选择一种既适宜又合理的设计方法，对各种机械零件进行既高效快捷、又直观方便的设计。
装配体设计技术有自下而上和自上而下设计两种方法：自下而上的方法是指各个零件先在零件文件中设计完成 再插入到装配体中, 根据设计要求组装配合零件；各个零件之间相互独立，重建方便，但尺寸配合无关联性，装配步骤较多。自上而下设计法是从装配体中开始设计工作,采用该方法, 直接在装配体文件内建立各零件；构建零件时可互相参考外形，省去草图绘制及装配的一些步骤，但配合关系无法改变完全限制。这两种方法可单独或结合使用, 灵活应用。
三维动画演示、渲染图像均可以通过Solidworks实现：它能完成从产品概念到装配模型设计等一系列过程，以及三维产品的固有特征体；对于产品设计的相关过程，诸如模拟装配过程、模拟拆装过程等等，可以进行及时的录制和保存。色彩渲染方面：借助图形灯光控制的增强实现对于视觉效果的增强；对于高质量动画效果的形成，通过控制专业灯光和结合零件特点来对材质进行增加来实现；利用通过变化缤纷的背景库、庞大的材质以及纹理，来达到视觉冲击力增强的效果。
有关装配设计所需的各种标准零件设计库，都可在Solidworks 软件中找到，诸如链轮和齿轮的动力传动作、螺栓垫片、各种型材结构件、螺母、锚钉及轴承等，需要时可直接调用，也可进行修改其尺寸或者形状，大大节省模型设计及重建所需时间。

2.3 Solidworks软件运用
2.3.1 常用建模方法
在Solidworks三维造型设计中，用特征来描述产品的信息。具体的零件特征关系及分类如下图所示：

图2-1 零件形状特征分类
Solidworks中简单造型可直接通过草图、特征建立实现；而对于复杂的产品，一般先将其分解为一些单一特征，其中最重要或最大的部分视为基本特征，完成基本特征的造型后，再进行一些细小特征的添加，如倒角、倒圆和孔等等，最后得到较为完善的产品模型。
Solidworks对于一个零件的基本特征建模方法思想就是从二维到三维的延伸。首先应该对于一个特征进行分析后，选定一个合适的平面作为二维CAD草图的绘制平面，这个平面虽然不会对特征建模的结果产生影响，但是它影响了这个特征的空间分布和视觉效果。这个效果等特征增多之后，会体现出来。所以一个好的设计者必须在对基本特征建模前就应考虑好整个零件的放置，选定草图的绘制平面。选定平面之后，Solidworks提供了一整套完整而丰富的二维CAD绘制命令，在比如AutoCAD等一些传统二维CAD绘制软件中所用到的命令，基本在Solidworks中都能相应的找到。当然，除你自己进行重新设计，在Solidworks草图环境下进行一笔一划的描绘之外，如果你已经有了二维的CAD草图，Solidworks也支持导入这类草图。鉴于Solidworks对于多种CAD文件格式的支持，选择Solidworks的文件打开功能，相应的选择DWG格式的文件，就能把已有的二维CAD文件导入Solidworks中，使之成为一幅草图。一般而言，草图中所绘制的特征截形线必须是封闭的，而且不能够自相穿越，否则将不能通过这些截形线完成三维实体特征的生成。
另外一般按照严谨科学的设计方法，我们就应对于这幅草图进行定义，使之在二维平面状态下位置的唯一性，这样会使得以后的数值改变以及参数化提供很大的方便。SolidWork要求对于草图所有的实线（不包括构造线和点）进行的定义，为此提供了详尽的约束指令，比如重合、中点、共线、水平、竖直、垂直等，另外还有尺寸的定义方法。在完成了三维实体模型的整个造型工作之后，还可以通过修改对某一特征的截形线或轨迹线的尺寸和几何约束来自动地对整个模型进行修改。这种功能大大提高了设计的效率。
2.3.2 大型装配优化设计
在完成了各个零部件的设计后，需要进行装配设计，在装配体设计中配合是最重要的因素。在Solidworks装配体文件中，虽然它里面包含了很多的零部件，但是它本身只是这些零部件的名称、数量和它们之间次序的一个信息合集，它并不包含零部件的模型文件，所以一般装配体的文件所占计算机空间都比较小。因此，任何一个零部件的改动都能影响最后的装配体的形成。
装配体中的零件有3种状态：还原状态、压缩状态和轻化状态。还原状态下所有零件的数据均装入内存；而轻化状态时，零件数据根据需要决定是否装入内存，这样可以提高装配速度及显示性能。
如果设计用到众多的零件，若把所有的零件都装入到同一个文件中，对装配体的任何修改都会相当困难，因此可按照产品的功能划分为若干个子装配体，之后进行分别装配，最后再对子装配体进行总装。所有的编辑和修改都在子装配体中进行，如此一来，既改善了机器的性能，零件编辑和修改时也更加方便。此外，大型装配环境下Solidworks可对图像品质进行优化，它也具备干涉检查、间隙验证、空对其、测量功能，能够评估产品的质量属性、剖面属性等，并能插入传感器、设计算例等，以保证最终装配体的可靠性。正如前文提到，装配设计有自下而上和自上而下两种方法，可以结合使用，以达到最优的结果。

