接插件密封圈破損的原因分析及改進措施

0 引言

電子連接器，即接插件。作為汽車零部件的重要組成部分，有著極大的市場需求。尤其是近階段新能源汽車的發(fā)展，對汽車接插件的產量及質量都提出了較高的要求。作為電氣連接件，汽車接插件的質量將直接影響行車安全問題。而線束接插件進水是汽車線束常見的一種故障模式，分析與改進汽車線束接插件進水故障，提高線束接插件的防水性能，提高汽車的安全性，是當前整車及其零部件供應商迫切需要攻關解決的課題

。

經過大城市的熏陶，丁柔的言談舉止都非常得體，與我閑聊了她這幾年在北京的奮斗史，大多是一些比較心酸的往事。只是她的分貝卻揚得有些高，大抵是故意想讓周橋聽見。

本文針對某水泥攪拌車接插件密封圈破損情況分析，介紹了該故障件相關查核內容以及查核結果，一方面為故障件失效形式分析提供排查思路，另一方面根據查核結果指導零部件設計。

假設：自甩負荷開始，低加及管道中的水容量 Mw的減少正比于凝結水焓差的減少，且其比值保持不變，等于甩負荷開始時的比值，即其中 iL為低壓加熱器進入除氧器開始時的凝結水溫。因此，甩負荷后τ時間的 i可由下式計算：

1 故障現象

某服務站在某月中收到市場反饋約20起車輛故障，其主要故障模式車輛無法點火。經服務站初步排查，造成該故障模式的主要原因為電控單元進水，公端接插件插針腐蝕短路；故障車輛均為某城建集團的水泥攪拌車，該故障模式會使得發(fā)動機停止運行，水泥冷凝在車輛罐體里，造成不可估量的損失，因此解決該問題迫在眉急。

2 原因分析

現場觀摩結束后，新洋豐農藝師在室內會議室，為參會人員詳細地講解茄子高產高效栽培技術要點及洋豐百倍邦套餐肥的優(yōu)勢與特點，農戶們聽后激動不已。海南荊島公司張斌經理發(fā)布鉅惠訂貨政策后，農戶們一算賬，用洋豐百倍幫套餐肥不僅茄子長勢比用進口肥更好，而且按活動政策現場訂肥，一畝地投入還要省幾十甚至上百元。

2.1 密封圈失效形式分析

接著，有學生圍出圖4，這也占2格嗎？怎么說明它也占2格？學生自然地采用了圖5的方式說明：原來，4格的一半也是2格（倍拼的方法如期而至）！

2、成分分析

黨的十八大以來，新的發(fā)展理念和生態(tài)文明觀不斷清晰，生態(tài)文明體制改革全面部署，改革四梁八柱基本建立，制度體系逐步健全，體制機制穩(wěn)步改革，中央環(huán)境保護督察在實踐中深化，霧霾污染防治攻堅戰(zhàn)不斷深入，相當多的熱點問題在社會各界的參與下得到解決。和以前相比，無論是立法，還是執(zhí)法，近年來，都是圍繞以環(huán)境質量達標和改善為目的，使大氣污染防治、水污染防治法律所確立的以環(huán)境質量管理為核心的管理模式落地。環(huán)境司法體制正在健全，環(huán)境司法制度不斷突破，環(huán)境信息公開和公眾參與持續(xù)開展，環(huán)境權力監(jiān)督和民主監(jiān)督正在見效，環(huán)境民主的機制和環(huán)境共治的機制建設在實踐中不斷深化；中央環(huán)境保護督察等制度發(fā)揮了前所未有的作用。

2.2 車輛運行工況

該類型車輛依據城市工地道路揚塵污染治理要求，在出工地前需要進行沖洗。排查此類車輛出入的工地發(fā)現，車輛出入工地時沖洗時所用的水均取自地下水，水中沒有其他添加，且水壓經廠家評估遠達不到破壞密封圈的情況，排除工地水質水壓對密封圈的影響。

2.3 密封圈材質

密封圈材質是影響密封圈性能的關鍵。該接插件所用的密封圈材料為德國WACKER公司生產的氟硅橡膠，其具有適用溫度范圍廣，良好的耐機油柴油等特點，且該材料已經成熟應用于各類接插件密封中，排除設計初期材料選取問題。

目前,我國輸電導線采用1999年頒布的GB 1179—1999《圓線同心絞架空導線》,該標準基本參照IEC相關架空線路導線標準編制的,在導線設計、制造和檢驗方面基本與國際接軌.導地線為四分裂鋼芯鋁絞線,其參數如表1所示,導線單元類型選用桿單元B31.

