汽車連接器TPA的設計和應用分類

王延濤，郭曉明，王勇攀，陳 磊，王 奇

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

汽車連接器是插頭或插座端子安裝在護套內的組合件，通過電線附件在汽車內起到導電或者聯通信號的零部件［1］。一般由插頭 （插座）端子、插頭（插座）護套和卡子及其他附件組成。端子在護套中的保持力一般是由端子和護套通過相互配合的掛接結構得到保證。TPA即是Terminal Position Assurance，中文意思是端子位置保證，起到鎖緊端子和增強端子在護套中保持力的作用，防止端子在外界拉力的作用下脫出造成線路斷電。很多人習慣把起到TPA作用的卡子稱為TPA，筆者認為可以稱為TPA卡子。常見的TPA二次自鎖示意圖如圖1所示。

TPA是連接器中卡子對端子的二次保護和限位，也稱為二次自鎖結構［1-2］。應用在環境比較惡劣或者要求拉脫力更大的情況下。

目前，汽車連接器TYCO、DELPHI等國外公司處在遙遙領先位置，TPA作為連接器中的一個重要功能，理所應當受到重視。TPA分為有預裝位的TPA和沒有預裝位的TPA。設計時有專門的機械性能標準， USCAR TPA的機械性能標準［3］見參考文獻［3］。

國內QC／T417也有相關規定，盡管沒有國外標準高，但是設計人員設計時都要特別留意TPA插入力和拔出力的范圍。超出這個范圍，可能就會出現安裝困難或者TPA卡子易過位等現象。

本文對目前汽車連接器設計中常用到的TPA設計和應用做了總結，并針對各自特點進行優缺點分析。從端子和卡子裝配的先后順序角度對TPA卡子進行分類。

1 無預裝位TPA卡子

無預裝位，即是卡子沒有預裝位置，不事先裝好。護套和卡子的發貨狀態是單獨發貨，在線束廠進行裝配。根據裝入方式可進行二級分類。

1）側裝式 即端子裝入護套后，卡子從側面裝入護套，端子箱體會被卡子阻擋。圖2為端子在護套中的裝配示意圖，圖3為TPA卡子和護套的裝配示意圖，圖4為TPA卡子裝入后兩個方向的剖視圖。

優點：限制端子位置精確，彈舌失效前，端子的保持力大。缺點：側面裝入卡子，要在護套側面開槽，模具上要增加側抽機構，會增加模具設計和制造難度，腔數一定程度被減少，經濟性低。

2）后裝式 即端子裝入護套后，卡子從進線口方向裝入護套，端子尾部或者其他附件 （如密封堵）會被卡子擋住。圖5為端子和護套裝配示意圖，圖6為卡子和護套裝配示意圖，圖7為卡子作用位置示意圖。

優點：對護套結構要求不高，不會因為此種卡子的引入而增加護套的結構復雜性和制造成本。缺點：因為卡子上下串動量大，對增強端子的保持力作用有限。

3）上裝式 即卡子從彈舌頂部方向裝入護套并能限制彈舌的后移，通過阻止彈舌變形實現對端子位置的二次鎖定。圖8為上裝式端子和TPA卡子裝配示意圖。

優點：和后裝式一樣，不會增加護套的結構復雜性和制造成本，能夠保證端子的掛接量，除非彈舌被切掉，一定程度上能夠增加端子在護套中的保持力。缺點：端子失效模式是 “彈舌被切掉”，那么卡子就不再起作用，增加保持力的作用有限。

4）鉸鏈式 通過注塑成型的鉸鏈將卡子和護套本體成型為一個整體的TPA結構。如圖9、圖10所示。

此種結構是新型的后裝式結構，卡子和護套做成一體，具備后裝式的優缺點。優點：卡子和護套做成一體，節省模具費用，一般無側抽結構，制造成本不高。缺點：卡子穿線方向竄動量稍大，定位不夠準確；卡子和護套主體連接的鉸鏈不易成型，實際生產過程中容易出現裂紋、低溫脆斷等情況。環境惡劣或者環境試驗要求高的地方建議不使用此種結構。

2 帶TPA預裝位

把卡子和護套預先裝在一起，在線束廠裝入端子，然后再把卡子鎖到最終位置。根據裝入方式分為側裝和上裝式。

1）側裝式 從側面將卡子裝入護套預裝位置，然后裝入端子線束，最后將卡子裝到終鎖位置。如圖11～圖14所示。

優點：裝配精確，端子保持力較大，裝線時裝配卡子工序簡單，節省物流費用。缺點：護套側面開槽增加模具設計制造難度和復雜性；容易出現卡子易過位或卡子在運輸中脫出情況。

2）上裝式 從彈舌上端方向，卡子預先裝到某個位置，再裝入端子，最后將卡子裝到位，鎖緊端子。如圖15、圖16所示。

優點：不會增加護套結構復雜性和模具難度，略增加保持力。缺點：增加保持力作用有限，容易出現卡子易過位或卡子和護套總成在運輸中脫出情況。

3 彈性TPA卡子和非彈性TPA卡子

TPA是通過卡子和護套的相互作用來確保端子的位置和保持力。根據卡子和護套作用的結構彈性與否，可分為彈性TPA卡子和非彈性TPA卡子。如圖17、圖18所示。

非彈性TPA卡子只是利用硬掛臺和護套硬突臺實現掛接，故在使用過程中容易遭到破壞而失效，出現卡子易過位情況。非彈性的卡子一次使用后將被廢棄。

彈性TPA卡子利用具有彈性的掛鉤和護套突臺掛接，結構柔性好，不易遭到破壞，在使用維修時更加方便，能重復使用，但是制造成本略高。適合于帶有預裝位的TPA結構。

綜上所述，在設計連接器時，要考慮到應用場合和要求，選擇合適類型的TPA結構。針對以上論述進行小結：①相比于不帶預裝位的TPA，帶預裝位的TPA設計節省物流成本，在客戶現場安裝，快捷節省工時；但是制造經濟成本相對較高。②同種條件下，制造成本比較：帶預裝位TPA，側裝式＞上裝式／后裝式；不帶預裝位TPA，側裝式＞上裝式／后裝式＞鉸鏈式；彈性TPA＞非彈性TPA。③同種條件下，有效端子保持力比較：側裝式＞后裝式＞鉸鏈式＞上裝式。④相比于非彈性TPA，彈性TPA結構柔性好不易被破壞，推薦適合用在帶有預裝位的結構。

4 結束語

本文結合目前連接器設計中常用到的TPA結構進行了分類總結，并分析各自的優缺點，為業內同行在進行連接器設計時提供了一些參考。連接器TPA結構不限于上述舉例，通過組合設計可以開發出各種創新型TPA結構。

［1］張文建，王永安，梁明海，等.二次自鎖結構在電器連接中的應用［J］.汽車電器， 2011 （12）：26-28.

［2］QC／T 417.1—2001， 車用電線束插接件標準［S］.

［3］SAE／USCAR-2 PERFORMANCE SPE——CIFICATION FOR AUTOMOTIVE ELECTRICAL CON NECTOR SYSTEMS［S］.