汽车连接器的主要失效模式介绍

2022年5月10日产品开发评论1,4541字数 1498阅读模式

汽车连接器用于实现汽车电信号的传输和控制,线束和线束之间以及线束电气设备之间电连接的基础原件,起连接和断开电力的作用。本文线束工程师之家网主要介绍下连接器的主要失效模式。

汽车连接器导体接触件的可靠接触、可靠的电气绝缘性能、可靠的机械连接,保证汽车电信号的可靠传递和部件的有效控制。

汽车连接器的主要失效模式

现场使用及实验数据表明,汽车连接器的失效模式有电接触失效、绝缘失效、机械联结失效及其他失效模式,各失效模式占比见图1。

 

汽车连接器的主要失效模式介绍

图1 连接器失效模式占比

汽车连接器失效模式特征见表1

汽车连接器的主要失效模式介绍

汽车连接器的故障树分析

使用故障树分析法对汽车连接器失效模式进行分析,汽车连接器的故障树分析见图2。

汽车连接器的主要失效模式介绍

一、电接触失效原因分析

(1)电接触压力不足。

连接器通过插针和插孔接触导电,插孔为弹性元件,其质量优优劣对电连接的可靠性至关重要,插针插入插孔插孔产生弹性变形,进而对插针产生接触压力,接触压力的不稳定或减小会影响接触电阻的不稳定,在一定的振动、冲击应力作用下,弹性原件发生产生恢复性弹性变形,振动、冲击应力足够大,作用时间足够长,就会造成瞬断故障。插针插孔长期受作用力和反作用力,插孔弹性元件逐渐产生永久行变形,出现应力疲劳松弛现象,尤其在接触点及环境温度的作用下,插孔会出现蠕变现象,接触压力减小,接触电阻增大。

(2)接触磨损。

插拔磨损:汽车连接器插合分开时,插针与插孔之间在一定的接触压力作用下,由于相对运动而产生摩擦,在摩擦过程中,会出现接触表面的光洁度损伤,几何形状改变、擦伤、粘连、 产生磨屑,材料转移等,同时还伴随有热量产生。随着插拔次数的增加,插针插孔的表面镀层金属被磨损,露出基底金属,在周围环境作用下产生腐蚀,形成接触不良。接触对表面磨损的程度与接触压力的大小,接触摩擦部位表面光洁度,接触对表面镀层品种、 硬度、质量、接触对导向部位圆角是否光滑以及插孔接触部位几何形状等因素有关。在 接触压力大,插针头部及插孔内孔口部圆角连接差,接触部位粗糙度高,镀层材料硬度 低,镀层质量差的情况下,接触对磨损更为严重。连接器的插拔寿命也低,接触稳定性也差。

微动磨损:微振是发生在两个具有小幅振动的相对运动的两个表面的磨损现象,其振幅为 1—100um,主要是温度循环引起的热胀冷缩和背景的振动,汽车连接器因其工作工况中,振动及热冲击同时存在,因此微动频繁发生。例如电连接器按照5℃/h波动,循环20次,插针(黄铜制造)的热膨胀系数为2x10-5/℃,插针长度为 5mm,则其微振幅度可达5um。试验表明,这种微振达到数百万次以后,就有可能严重影响电接触的可靠性。比如汽车运行5h,振动频率 1000Hz,相当于产生1800万次的微振。

美国的MichealBryant于1994年提出了下述微振失效模型,将失效划分了7个阶段。

(1)洁净的微观突起的接触;

(2)微振运动使微观突起接触暴露于锈蚀作用之下,形成锈蚀膜层;

(3)微振的反向运动刮削膜层,一部分落入“谷”中,同时有一部分压入接触

部分;

(4)一步的微振再次将接触部分暴露于锈蚀作用之下;

(5)微振运动使微观突起产生塑性变形,使锈蚀膜层碎裂,并使碎末与突起的

金属混合:

(6)微观突起逐渐被锈蚀物污染,接触电阻增加;

(7)最后锈蚀碎末填满“谷”中,在两接触表面之间形成厚度至少为20nm的绝缘层,连接完全失效。

相比较而言,电子连接器在低电压、小电流的工作场合,微动过程中接触表面上的绝缘,物质的危害较大,而在大功率电力电路中,绝缘物可能由于电冲击而被去除,对电路的影响。

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