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汽車連接器用于實(shí)現(xiàn)汽車電信號(hào)的傳輸和控制，線束和線束之間以及線束電氣設(shè)備之間電連接的基礎(chǔ)原件，起連接和斷開電力的作用。汽車連接器導(dǎo)體接觸件的可靠接觸、可靠的電氣絕緣性能、可靠的機(jī)械連接，保證汽車電信號(hào)的可靠傳遞和部件的有效控制。

1、汽車連接器的主要失效模式

現(xiàn)場(chǎng)使用及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，汽車連接器的失效模式有電接觸失效、絕緣失效、機(jī)械聯(lián)結(jié)失效及其他失效模式，各失效模式占比見圖1。

圖1 連接器失效模式占比圖

汽車連接器失效模式特征見表1

表1 連接器失效模式特征

2、汽車連接器的故障樹分析

使用故障樹分析法對(duì)汽車連接器失效模式進(jìn)行分析，汽車連接器的故障樹分析見圖2。

3、汽車連接器的失效原因分析及可靠性設(shè)計(jì)

3.1電接觸失效

3.1.1失效原因分析

（1）電接觸壓力不足。

連接器通過插針和插孔接觸導(dǎo)電，插孔為彈性元件，其質(zhì)量?jī)?yōu)優(yōu)劣對(duì)電連接的可靠性至關(guān)重要，插針插入插孔插孔產(chǎn)生彈性變形，進(jìn)而對(duì)插針產(chǎn)生接觸壓力，接觸壓力的不穩(wěn)定或減小會(huì)影響接觸電阻的不穩(wěn)定，在一定的振動(dòng)、沖擊應(yīng)力作用下，彈性原件發(fā)生產(chǎn)生恢復(fù)性彈性變形，振動(dòng)、沖擊應(yīng)力足夠大，作用時(shí)間足夠長(zhǎng)，就會(huì)造成瞬斷故障。插針插孔長(zhǎng)期受作用力和反作用力，插孔彈性元件逐漸產(chǎn)生永久行變形，出現(xiàn)應(yīng)力疲勞松弛現(xiàn)象，尤其在接觸點(diǎn)及環(huán)境溫度的作用下，插孔會(huì)出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，接觸壓力減小，接觸電阻增大。

（2）接觸磨損。

插拔磨損：汽車連接器插合分開時(shí)，插針與插孔之間在一定的接觸壓力作用下，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，在摩擦過程中，會(huì)出現(xiàn)接觸表面的光潔度損傷，幾何形狀改變、擦傷、粘連、 產(chǎn)生磨屑，材料轉(zhuǎn)移等，同時(shí)還伴隨有熱量產(chǎn)生。隨著插拔次數(shù)的增加，插針插孔的表面鍍層金屬被磨損，露出基底金屬，在周圍環(huán)境作用下產(chǎn)生腐蝕，形成接觸不良。接觸對(duì)表面磨損的程度與接觸壓力的大小，接觸摩擦部位表面光潔度，接觸對(duì)表面鍍層品種、 硬度、質(zhì)量、接觸對(duì)導(dǎo)向部位圓角是否光滑以及插孔接觸部位幾何形狀等因素有關(guān)。在 接觸壓力大，插針頭部及插孔內(nèi)孔口部圓角連接差，接觸部位粗糙度高，鍍層材料硬度 低，鍍層質(zhì)量差的情況下，接觸對(duì)磨損更為嚴(yán)重。連接器的插拔壽命也低，接觸穩(wěn)定性也差。

微動(dòng)磨損：微振是發(fā)生在兩個(gè)具有小幅振動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)表面的磨損現(xiàn)象，其振幅為 1—100um，主要是溫度循環(huán)引起的熱脹冷縮和背景的振動(dòng)，汽車連接器因其工作工況中，振動(dòng)及熱沖擊同時(shí)存在，因此微動(dòng)頻繁發(fā)生。例如電連接器按照5℃／h波動(dòng)，循環(huán)20次，插針(黃銅制造)的熱膨脹系數(shù)為2x10^-5/℃，插針長(zhǎng)度為 5mm，則其微振幅度可達(dá)5um。試驗(yàn)表明，這種微振達(dá)到數(shù)百萬(wàn)次以后，就有可能嚴(yán)重影響電接觸的可靠性。比如汽車運(yùn)行5h，振動(dòng)頻率 1000Hz，相當(dāng)于產(chǎn)生1800萬(wàn)次的微振。

