王武軍,王冠軍,張獻軍
(河南天海電器有限公司,河南鶴壁458030)
汽車電線束是對汽車進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套進行固持和定位。一般是通過彈性結(jié)構(gòu)的彈性變形,實現(xiàn)端子和護套的裝配,裝配到位后彈性結(jié)構(gòu)還原實現(xiàn)護套對端子的定位。文中分析了端子和護套配合常見彈性結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、材料選擇、優(yōu)缺點等。
汽車用插接器的主要功能是實現(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。而固定并保護端子的一對護套(公護套和母護套)也是插接器的重要組成部分。在實際使用時,公端子和母端子在線束生產(chǎn)時首先裝配進入自己的適配護套,最后在汽車裝配生產(chǎn)線上實現(xiàn)插接器(裝配有端子的公護套和母護套)的對接。因此,端子和護套配合問題的關(guān)鍵是采用合適的彈性結(jié)構(gòu),保證在端子裝配進入護套時,彈性結(jié)構(gòu)變形,以實現(xiàn)端子的順利裝配。端子裝配進入護套后彈性結(jié)構(gòu)還原,以實現(xiàn)護套對端子的有效定位。
端子和護套配合彈性結(jié)構(gòu)分為端子彈性結(jié)構(gòu)和護套彈性結(jié)構(gòu)。不同的結(jié)構(gòu)對端子和護套的材料有不同的要求。設(shè)計時應(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。
端子上采用彈性結(jié)構(gòu)是指將端子和護套裝配所需要的彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計在端子上,在端子和護套裝配過程中,通過設(shè)計在端子上的彈性結(jié)構(gòu)受力變形,實現(xiàn)端子和護套的裝配。在端子和護套裝配到位后,設(shè)計在端子上的彈性結(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)計在護套上的掛臺結(jié)構(gòu)的配合,保證護套對端子的有效定位,如圖1 所示。
采用此種結(jié)構(gòu)時,端子裝入護套后彈性結(jié)構(gòu)復(fù)位性能差,造成端子在護套內(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),實踐中有很多是兩種方式混合使用的情況(如圖2 所示)。
護套上采用彈性結(jié)構(gòu)是指將端子和護套裝配所需要的彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計在護套上,在端子和護套裝配過程中,通過設(shè)計在護套上的彈性結(jié)構(gòu)受力變形,實現(xiàn)端子和護套的裝配。在端子和護套裝配到位后,設(shè)計在護套上的彈性結(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)計在端子上的掛臺結(jié)構(gòu)的配合,保證護套對端子的有效定位(如圖3 所示)。
采用此種結(jié)構(gòu)時,端子裝入護套后,彈性結(jié)構(gòu)一般復(fù)位性能良好。但護套韌性不好時,彈性結(jié)構(gòu)易斷裂。韌性過剩時會使強度降低,端子在護套中的保持力降低從而造成端子易從護套中分離出來,成為汽車電路的隱患。為解決此問題,除了護套設(shè)計時要根據(jù)具體使用情況,兼顧韌性和強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 所示的二次定位機構(gòu)是專用于護套上采用彈性結(jié)構(gòu)的一種常見結(jié)構(gòu),圖2 所示的二次定位機構(gòu)是護套上采用彈性結(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)。
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。
選擇端子材料時首先要考慮實現(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。當(dāng)端子使用單一材料時,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,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。
汽車插接器護套常用材料有:聚酰胺(俗稱尼龍)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、ABS 等[5]。
選擇護套材料時,一般應(yīng)根據(jù)護套的主要作用,即對端子的固定和保護作用,而考慮護套材料的絕緣性能、機械性能、耐腐蝕性能等。常用的護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)境進行選擇。
護套材料的機械性能主要考慮其韌性和強度。對于護套彈性結(jié)構(gòu)來說,護套材料的選擇應(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,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,可選擇高韌性PBT。
對于端子彈性結(jié)構(gòu)來說,護套材料對彈性的要求較低,一般只考慮耐腐蝕性和絕緣性,機械性能方面能保證端子在護套中的保持力即可。此種結(jié)構(gòu)選擇PBT 材料具有更多的優(yōu)點。ABS 材料一般也可滿足要求。
端子彈性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是護套結(jié)構(gòu)簡單,護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。缺點是彈性結(jié)構(gòu)的可靠性低導(dǎo)致護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,可靠性大大提高,但端子成本也大大提高。
護套彈性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是護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。缺點是護套材料選擇時必須考慮韌性要求,使材料選擇受限。
端子彈性結(jié)構(gòu)和護套彈性結(jié)構(gòu)是汽車用插接器端子和護套配合的兩種常見彈性結(jié)構(gòu),設(shè)計時應(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)計的插接器能滿足機械性能、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)計優(yōu)化[J].模具制造,2010(7):1 -5.
【5】倪桂林.汽車連接器設(shè)計及其發(fā)展探討[J]. 機電元件,2005(1):40 -44.