3.需求分析与原理设计
产品概念设计是从客户需求开始，进行产品功能分解、原理求解、零部件构形、装配布局和概念产品评价的过程[16]。需求分析与原理设计都是概念设计的一部分。概念设计处于产品设计的早期,目的是提供产品方案，对产品设计的成功与否有着决定性的影响。从设计过程看,概念设计具有创新性、多样性和递归性的特点；从设计对象看,概念设计又具有层次性和残缺性的特点[17]。
3.1 需求分析
3.1.1 功能——机构框架
根据前文所提的“分离脱落电联及其分离性能测试系统”功能要求中列出的几项：分离执行功能、分离性能性能功能、设置及显示功能，补充基本功能；并对每个功能进行相应的分解。得出功能——结构的框架列表如下：

表3.1-1 “功能—机构”机械部分框架
功能
模块结构
基本功能
底座
外形
分离脱落电连接器模块
分离执行功能
实况模拟
压力加载模块
实施拉力
驱动模块
角度调整
拉力角度调节模块
分离性能测试功能
拉力记录、分析
拉力传感模块
分离姿态记录
高速摄像模块
设置及显示功能
设置及显示屏
设计包含综合与评价两个基本过程。综合是指由设计要求推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。这一原则在接下来的原理设计、模块设计等均有用到，首先列出多个可能解，之后进行分析并确定一个最终方案。
3.1.2 空间需求分析
装置内从左到右依次为：控制器、固定端夹具、分离脱落电连接器（上有高速摄像单元，近距离有压力加载机构）、保护托盘机构、机械分离执行单元（上为机械拉力角度调整单元，下为拉力传感器及拉力加载机构），操作及显示屏安装在装置外形左上方。
1.压力加载、高速摄像及电连接器固定模块
电连接器长度为200mm左右；固定于夹具（左）上，保护托盘机构（右）进行分离保护；整体长度500mm左右。压力加载机构加载压力与电连接器上方或侧方；高速摄像模块在它们上方空间工作。
2.机械分离执行及拉力传感、动力模块
纵向最低高度为：650mm*tan30°,180°内旋转，故前后宽度至少需大于2*650mm*tan30°约为751mm。但加上操作手轮的高度约100mm，以及旋转平台距离轴中心有一定距离，前后宽度应至少大于1050mm。
旋转轴固定于底座上，需要安装蜗轮，长度无特定要求。拉力传感器及动力装置安装于旋转轴下方，预留高度400mm足够。

图3-1 整体布局示意图
3.整体尺寸计算
长：控制部分+电连接器部分+操作空间+方向调整机构+空间余度 = 300 + 300 + 650＋500＋200　＝　2000mm；
宽：方向调整机构+可调宽度 ＝ 1300 mm；
高：方向调整机构+ 人理想操作高度 ＝ 1700mm。

