車(chē)用電線束插接器端子退件分析

王武軍，高志軍，曹 榮，霍亞菲

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

車(chē)用電線束插接器［1］用于汽車(chē)電路各連接點(diǎn)的連接，是汽車(chē)上的重要零件，其品質(zhì)好壞直接影響到電力或信號(hào)的傳輸效果。插接器在汽車(chē)中占的成本比例很小，但在汽車(chē)使用中若出現(xiàn)品質(zhì)問(wèn)題，往往產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，且維修成本大幅增加，因此，插接器的品質(zhì)越來(lái)越得到汽車(chē)制造商及零部件供應(yīng)商的重視。

端子退件是車(chē)用電線束插接器比較常見(jiàn)的一種失效形式，是指插接器完成裝配后，端子與護(hù)套非正常分離，從而使插接器功能喪失。此種失效形式的形成原因一般包括3個(gè)方面：①端子在護(hù)套中的保持力不合格；②對(duì)插干涉；③產(chǎn)品應(yīng)用問(wèn)題。本文根據(jù)這3個(gè)方面的原因?qū)Σ褰悠鞫俗油思M(jìn)行分析并提出解決方案。

1 端子在護(hù)套中的保持力不合格

端子在護(hù)套中的保持力是指沿軸向使端子與護(hù)套分離所需的力。為避免出現(xiàn)端子退件的現(xiàn)象，插接器的性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)端子在護(hù)套中的保持力做了嚴(yán)格規(guī)定：①規(guī)格不大于2.8的插接器保持力大于40N；②規(guī)格大于2.8的插接器保持力大于60N。實(shí)踐中很多端子退件現(xiàn)象的產(chǎn)生都是因?yàn)楸３至Σ粷M(mǎn)足規(guī)定造成的。一般來(lái)說(shuō)，端子在護(hù)套中的保持力不合格的原因有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題；材料選擇問(wèn)題。

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

涉及到端子保持力方面的插接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題主要是指端子和護(hù)套的掛接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種掛接結(jié)構(gòu)一般是一種彈性結(jié)構(gòu)，分為護(hù)套上采用彈性結(jié)構(gòu)和端子上采用彈性結(jié)構(gòu)［2］。

1.1.1 護(hù)套上采用彈性結(jié)構(gòu)

護(hù)套彈性結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。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(guò)程中，通過(guò)護(hù)套彈舌 （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，護(hù)套彈舌由于受力解除而恢復(fù)至原始狀態(tài)。該護(hù)套彈舌和設(shè)計(jì)在端子上的掛臺(tái)結(jié)構(gòu)的配合，保證護(hù)套對(duì)端子的有效定位。護(hù)套彈舌的剪切強(qiáng)度決定了端子在護(hù)套中的保持力。剪應(yīng)力計(jì)算公式如下

式中：τ——材料所受的剪應(yīng)力；F——材料剪切方向受力；A——剪切面積；［τ］——材料的許用屈服剪應(yīng)力。

由公式 （1）可知：材料剪切方向承受的最大力與材料的剪切面積成正比，與材料的許用剪應(yīng)力成正比。護(hù)套彈舌設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)材料選定后，材料的許用屈服剪應(yīng)力即固定不變，要保證產(chǎn)品滿(mǎn)足端子在護(hù)套中的保持力 （剪切方向受力）要求，需保證護(hù)套彈舌的剪切面積滿(mǎn)足要求值。實(shí)踐中由于考慮到端子和護(hù)套的設(shè)計(jì)間隙，因此剪切面積應(yīng)按極限惡劣情況計(jì)算。端子和護(hù)套的設(shè)計(jì)間隙應(yīng)能保證在極限惡劣情況下計(jì)算出的剪切面積所能承受的屈服剪應(yīng)力大于要求的端子在護(hù)套中的保持力。

1.1.2 端子上采用彈性結(jié)構(gòu)

