肖尚晨
苏州华旃航天电器有限公司
摘要：射频连接器的装配需要保证外导体与内导体轴线的同轴度，传统的做法是利用各零件间的配合定位保证同轴度。部分产品在高性能和安装空间的制约下，只能采用超短定位距离，导致零件间配合定位不足，装配时同轴度合格率较低。本文介绍了一类适用于高性能产品的同轴装配工装设计思路，给该类工装设计提供参考。
关键词：射频同轴、同轴度、导向机构
1同轴度的重要性
对于射频同轴产品，需要重点保证各零件间的同轴度。
根据射频传输原理，传输线传输行波时，某截面上的特性阻抗
其中，D 为外导体内径； d为内导体外径；ε为导体间绝缘介质的相对介电常数。
当不同轴发生时，等效结构中对应的D/d发生变化，或者是等效结构中的的相对介电常数ε发生改变，最终结果是某截面上的特性阻抗发生改变。电磁波在传输过程中，由于特性阻抗的不匹配，一部分电磁波的能量会被反射回来，影响传输。阻抗不匹配越明显，反射越严重，即电压驻波比和插损越大。
同时，装配同轴度出现较大偏差的时候，会存在对接干涉。如，公母互配的连接器因同轴度不良，对接时会出现针/孔内导体端面硬干涉，从而产生退针、弯针等不良，最终影响信号的传输。
因此，保证产品装配过程的同轴，对射频同轴产品有重要意义。
2常见的工装
目前常用的压配工装，主要是平模压配。具体方法为：产品各零件零件预装完成，两端分别使用一个适应产品端面特征的平模，采用手动/气压/液压/电动等不同形式提供机械压力，驱动两端平模挤压零件配合至需求尺寸。
采用平模压配形式，对各个零件没有外在的约束，产品装配后的同轴度的主要靠零件间的相互配合。不同产品的不同零件间，同轴配合的导向特征、配合长度、材料强度等存在明显差异，因此装配后的同轴度合格率和一致性无法完全保证。其中配合长度影响最大，零件直径与配合长度比越小，装配后零件件轴线偏离的情况越容易发生。其次是零件强度，射频同轴产品常用的聚四氟乙烯介质表现突出，聚四氟乙烯较软易变型，部分涉及加热装配的产品，装配过程中，聚四氟乙烯受热变形导致同轴度变化巨大，出现大量不良。
3改进思路
产品出现同轴不良的主要原因有：零件自身的配合长度不足，零件本身强度问题带来的变形。工装的改进主要思路是采用可能的外在辅助结构来规避这两个不良根因。
零件导向不足，我们就给相应零件增加额外的导向机构；零件的强度不够，易变型，就设计辅助机构，抑制或矫正零件的变形。按此思路，我们重新设计工装，增加外部辅助机构，保证各零件在装配过程中的任意位置都是轴线重合的，这样装配出来的产品同轴度就能满足要求。
最终改进的方向聚焦在导向机构的设计。为了达到高精度的同轴装配，就需要设计选用高精度的导向机构。常见的导向机构有两类，第一类是自制件，如车制导向柱、铣削槽等；第二类是标准件，如导柱-直线轴承、直线导轨等。
1、导向柱结构
孔轴配合导向，保证运动过程中轨迹不变。其精度完全取决于加工的精度，加工导向柱弯曲则影响装配轨迹，表面粗糙则影响工装使用寿命。
2、槽结构
专业刀具加工的槽结构精度可以满足高精度的定向运动，需要针对性的加工，加工成本高。
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3、导柱-直线轴承
导向性能好，摩擦力小，竖直使用，市场有各种规格的标准件，使用维护方便。
4、直线导轨
导向性能优异，摩擦力小，水平使用可以承载一定的载荷，也可以竖直使用，市场有各种规格的标准件，使用维护方便。
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实际工装设计中，优先选用导柱-直线轴承、直线导轨等标准件。在工装外形尺寸、内部结构、操作空间等条件限制下，没有适合的标准件，则使用导向柱及槽结构来提升工装导向性。
4应用实例
基于以上思路，选用合适的高精度导向机构，然后根据各个产品的具体外形，在导向机构上增加相应的定位结构，两个工装改进实例如下。
1、如图3左图，两个零件压配，零件1和零件2采用直纹过盈压配连接，采用简单平模压配时，压配段自身导向长度不足，同时零件属于长轴件，压配后两个零件有30%以上的不良，零件轴线夹角超过5°。对压配工装改进，采用直线导轨提供唯一的运动路径，长轴零件固定在定位机构内，沿着导向机构提供的唯一运动路径压配连接，改进后的产品无不良产生。
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图3 工装改进实例
2、如图3右图，某产品装配，保证零件1与零件2同轴度。采用简单平模压配时，装配后有20%的产品同轴度不良，主要是聚四氟乙烯的介质变形导致。使用导柱-直线轴承的改进工装，零件1压入零件2运动轨迹唯一不变且轴线重合，聚四氟乙烯介质体卡入仿型结构内，零件的变形得到抑制，改进后无不良品产生。
以上工装改进应用实例中，加入高精度的导向机构，和普通压配工装相比，产品合格率有巨大提升。
5小结
射频同轴产品，在装配过程中需要保证同轴度的场合极多，本文所介绍的高精度同轴度工装设计思路有一定的推广价值，为产品提升品质给出了有效的改进方向，有较好的实用性。
参考文献
[1] 杨可桢等，机械设计基础，高等教育出版社，2010
[2] 吴昌林等，机械设计，华中科技大学出版社，2011
[3] 米思米自动化零件选型手册2015-2016