3.2 原理设计
对提出的方案需要进行评估并最优化。本章对需要实现的几个关键原理进行了构思、分析和选择，其中包括：拉力分离时角度调整原理；压力加载原理及压力计同步原理；高速摄像方向调节原理。
3.2.1 拉力分离角度调整原理设计
分离脱落电连接器在使用时，拉力的角度并不是恒定的，在一定范围内变化，因此要设计一个机构对其进行调整。可供选择的方案有：丝杠滑块机构：滑轮固定于滑块，通过丝杆旋转驱动滑块运动以带动滑轮的移动，实现拉绳的方向改变；曲柄滑块机构：滑轮固定于滑块，通过曲柄运动驱动滑块运动以带动滑轮的移动，实现拉绳的方向改变；蜗轮蜗杆机构：滑轮固定于蜗杆，通过蜗轮旋转驱动蜗杆运动以带动滑轮的移动，实现拉绳的方向改变；气缸活塞机构：滑轮固定于气缸，通过气缸驱动活塞运动以带动滑轮的移动，实现拉绳的方向改变；
从简便易行的角度考虑，曲柄滑块机构设计较为复杂，气缸活塞机构需要气源较为麻烦；从功能实现角度考虑，以上任一个机构都只能实现二维角度转变，如果想要实现三维角度调节，可采用两个机构相结合，选用丝杆机构配合蜗轮蜗杆旋转平台：
a.丝杠、导轨、滑块机构实现竖直方向的角度变化，要求可变角度为0°~30°，滑块上安装定滑轮组、手轮控制丝杆旋转实现滑块的竖直方向移动，以此改变拉力绳与电连接器的角度；b.旋转平台实现180°旋转，采用蜗轮蜗杆机构，将蜗杆安装在旋转轴上，手轮控制蜗杆旋转，带动蜗轮旋转并进一步带动旋转平台旋转。
3.2.2 压力加载原理及压力计同步原理设计
为了模拟分离脱落电连接器的实际使用情况，需要对分离脱落电连接器进行力加载，使用压力传感器，从法向方向给连接器施加一个压力，大小通过手动调节。压力计的原理类似于弹簧测力计，通过变形量的大小反映压力的大小。
手动调节如何实现是一个关键问题。首先，技术要求为：提供最大为200N的力；所选择的的压力加载及测量计的原理类似弹簧，可通过行程的改变来改变力的大小：可供选择的方案有螺纹进给、连杆机构、丝杆进给等，综合比较，所需力较小，无其他要求，直线采用螺钉螺母即可。可选择较长螺钉和螺母组合，当螺钉旋进时压力计与接触表面距离变小，力变大，当螺钉旋出时，压力计与解除标明距离变大，力变小。以此方法，结构简单，调节方便，可行性较高。
压力计同步方面需要实现的功能为：脱落端与固定端分离时，压力加载机构随着脱落端一起直线运动。而理论上分离瞬间及之后小段时间（即数据记录阶段）分离端为水平运动。因此可采用直线导轨实现同步运动：将压力加载机构安装在直线导轨上，直线导轨固定于立柱上。导轨有矩形导轨、圆形导轨、三角形导轨、燕尾形导轨可供选择，其中矩形导轨具有结构简单，制造、检验和修理方便，导轨面宽,承载力大,刚度高的优点，符合要求。
固定
可移动

图3-2 压力加载原理示意图
分离脱落电连接器
固定端 脱落端
压力加载机构

脱落端
压力加载机构
分离方向
直线导轨

图3-3 压力加载同步原理示意图
3.2.3 高速摄像头三维调节原理设计
为了能获得真实的图像信息、及较高的测量精度，同时为实现不同规格的连接器的检测，高速摄像头应安装在调节机构上，以便实现精确成像。
需要竖直方向以及X方向的直线运动，采用简单实用可行的机构：调节螺母及横梁来实现手动调节。其中托板调节螺母用于对托板进行调整以实现包括环形光源、光圈和高速摄像机在竖直方向上的距离调整；高速摄像机安装在调节托板中部的横梁上，可沿横梁滑动来进行X向的位置微调。
分离脱落电连接器
固定端 脱落端