橡膠制品服役和存儲時在光、熱、氧、高能輻射、化學以及生物侵蝕等內外因素的綜合作用下，其化學組成和結構會發(fā)生一系列變化導致性能下降表現為老化。橡膠老化的具體現象為表面變色、噴霜、發(fā)粘、裂紋等。同時橡膠的物理機械性能降低，拉伸強度、扯斷伸長率、硬度等性能下降導致失去密封能力。本節(jié)主要從成分、密度、硬度、以及硫化程度析密封圈是否出現老化現象

。

1、密度及硬度分析

材料的化學成分及物理性質發(fā)生變化最直觀的表現是材料的密度硬度發(fā)生變化，因此通過對材料密度硬度測量可以初步了解材料物理化學性質的變化。本節(jié)分別依據ISO 1183-1-2013以及ISO48-2009對比分析了失效密封圈與新密封圈的密度和硬度，分析結果如表1，可以看出兩者在密度及硬度上沒有明顯差距。

通過對我國國有企業(yè)組織機構的了解，部分國有企業(yè)法人治理結構方面無法與現代化企業(yè)制度的要求相吻合，特別是在職位的任用上不利于企業(yè)內部管理層優(yōu)勢的充分發(fā)揮，從而造成限制了企業(yè)的全面發(fā)展。在人力資源管理上，部分國有企業(yè)并未配備專門的從事人力資源管理的工作人員，從而造成在人才選拔機制上缺乏有效的晉升機制。另外，作為國有企業(yè)的經營管理者管理理念比較滯后，很多國有企業(yè)存在“重經營、輕管理” 的理念，造成企業(yè)管理層對內部控制系統(tǒng)缺乏必要的認識。

綜上而言,對老年腦梗塞患者采取舒血寧聯合依達拉奉進行治療,可有效改善其神經缺損評分和血清CPR濃度,治療成效顯著,具有一定安全有效性,可進一步推廣采納。

3、硫化程度分析

橡膠生膠會出現在低溫狀態(tài)變硬，高溫狀態(tài)下變軟的情況，因此常常對橡膠材料進行硫化以提高其在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性；硫化，就是生膠與硫化劑在有足夠溫度或者輻射的條件下進行反應，線型的大分子鏈相互纏結進一步變成三維網狀結構，這種反應過后，橡膠的各種理化性能都會從本質上發(fā)生變化。硫化的充分程度直接影響橡膠材料在冷熱交替變化時材料的穩(wěn)定性。

本文主要借助差示掃描量熱法來檢測玻璃化轉變溫度，進而了解密封圈的硫化程度。差示掃描量熱法它是在程序溫度控制下測量物質與參比物之間單位時間的能量差(或功率差)隨溫度變化的一種技術。通過對比試樣與參比物的功率差隨溫度的變化來檢測不同溫度下分子機構變化

。在DSC熱譜圖中吸熱效應用凸起峰值來表征，放熱峰值用反向峰值表征，測量結果如圖5所示，可以看出DSC曲線上沒有明顯峰值，由此可以看出密封圈材料性質沒有發(fā)生變化，硫化沒有問題。

通過對比失效密封圈與新密封圈可以看出，失效密封圈在材質上與新件和標準材料并沒有明顯變化，可以排除材質變化造成密封圈破損的可能性。

2.4 尺寸問題

接插件密封圈工作原理是公母端配合后，依靠自身彈性變形填充和封閉公母端接插件的間隙，因此密封圈在工作是需要保證一定的壓縮率；而合理的壓縮率是保證密封圈密封性的關鍵，過大的壓縮率會使得密封圈出現擠裂或者壓潰的現象，過小的壓縮率會影響密封圈的密封圈可靠性，出現密封失效的現象；合理的壓縮率值是根據材料屬性不斷地分析驗證得來，經過廠家長期試驗驗證得出該密封圈合理的壓縮率在20%左右。結合該壓縮率探究接插件公母端尺寸設計合理性以及故障公母端長時間運行后尺寸變化。

如圖6該密封圈自然狀態(tài)下為正方形，而母端固定密封圈的凹槽為長方形，因此密封圈安裝在母端時相鄰兩邊的伸縮率是不一致的，兩側密封圈徑向收縮量不一致，安裝后密封圈長短邊壁厚不同；為了保證在公母端配合時密封圈兩側壓縮率一致，接插件在設計時公端長短邊內側與母端密封圈固定凹槽形成的密封圈安裝間隙并不一致以此來補償由于密封圈長短邊壁厚不一致的問題，具體計算過程如下：

=(

-

2

)

2

(1)

=(

-

)

2-(

3

-

2

)

