汽車插接器端子和護(hù)套配合彈性結(jié)構(gòu)分析

王武軍，王冠軍，張獻(xiàn)軍

(河南天海電器有限公司，河南鶴壁458030)

0 前言

汽車電線束是對汽車進(jìn)行電信號控制的載體，有汽車神經(jīng)之稱，而插接器用于汽車電路各連接點(diǎn)的連接，其質(zhì)量好壞，直接影響電力或信號的傳遞，因此，汽車用電線束插接器［1］是汽車上的重要零部件之一。汽車用電線束插接器的研發(fā)也越來越得到汽車制造企業(yè)及連接器供應(yīng)商的重視。

汽車插接器的電氣連接元件端子依靠塑料外殼護(hù)套進(jìn)行固持和定位。一般是通過彈性結(jié)構(gòu)的彈性變形，實(shí)現(xiàn)端子和護(hù)套的裝配，裝配到位后彈性結(jié)構(gòu)還原實(shí)現(xiàn)護(hù)套對端子的定位。文中分析了端子和護(hù)套配合常見彈性結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料選擇、優(yōu)缺點(diǎn)等。

1 端子和護(hù)套配合彈性結(jié)構(gòu)的作用和分類

汽車用插接器的主要功能是實(shí)現(xiàn)電氣連接［2］，因此，一對相互配合的端子(公端子和母端子)是插接器的核心部件。而固定并保護(hù)端子的一對護(hù)套(公護(hù)套和母護(hù)套)也是插接器的重要組成部分。在實(shí)際使用時(shí)，公端子和母端子在線束生產(chǎn)時(shí)首先裝配進(jìn)入自己的適配護(hù)套，最后在汽車裝配生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)插接器(裝配有端子的公護(hù)套和母護(hù)套)的對接。因此，端子和護(hù)套配合問題的關(guān)鍵是采用合適的彈性結(jié)構(gòu)，保證在端子裝配進(jìn)入護(hù)套時(shí)，彈性結(jié)構(gòu)變形，以實(shí)現(xiàn)端子的順利裝配。端子裝配進(jìn)入護(hù)套后彈性結(jié)構(gòu)還原，以實(shí)現(xiàn)護(hù)套對端子的有效定位。

端子和護(hù)套配合彈性結(jié)構(gòu)分為端子彈性結(jié)構(gòu)和護(hù)套彈性結(jié)構(gòu)。不同的結(jié)構(gòu)對端子和護(hù)套的材料有不同的要求。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按插接器的使用環(huán)境、通電條件、環(huán)境等因素綜合考慮［3］，選擇合適的結(jié)構(gòu)和材料。

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 端子彈性結(jié)構(gòu)

端子上采用彈性結(jié)構(gòu)是指將端子和護(hù)套裝配所需要的彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在端子上，在端子和護(hù)套裝配過程中，通過設(shè)計(jì)在端子上的彈性結(jié)構(gòu)受力變形，實(shí)現(xiàn)端子和護(hù)套的裝配。在端子和護(hù)套裝配到位后，設(shè)計(jì)在端子上的彈性結(jié)構(gòu)由于受力解除而恢復(fù)為原始狀態(tài)。該彈性結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)在護(hù)套上的掛臺結(jié)構(gòu)的配合，保證護(hù)套對端子的有效定位，如圖1 所示。

采用此種結(jié)構(gòu)時(shí)，端子裝入護(hù)套后彈性結(jié)構(gòu)復(fù)位性能差，造成端子在護(hù)套內(nèi)定位的可靠性降低。根據(jù)使用情況的要求，通常會采用兩種方法來提高端子在護(hù)套內(nèi)定位的可靠性:一是增加二次定位結(jié)構(gòu)(如圖1 所示);二是端子采用雙層材料結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部使用導(dǎo)電性能相對較好的材料以保證電器連接部分具有良好的導(dǎo)電性能，外部使用彈性好的材料以保證彈性結(jié)構(gòu)裝配完成后能恢復(fù)至原始狀態(tài)，實(shí)踐中有很多是兩種方式混合使用的情況(如圖2 所示)。

2.2 護(hù)套彈性結(jié)構(gòu)

護(hù)套上采用彈性結(jié)構(gòu)是指將端子和護(hù)套裝配所需要的彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在護(hù)套上，在端子和護(hù)套裝配過程中，通過設(shè)計(jì)在護(hù)套上的彈性結(jié)構(gòu)受力變形，實(shí)現(xiàn)端子和護(hù)套的裝配。在端子和護(hù)套裝配到位后，設(shè)計(jì)在護(hù)套上的彈性結(jié)構(gòu)由于受力解除而恢復(fù)至原始狀態(tài)。該彈性結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)在端子上的掛臺結(jié)構(gòu)的配合，保證護(hù)套對端子的有效定位(如圖3 所示)。

采用此種結(jié)構(gòu)時(shí)，端子裝入護(hù)套后，彈性結(jié)構(gòu)一般復(fù)位性能良好。但護(hù)套韌性不好時(shí)，彈性結(jié)構(gòu)易斷裂。韌性過剩時(shí)會使強(qiáng)度降低，端子在護(hù)套中的保持力降低從而造成端子易從護(hù)套中分離出來，成為汽車電路的隱患。為解決此問題，除了護(hù)套設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體使用情況，兼顧韌性和強(qiáng)度選擇合適的塑料材料外，通常也會采用二次定位結(jié)構(gòu)，以提高安全系數(shù)。圖3 所示的二次定位機(jī)構(gòu)是專用于護(hù)套上采用彈性結(jié)構(gòu)的一種常見結(jié)構(gòu)，圖2 所示的二次定位機(jī)構(gòu)是護(hù)套上采用彈性結(jié)構(gòu)的情況和端子上采用彈性結(jié)構(gòu)的情況均可使用的一種常見結(jié)構(gòu)。