端子彈性結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。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(guò)程中，通過(guò)端子彈舌 （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，端子彈舌由于受力解除而恢復(fù)為原始狀態(tài)。該端子彈舌和設(shè)計(jì)在護(hù)套上的掛臺(tái)結(jié)構(gòu)的配合，保證護(hù)套對(duì)端子的有效定位。端子彈舌的屈服強(qiáng)度決定了端子在護(hù)套中的保持力。由公式 （1）可知：端子彈舌設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)材料選定后，材料的許用剪應(yīng)力即固定不變，要保證產(chǎn)品滿(mǎn)足端子在護(hù)套中的保持力 （剪切方向受力）要求，需保證端子彈舌的剪切面積滿(mǎn)足要求值。實(shí)踐中由于考慮到端子和護(hù)套的設(shè)計(jì)間隙，除考慮端子彈舌的剪切面積 （材料厚度和彈舌寬度）外，應(yīng)保證極限惡劣情況下，端子彈舌與設(shè)計(jì)在護(hù)套上的掛臺(tái)結(jié)構(gòu)具有完整的配合。

1.2 材料選擇問(wèn)題

1.2.1 護(hù)套材料選擇

插接器護(hù)套常用材料有：聚酰胺 （俗稱(chēng)尼龍）、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯 （PBT）、 ABS等［3］。 對(duì)于護(hù)套彈舌結(jié)構(gòu)，一般主要考慮材料的韌性，根據(jù)滿(mǎn)足韌性要求的材料的許用屈服剪應(yīng)力設(shè)計(jì)彈舌結(jié)構(gòu)的尺寸。需要強(qiáng)調(diào)的是，材料的許用屈服剪應(yīng)力應(yīng)按材料經(jīng)受插接器可能存在的高溫老化、溫度-濕度循環(huán)、化學(xué)液體腐蝕等試驗(yàn)后的允許值計(jì)算。如果按試驗(yàn)后的許用屈服剪應(yīng)力值設(shè)計(jì)彈舌結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足要求，則應(yīng)考慮更換材料或使用二次鎖結(jié)構(gòu) （圖2）來(lái)解決。當(dāng)插接器初始保持力正常，試驗(yàn)后保持力不合格出現(xiàn)退件時(shí)，一般是因?yàn)榘词褂貌牧系某跏荚S用屈服剪應(yīng)力設(shè)計(jì)了彈舌結(jié)構(gòu)造成的。

1.2.2 端子材料選擇

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3種狀態(tài)［4］。這3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。當(dāng)使用端子彈舌結(jié)構(gòu)時(shí)，一般應(yīng)使用青銅。使用黃銅材料經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)保持力不足的現(xiàn)象。

2 端子對(duì)插干涉

端子對(duì)插干涉是指插接器的公端和母端在對(duì)插過(guò)程中，由于公端子插入母端子非有效區(qū)域，從而使插接器出現(xiàn)端子退件等功能喪失現(xiàn)象的失效形式。一般來(lái)說(shuō)，端子對(duì)插干涉的原因有：①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題；②端子插拔力問(wèn)題。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

涉及到端子對(duì)插干涉的插接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題主要有：插接器的中心距設(shè)計(jì)問(wèn)題 （包括尺寸錯(cuò)誤或公差過(guò)大等）、端子和護(hù)套配合間隙設(shè)計(jì)問(wèn)題 （包括間隙過(guò)大或過(guò)?。┑?。當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題時(shí)會(huì)出現(xiàn)插接器對(duì)插過(guò)程中公端子和母端子不對(duì)中，這種不對(duì)中出現(xiàn)在x方向時(shí) （圖3），會(huì)出現(xiàn)公端子頂在面B的頂部或面C上，程度較輕時(shí)會(huì)造成插接器插拔力偏大，程度嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成插接器插接過(guò)程出現(xiàn)端子退件。這種不對(duì)中出現(xiàn)在y方向時(shí) （圖4），會(huì)出現(xiàn)不應(yīng)該的母端子露出部分，公端子易頂在母端子露出部分，程度較輕時(shí)會(huì)造成插接器插拔力偏大，程度嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成插接器插接過(guò)程出現(xiàn)端子退件。

例如，某汽車(chē)廠總裝車(chē)間發(fā)動(dòng)機(jī)艙熔斷絲盒與線束對(duì)插裝配過(guò)程中，曾經(jīng)出現(xiàn)線束端插接器端子頻繁退件且插入力較大，退件發(fā)生比率為15%，插入力大發(fā)生比例為全部。經(jīng)對(duì)問(wèn)題件分析，發(fā)現(xiàn)由于與線束端對(duì)插的相應(yīng)熔斷絲盒結(jié)構(gòu)中心距設(shè)計(jì)問(wèn)題，造成對(duì)插過(guò)程中公端子和母端子不對(duì)中，從而造成線束端插接器與熔斷絲盒裝配過(guò)程中插入力較大且線束端插接器端子部分退件。對(duì)熔斷絲盒相應(yīng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)后，該問(wèn)題得以解決。