2-

(2)

其中：

—密封圈伸長率計算過程，mm。

—密封圈壓縮量計算過程，mm。

—密封圈安裝位置接插件尺寸，mm。

2

—初始密封圈內輪廓尺寸，mm。

2

—安裝在母端后后密封圈內輪廓尺寸，mm。

3

—安裝在母端后密封圈外輪廓尺寸，mm。

—公端內輪廓尺寸，mm。

—安裝時安裝誤差，mm。

經過計算，首先密封圈在安裝在母端時由于長短邊的伸長率不同，密封圈寬度會有所不同；長邊伸長率為30.5%，短邊伸長率13.3%，根據密封圈廠家提供的對應關系表得知密封圈在伸長率在30～35%時徑向縮短0.35±0.05mm，伸長率在8～15%時，密封圈徑向縮短0.15±0.05mm；另外由于長短邊公母端配合間隙剛好相差0.20mm，因此根據公式②得出長短邊壓縮量一致。

根據計算接插件長短邊密封圈壓縮量相同，且壓縮率為14.12%～30.86%，符合要求。另外考慮到在車輛運行中長期冷熱循環(huán)以及振動可能會對公母端尺寸造成影響，對故障公母端接插件進行查核，采用三坐標測量儀進行測量，由測量結果可以看出故障件尺寸在合理范圍內。

2.5 裝配問題

密封圈從生產到安裝于汽車中經歷了一整套復雜的工序，但整個工序中能與密封圈接觸的工序僅有密封圈安裝于接插件的過程、線束電檢過程以及與公端配合過程。通過對各個工序排查，探究裝配過程對密封圈破損的影響。

1、接插件裝配過程。該接插件在生產中已經實現了全自動化生產，密封圈完全由機械爪裝配，機械爪采用光滑設計，裝配過程中不會對密封圈造成損傷；且在密封圈安裝完成后會有全影像設備對密封圈的狀態(tài)進行檢測，在檢測過程中如果出現密封圈安裝不到位、破損以及毛刺等現象接插件都會被當成不合格件處理，因此傳遞到線束廠家的接插件皆為合格樣件。

在排除密封圈材質變化對密封圈斷裂的影響后，為探究密封圈是否由于疲勞破壞所致，本節(jié)通過宏觀觀察以及借助掃描隧道顯微鏡對比分析。

通過圖2可以看出密封圈斷裂的截面中最先失效的部分表面粗糙，與疲勞破壞形成的條帶表面不同，可以斷定密封圈斷裂為外力所致。

2、線束電檢過程。線束在裝配完成后，會通過電檢臺對線束通斷以及接插件的氣密性進行檢測，這時各接插件會與電檢臺公端配合，密封圈會與電檢臺外輪廓接觸，因此電檢臺的尺寸以及粗糙度會對密封圈狀態(tài)造成影響。在線束廠家電檢臺尺寸及粗糙度檢測發(fā)現，電檢臺尺寸輪廓度均符合接插件公端尺寸要求，不會對密封圈質量造成影響。

通過對電控單元不同接插件對比發(fā)現，造成電控單元進水的主要原因是密封圈破損如圖1，而造成密封圈破損的原因主要從失效形式、車輛運行工況、密封圈材質、接插件尺寸、接插件裝配五個方面入手。

3、線束安裝于整車過程。工人師傅在進行線束接插件安裝時，并無規(guī)范標準，只是保證公母端對配；對裝配后接插件進行查核時沒有發(fā)現明顯密封圈斷裂的現象。在做接插件公母端對配時發(fā)現當母端在特定方向插入公端時會出現密封圈翻轉破損的情況；為驗證該情況是否為特例，本文借助Cero對公母端對配后極限位置進行仿真，借助仿真軟件對接插件公母端配合過程進行仿真

，仿真結果如圖8和圖9所示。

1、接插件配合時由于配合間隙的存在公母端之間極限傾斜角度為3.74°。

橡膠氧化、化學生物侵蝕后其材料元素會發(fā)生變化，通過對失效件與新件的對比分析探究零件是否出現氧化或者化學生物侵蝕現象。本文利用紅外光譜分析儀對密封圈成分進行分析，紅外光譜分析是利用紅外光譜對物質分子進行的分析和鑒定的一種方式

。將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜；對比失效件與新件的紅外光譜可以了解密封圈成分是否發(fā)生變化。本節(jié)通過借助紅外光譜分析儀對比失效密封圈、新密封圈與標準氟硅膠材料主成分定性分析紅外光譜譜圖如圖4所示，斷裂密封圈與失效密封圈材料上未發(fā)現差異，與設計要求一致。