3 材料選擇

3.1 端子材料選擇

汽車插接器端子常用材料有:紫銅、黃銅、青銅。根據(jù)它們的硬度情況又可分為軟、半硬、硬三種狀態(tài)［4］。這三種材料中，紫銅應(yīng)用較少，一般用于接地孔式或叉式接頭等。黃銅和青銅應(yīng)用較多。黃銅的導(dǎo)電性能比青銅好，而青銅的硬度和彈性比黃銅好。

選擇端子材料時(shí)首先要考慮實(shí)現(xiàn)電力或信號傳輸?shù)哪芰?，即材料的?dǎo)電率。對于電力傳輸來說，選擇高導(dǎo)電率的材料可以避免產(chǎn)生大量焦?fàn)枱?，對于信號傳輸來說，選擇高導(dǎo)電率的材料可以減少電路中的電壓損耗。

對于端子彈性結(jié)構(gòu)來說，由于彈性結(jié)構(gòu)要求在端子和護(hù)套裝配過程中產(chǎn)生變形，而在裝配完成后復(fù)位，所以，要求彈性結(jié)構(gòu)的材料具有彈性好的特點(diǎn)。當(dāng)端子使用單一材料時(shí)，其復(fù)位性能可滿足彈性結(jié)構(gòu)要求，導(dǎo)電率可滿足電力或信號傳輸要求。例如，QSn6.5 -0.1 是一種較常用于此種結(jié)構(gòu)的材料，可兼顧導(dǎo)電性和彈性要求。當(dāng)端子使用雙層材料時(shí)，內(nèi)部電力或信號傳輸部分材料主要滿足導(dǎo)電率要求，例如H65。外部彈性結(jié)構(gòu)部分主要滿足復(fù)位性能要求，例如1Cr18Ni9。

對于護(hù)套彈性結(jié)構(gòu)來說，端子材料主要滿足導(dǎo)電率的要求即可。如果考慮彈性的話，主要是從端子所要求的正向力角度考慮選擇具有一定彈性的材料。

3.2 護(hù)套材料選擇

汽車插接器護(hù)套常用材料有:聚酰胺(俗稱尼龍)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、ABS 等［5］。

選擇護(hù)套材料時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)護(hù)套的主要作用，即對端子的固定和保護(hù)作用，而考慮護(hù)套材料的絕緣性能、機(jī)械性能、耐腐蝕性能等。常用的護(hù)套材料一般絕緣性能均可滿足使用要求，耐腐蝕性能則要根據(jù)插接器的使用環(huán)境進(jìn)行選擇。

護(hù)套材料的機(jī)械性能主要考慮其韌性和強(qiáng)度。對于護(hù)套彈性結(jié)構(gòu)來說，護(hù)套材料的選擇應(yīng)充分考慮彈性結(jié)構(gòu)對材料的彈性要求。一般尼龍材料容易滿足此要求。但尼龍材料由于水敏感性高的缺點(diǎn)，限制了該材料的選用。當(dāng)環(huán)境要求不敏感性低的材料時(shí)，可選擇高韌性PBT。

對于端子彈性結(jié)構(gòu)來說，護(hù)套材料對彈性的要求較低，一般只考慮耐腐蝕性和絕緣性，機(jī)械性能方面能保證端子在護(hù)套中的保持力即可。此種結(jié)構(gòu)選擇PBT 材料具有更多的優(yōu)點(diǎn)。ABS 材料一般也可滿足要求。

4 優(yōu)缺點(diǎn)分析

端子彈性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是護(hù)套結(jié)構(gòu)簡單，護(hù)套材料可選擇成本較低的材料，一般可選擇PBT、ABS 等，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是彈性結(jié)構(gòu)的可靠性低導(dǎo)致護(hù)套對端子固定的可靠性低。當(dāng)該結(jié)構(gòu)采用雙層材料端子時(shí)，可靠性大大提高，但端子成本也大大提高。

護(hù)套彈性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是護(hù)套對端子固定的可靠性高，端子材料的選用主要考慮其導(dǎo)電性能即可。缺點(diǎn)是護(hù)套材料選擇時(shí)必須考慮韌性要求，使材料選擇受限。

5 結(jié)束語

端子彈性結(jié)構(gòu)和護(hù)套彈性結(jié)構(gòu)是汽車用插接器端子和護(hù)套配合的兩種常見彈性結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)對插接器的導(dǎo)電性能要求及使用環(huán)境要求，結(jié)合護(hù)套材料和端子材料的現(xiàn)狀，選擇合適彈性結(jié)構(gòu)，保證所設(shè)計(jì)的插接器能滿足機(jī)械性能、電性能和環(huán)境性能的要求。

【1】全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.QC/T417 -2001 車用電線束插接器［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2001.

【2】SAE/USCAR-2 Revision 5 November 2007:Performance Specification for Automotive Electrical Connector Systems［S］.

【3】李小平.汽車線束和連接器可靠性設(shè)計(jì)及工藝流程研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2007.

【4】嚴(yán)智勇. 基于CAE 技術(shù)的連接器端子沖壓分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］.模具制造，2010(7):1 -5.

【5】倪桂林.汽車連接器設(shè)計(jì)及其發(fā)展探討［J］. 機(jī)電元件，2005(1):40 -44.