美國(guó)的MichealBryant于1994年提出了下述微振失效模型，將失效劃分了7個(gè)階段。

（1）潔凈的微觀突起的接觸；

（2）微振運(yùn)動(dòng)使微觀突起接觸暴露于銹蝕作用之下，形成銹蝕膜層；

（3）微振的反向運(yùn)動(dòng)刮削膜層，一部分落入“谷”中，同時(shí)有一部分壓入接觸

部分；

（4）一步的微振再次將接觸部分暴露于銹蝕作用之下；

（5）微振運(yùn)動(dòng)使微觀突起產(chǎn)生塑性變形，使銹蝕膜層碎裂，并使碎末與突起的

金屬混合：

（6）微觀突起逐漸被銹蝕物污染，接觸電阻增加；

（7）最后銹蝕碎末填滿“谷”中，在兩接觸表面之間形成厚度至少為20nm的絕緣層，連接完全失效。

相比較而言，電子連接器在低電壓、小電流的工作場(chǎng)合，微動(dòng)過程中接觸表面上的絕緣，物質(zhì)的危害較大，而在大功率電力電路中，絕緣物可能由于電沖擊而被去除，對(duì)電路的影響。

微振失效模型圖見圖3

電接觸可靠性設(shè)計(jì)

連接器電接觸可靠性設(shè)計(jì)重點(diǎn)是以下參數(shù)的設(shè)計(jì)：接觸電阻、插拔力、接觸正壓力。

接觸電阻設(shè)計(jì)

依據(jù)電接觸理論，接觸電阻R= RC + Rf + Rp,式中：

Rp—為導(dǎo)體電阻，它是端子和引出線的奧姆電阻之和,其大小決定于端子和引出線所選 用的材料、截面形狀及長(zhǎng)度尺寸。

RC—集中電阻，當(dāng)兩個(gè)端子彼此接觸時(shí),其表面不可能完整地接觸，微觀上是點(diǎn)與點(diǎn) 的接觸。當(dāng)電流由一個(gè)接觸件流向另一個(gè)接觸件時(shí)，電流線就受到收縮而產(chǎn)生阻力，因而產(chǎn)生的電阻就稱為收縮電阻。

Rf—膜層電阻，它是接觸件表面上的粘著膜、表面晦暗膜及薄膜所產(chǎn)生的電阻。

接觸電阻的影響因素：材料本身的特性，接觸壓力、生產(chǎn)工藝能力等。

端子材料選用

下表為典型金屬的電阻率

下表為銅合金的性能

選用高導(dǎo)電率或低電阻率的端子材料（黃銅的導(dǎo)電率約為 13﹪,磷青銅導(dǎo)電率約為 26﹪，鈹銅可大達(dá) 40﹪）,是降低接觸電阻最有效的方法。

端子材料選擇的基本要求：

導(dǎo)電性－高導(dǎo)電率、低電阻率，降低接觸電阻；

延展性-有助于端子成型；

硬度-提高機(jī)械 磨損能力及增大接觸面積，減小接觸電阻；

降伏強(qiáng)度-屈服強(qiáng)度，在機(jī)械與材料科學(xué)的定義是材料開始產(chǎn)生塑性變形(永久變形)的應(yīng)力值，在彈性范圍內(nèi)有大的位移；

彈性模數(shù)-較高的彈性模數(shù)表面膜容易破壞，有利于降低表面膜接觸電阻，較低的彈性模數(shù)則可增大彈性變形的接觸面積；

應(yīng)力松弛-端子長(zhǎng)時(shí)間受力或高溫，抗拒負(fù)載能力仍能維持；

硬度(Hardness)－減少端子金屬的磨損。

接觸件插拔力設(shè)計(jì)

在影響接觸電阻的因素中，接觸壓力的影響最大，但接觸壓力一般是無(wú)法測(cè)量的。

接觸件在插入和拔出時(shí)為克服彈性接觸產(chǎn)生的阻力所需要的力，稱為接觸件插入力和 拔出力，根據(jù)胡克定律，當(dāng)接觸壓力越大，為克服彈性接觸產(chǎn)生的阻力所需要的力也 越大，也就是插拔力越大，因此從某種意義上來說插拔力就是在彈性接觸件正壓力作 用下，接觸件間產(chǎn)生的摩擦力。

插拔力在一定區(qū)間變化時(shí)，接觸電阻的變化較明顯，除此之外的區(qū)域，接觸電阻的 變化相對(duì)鈍化，即使插拔力增加很多，接觸電阻也并未明顯減小 。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮， 超過一定限度，再要求通過增大插拔力來減小接觸電阻，沒有實(shí)際意義 。所以，為減小接觸電阻，不應(yīng)僅從插拔力去考慮。

接觸件的接觸壓力

接觸壓力是彼此接觸的表面產(chǎn)生并垂直于接觸表面的力，影響著電接觸性能，

由于機(jī)械或環(huán)境應(yīng)力而使正壓力減少， 會(huì)引起接觸電阻的增加，若超出規(guī)定值將引起電路失效。

在連接器 smart化的趨勢(shì)下，接觸壓力的設(shè)計(jì)必須非常精準(zhǔn)。

保持力太大的缺點(diǎn)：

(1)增加端子插入力，易造成端子變形；

(2)增加housing 內(nèi)應(yīng)力，易造成housing 變形。

保持力太小的缺點(diǎn)：

(1)接觸壓力不夠，造成接觸電阻大，接觸不良；

(2)端子易松脫。

下圖為接觸壓力與接觸電阻的變化分析