固定端 脱落端

摄像头
X
Y
Z
Y向调节
X向微调

图3-4 摄像头调节原理示意图
3.2.4 动力加载及复原原理设计
动力源可有多种选择，如步进电机、伺服电机等。拉动线缆机构也有多种，此处主要比较两种可行方案：丝杆滑块及线轮机构。
1.丝杆滑块机构
绳子末端固定于滑块上的支座上，滑块移动即可带动绳子的移动；电机启动，丝杆旋转，滑块即可向给定的方向移动。一次分离结束，电机反转，滑块向相反方向移动，绳子末端位置可回到原处，但此时面临一个问题：线缆为柔性物质，非刚性，缺乏拉力导致线缆整条不能回复至原状，甚至会出现打结状态，需要配合人工同时拉动线缆的另一端，才可能避免出现这一问题。
2.线轮机构
绳子末端固定于线轮表面，线轮的旋转即可改变绳子的作用长短，当拉力加载时，电机启动，线轮旋转改变线缆的作用长度，达到脱落端从固定端脱落的目的。一次实验结束，脱离电机与线轮，手拉动线缆即可保证绳子绷直被拉回所需要的长度，进行下一次实验。
两种方案均具有一定的可行性，从拉线角度分析，两者均无明显优势或劣势；但从复原角度分析，方案2相比方案1更优一点。最后需要结合具体计算结果进行选择。
4.模块设计与零件设计
4.1 分离脱落电连接器模块
此模块共包含分离脱落电连接器、固定端夹具（包括夹具安装块）及分离端保护机构三个部分。

1
2
3
4

图4-1 分离脱落电连接器模块装配图
1.分离脱落电连接器 2.固定端夹具 3.夹具安装块 4.分离端保护机构
4.1.1 分离脱落电连接器
分离脱落电连接器有多种型号，最后设计出的系统需要符合不同的规格要求。此次毕业设计参考JF21-168T2/TD2绘制电连接器三维图。

图4-2 分离脱落电连接器三维图
如图所示，分离脱落电连接器由固定端和脱落端组成，固定端通过安装孔固定在夹具上；分离端（或称之为脱落端）可通过电磁分离或机械分离的方法与固定端分开。两部分均有出线孔与控制部分进行电连接，分离端上有拉环可与线缆相连实现拉力分离。
2
6
1
4
3
5

图4-3 分离脱落电连接器前视图
1.分离端 2.固定端安装块 3.固定端 4.固定端出线口 5.分离端出线口 6.拉环
4.12 固定端夹具
1
如上文提到，固定端通过安装孔固定在夹具上，而夹具安装在底板安装块上。可根据不同的连接器选择不同的夹具。
2

图4-4 固定端夹具三维图
1.安装孔一 2.安装孔二
其中，安装孔一用于夹具与分离脱落电连接器的固定，安装孔二用于夹具与底座夹具安装块的固定。
4.1.3 分离端保护机构
实验时，分离端从固定端脱落下来，若无保护机构，脱落端将直接掉落至系统底座，对系统以及连接器本身都会造成较大的冲击力，随之而来产生一些问题。因此，需要设计一个分离端保护机构，分离后对冲力进行缓冲，以达到保护底座及电连接器的目的。此机构名称定为：弧形缓冲罩。

图4-5 弧形缓冲罩三维示意图
采用弹性材料制作而成，下端固定在装置底座。机械分离时线缆与分离脱落电连接器角度有一定范围，因此右端开孔以供机械分线缆通过。

4.2 压力加载模块
压力加载模块包括：推压力计，推压力计夹具，力大小调节机构，直线导轨及滑块，夹具组合，固定悬臂梁。

图4-6 压力加载模块整体三维示意图
4.2.1 压力加载感应装置：推压力计
力指示器和压力加载器需要实现：负荷加载最大200N，并且能够自主控制随时显示，自动记录,可选用量程大于200N的推拉力计，较多种类可供选择，如NK系列推拉力计，SKN系列推拉力计，SL系列推拉力计，SN指针式系列推拉力计,HP