2、當接插件沿該方向對配接插件時，密封圈兩側受力不同會出現密封圈翻轉，變形量較大的情況，此時密封圈的最大變形190%，嚴重超出密封圈變形量的需用范圍。

綜上所述，連接器公母端沿特定角度對配是造成密封圈破損的主要原因。

Michael Mauer:創(chuàng)新的先決條件是在現實與可能性中進行思考，所以設計師既可以發(fā)散思維，也可將思維匯聚一起；他們是非傳統(tǒng)的橫向思考者，也是有著明確目標的長遠思考者?；旧希O計師需要預知不明確的未來，并最大限度發(fā)揮自身的即興創(chuàng)作能力。在我看來，設計師即能讓工作變得理性，又能充滿感性地發(fā)揮自己所擅長的本領來進行設計。

3 改進措施

針對公母端對配傾斜角度過大而造成密封圈翻轉的問題，主要從兩個方面提出解決思路。

1、合理調整接插件公母端配合間隙。過大的配合間隙會出現公母端傾斜角度過大密封圈出現翻轉的可能；而過小的配合間隙會出現公母端配合困難，母端難以插入公端的情況；因此選擇合理的配合間隙至關重要。

2、設置密封圈防脫出結構。通過結構優(yōu)化，設置相關結構提高密封圈接插件上的穩(wěn)定性，具體解決措施如下：

適當減小公母端配合間隙，并且在接插件近密封圈位置設置相應加強筋，以此減小配合時近密封圈位置的配合間隙降低密封圈傾斜角度；設置凸筋高度為0.35mm，在理論最壞情況下，傾斜角度從原來的3.74°減小到2.64°。

4 結論

本文通過對密封圈破損原因的分析，介紹了一種分析零部件失效模式的解決思路，根據分析過程可以看出，首先對于故障件失效形式進行分析，確定故障件的失效模式后對故障件使用環(huán)境進行排查，排除環(huán)境因素后確定故障件本身問題，首先對設計初期輸入的合理性進行論證，其次對與對手件的配合尺寸選取的合理性進行分析，最后對實際裝配過程進行排查。分析思路主要為確定失效模式，探究工作環(huán)境，論證設計輸入，分析配合尺寸以及排查裝配過程，整個過程邏輯清晰循序漸進，有利于故障原因的排查。

通過對該故障件的失效原因分析，可以對于前期的設計過程提供指導：

1、在前期實驗設計時充分了解零部件的使用工況，對可能存在的問題進行評估，作為設計輸入依據，為后續(xù)設計、仿真及試驗提供依據。

2、在對零部件進行設計時，需要加強前期仿真驗證類型，對于可能遇到的各個工況進行分析，對可能遇到的問題提前評估，縮短設計優(yōu)化進程。

稅收策劃指的是是稅收和規(guī)則，是稅收減慢行為，條件是他們沒有違反現有的稅法，根據納稅義務，這樣他們就可以減少稅收的經濟行為。在稅收策劃被安排后，他可以減少企業(yè)的稅收負擔，增加公司盈余。稅收策劃是一項新經濟活動。盡管政府要求企業(yè)整個經濟活動的開展和相關法令和法規(guī),這些原則方法,無疑使企業(yè)不斷完善；此外,國家提倡和鼓勵創(chuàng)業(yè),總是有一些稅收優(yōu)惠,這就給了企業(yè)稅務策劃的可能。

3、增加實驗驗證種類與次數?？紤]不同工況可能性進行實驗，增加對失效風險的驗證。

[1]吳懷偉.汽車線束接插件進水故障分析與改進[J].汽車實用技術，2021,46(16):79-81.DOI:10.16638/j.cnki. 1671-7988.2021.016.022.

[2]蔣沙沙. 硅橡膠加速老化及失效機理研究[D].哈爾濱工業(yè)大學,2013.

[3]褚小立,史云穎,陳瀑,李敬巖,許育鵬.近五年我國近紅外光譜分析技術研究與應用進展[J].分析測試學報,2019,38(05):603-611.

[4]A Jha, A K Bhowmick. Thermal degradation and ageing behaviour of novel thermoplastic elastomeric nylon-6/acrylate rubber reactive blends[J].Polymer Degradation and Stability, 1998,62(3):575-586.

[5]J E Coons, M D McKay, M S Hamada. A Bayesian analysis of the compression set and stressestrain behavior in a thermally aged silicone foam[J]. Polymer Degradation and Stability, 2006,91(8):1824-1836.

[6]曹婷婷. 橡膠疲勞壽命的有限元分析研究[D].華南理工大學,2014.