汽車插接器端子和護套配合彈性結構分析

王武軍，王冠軍，張獻軍

(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行電信號控制的載體，有汽車神經之稱，而插接器用于汽車電路各連接點的連接，其質量好壞，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也越來越得到汽車制造企業及連接器供應商的重視。

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。一般是通過彈性結構的彈性變形，實現端子和護套的裝配，裝配到位后彈性結構還原實現護套對端子的定位。文中分析了端子和護套配合常見彈性結構的結構特點、材料選擇、優缺點等。

1 端子和護套配合彈性結構的作用和分類

汽車用插接器的主要功能是實現電氣連接［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時首先裝配進入自己的適配護套，最后在汽車裝配生產線上實現插接器(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鍵是采用合適的彈性結構，保證在端子裝配進入護套時，彈性結構變形，以實現端子的順利裝配。端子裝配進入護套后彈性結構還原，以實現護套對端子的有效定位。

端子和護套配合彈性結構分為端子彈性結構和護套彈性結構。不同的結構對端子和護套的材料有不同的要求。設計時應按插接器的使用環境、通電條件、環境等因素綜合考慮［3］，選擇合適的結構和材料。

2 結構分析

2.1 端子彈性結構

端子上采用彈性結構是指將端子和護套裝配所需要的彈性結構設計在端子上，在端子和護套裝配過程中，通過設計在端子上的彈性結構受力變形，實現端子和護套的裝配。在端子和護套裝配到位后，設計在端子上的彈性結構由于受力解除而恢復為原始狀態。該彈性結構和設計在護套上的掛臺結構的配合，保證護套對端子的有效定位，如圖1 所示。

采用此種結構時，端子裝入護套后彈性結構復位性能差，造成端子在護套內定位的可靠性降低。根據使用情況的要求，通常會采用兩種方法來提高端子在護套內定位的可靠性:一是增加二次定位結構(如圖1 所示);二是端子采用雙層材料結構，即內部使用導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電性能，外部使用彈性好的材料以保證彈性結構裝配完成后能恢復至原始狀態，實踐中有很多是兩種方式混合使用的情況(如圖2 所示)。

2.2 護套彈性結構

護套上采用彈性結構是指將端子和護套裝配所需要的彈性結構設計在護套上，在端子和護套裝配過程中，通過設計在護套上的彈性結構受力變形，實現端子和護套的裝配。在端子和護套裝配到位后，設計在護套上的彈性結構由于受力解除而恢復至原始狀態。該彈性結構和設計在端子上的掛臺結構的配合，保證護套對端子的有效定位(如圖3 所示)。

采用此種結構時，端子裝入護套后，彈性結構一般復位性能良好。但護套韌性不好時，彈性結構易斷裂。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，除了護套設計時要根據具體使用情況，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構，以提高安全系數。圖3 所示的二次定位機構是專用于護套上采用彈性結構的一種常見結構，圖2 所示的二次定位機構是護套上采用彈性結構的情況和端子上采用彈性結構的情況均可使用的一種常見結構。

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。根據它們的硬度情況又可分為軟、半硬、硬三種狀態［4］。這三種材料中，紫銅應用較少，一般用于接地孔式或叉式接頭等。黃銅和青銅應用較多。黃銅的導電性能比青銅好，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電力或信號傳輸的能力，即材料的導電率。對于電力傳輸來說，選擇高導電率的材料可以避免產生大量焦爾熱，對于信號傳輸來說，選擇高導電率的材料可以減少電路中的電壓損耗。

對于端子彈性結構來說，由于彈性結構要求在端子和護套裝配過程中產生變形，而在裝配完成后復位，所以，要求彈性結構的材料具有彈性好的特點。當端子使用單一材料時，其復位性能可滿足彈性結構要求，導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構的材料，可兼顧導電性和彈性要求。當端子使用雙層材料時，內部電力或信號傳輸部分材料主要滿足導電率要求，例如H65。外部彈性結構部分主要滿足復位性能要求，例如1Cr18Ni9。

對于護套彈性結構來說，端子材料主要滿足導電率的要求即可。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 護套材料選擇

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，一般應根據護套的主要作用，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插接器的使用環境進行選擇。

護套材料的機械性能主要考慮其韌性和強度。對于護套彈性結構來說，護套材料的選擇應充分考慮彈性結構對材料的彈性要求。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。當環境要求不敏感性低的材料時，可選擇高韌性PBT。

對于端子彈性結構來說，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。此種結構選擇PBT 材料具有更多的優點。ABS 材料一般也可滿足要求。

4 優缺點分析

端子彈性結構的優點是護套結構簡單，護套材料可選擇成本較低的材料，一般可選擇PBT、ABS 等，對環境的適應性強。缺點是彈性結構的可靠性低導致護套對端子固定的可靠性低。當該結構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。

護套彈性結構的優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。

5 結束語

端子彈性結構和護套彈性結構是汽車用插接器端子和護套配合的兩種常見彈性結構，設計時應根據對插接器的導電性能要求及使用環境要求，結合護套材料和端子材料的現狀，選擇合適彈性結構，保證所設計的插接器能滿足機械性能、電性能和環境性能的要求。

【1】全國汽車標準化技術委員會.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計及工藝流程研究［D］.上海:上海交通大學，2007.

【4】嚴智勇. 基于CAE 技術的連接器端子沖壓分析與設計優化［J］.模具制造，2010(7):1 -5.

【5】倪桂林.汽車連接器設計及其發展探討［J］. 機電元件，2005(1):40 -44.