2.2 端子插拔力問(wèn)題

由于裝配性能的要求，插接器端子插拔力應(yīng)越小越好，而過(guò)小的插拔力將使插接器的接觸電阻增大，導(dǎo)電能力降低。因此，合適的端子插拔力是在保證插接器電性能的前提下滿(mǎn)足插接器裝配性能的要求。為提高端子的導(dǎo)電能力，實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)端子的插拔力被加大，一般情況下，這會(huì)導(dǎo)致裝配困難。而當(dāng)端子插拔力大于端子在護(hù)套中的保持力時(shí)，則可能導(dǎo)致插接器對(duì)插過(guò)程中的端子退件。

3 產(chǎn)品應(yīng)用問(wèn)題

涉及到插接器端子退件的產(chǎn)品應(yīng)用問(wèn)題，主要是指在線束生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的可能造成端子退件的問(wèn)題。一般包括端子壓接問(wèn)題和端子裝配問(wèn)題。

“香蕉”端子是端子壓接過(guò)程常出現(xiàn)的問(wèn)題。是指由于不當(dāng)壓接導(dǎo)致的端子過(guò)度彎曲，使端子的接合區(qū)和壓接區(qū)的中心線不平行 ， 見(jiàn) 圖5。 過(guò)度彎曲的程度較輕時(shí)會(huì)造成插接器的插拔力增大，影響裝配性能；程度嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致插接器對(duì)插過(guò)程中公端子無(wú)法插入母端子的有效插入?yún)^(qū)域，從而造成端子退件。例如，某汽車(chē)廠總裝車(chē)間后尾燈與線束對(duì)插裝配過(guò)程中，曾經(jīng)出現(xiàn)線束端插接器端子頻繁退件，發(fā)生比率為20%，經(jīng)對(duì)問(wèn)題件分析，發(fā)現(xiàn)由于端子的不當(dāng)壓接，出現(xiàn)部分端子過(guò)度彎曲（香蕉端子），從而造成線束端插接器與后尾燈裝配過(guò)程中線束端插接器端子退件。對(duì)端子壓接調(diào)整后，該問(wèn)題得以解決。

端子彈舌的扭曲、變形也是端子壓接過(guò)程常出現(xiàn)的問(wèn)題。扭曲、變形的程度嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致端子在護(hù)套中的保持力降低，并有可能導(dǎo)致插接器對(duì)插過(guò)程中端子退件。

端子和護(hù)套的裝配過(guò)程一般有 “一插二聽(tīng)三回拉”的要求。如果沒(méi)有按此要求裝配，則可能出現(xiàn)端子裝配不到位等缺陷，也會(huì)造成端子對(duì)插過(guò)程或線束半成品在生產(chǎn)線流通過(guò)程的端子退件。

4 結(jié)論

插接器端子退件的原因包括3個(gè)方面：①端子在護(hù)套中的保持力不合格——一般是設(shè)計(jì)原因、制造原因或使用材料的原因造成的；②對(duì)插干涉——一般是設(shè)計(jì)原因或制造原因造成的；③產(chǎn)品應(yīng)用問(wèn)題——主要是在產(chǎn)品使用過(guò)程中不合適的使用方法造成的。實(shí)際使用時(shí)，如果出現(xiàn)端子退件的情況，應(yīng)先分析形成問(wèn)題的原因，有針對(duì)性地加以解決。

［1］ QC／T417—2001， 車(chē)用電線束插接器［S］.

［2］王武軍，王冠軍，張獻(xiàn)軍．汽車(chē)插接器端子和護(hù)套配合彈性結(jié)構(gòu)分析［J］．汽車(chē)零部件，2009（3）：82-84.

［3］王武軍，王冠軍，張獻(xiàn)軍．車(chē)用電線束插接器的絕緣性能及測(cè)試分析［J］．汽車(chē)與配件，2012（27）：44-45.

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