谈谈连接器电接触可靠性设计

2022年5月10日产品开发评论9761字数 1235阅读模式

前文我们研究了 汽车连接器的主要失效模式介绍 ,本文线束工程师之家网将对连接器电接触可靠性设计作更加详细的探讨。

连接器电接触可靠性设计重点是以下参数的设计:接触电阻、插拔力、接触正压力。

接触电阻设计

依据电接触理论,接触电阻R= RC + Rf + Rp,式中:

Rp—为导体电阻,它是端子和引出线的奥姆电阻之和,其大小决定于端子和引出线所选 用的材料、截面形状及长度尺寸。

RC—集中电阻,当两个端子彼此接触时,其表面不可能完整地接触,微观上是点与点 的接触。当电流由一个接触件流向另一个接触件时,电流线就受到收缩而产生阻力,因而产生的电阻就称为收缩电阻。

Rf—膜层电阻,它是接触件表面上的粘着膜、表面晦暗膜及薄膜所产生的电阻。

接触电阻的影响因素:材料本身的特性,接触压力、生产工艺能力等。

谈谈连接器电接触可靠性设计

端子材料选用

下表为典型金属的电阻率

谈谈连接器电接触可靠性设计

下表为铜合金的性能

谈谈连接器电接触可靠性设计

选用高导电率或低电阻率的端子材料(黄铜的导电率约为 13﹪,磷青铜导电率约为 26﹪,铍铜可大达 40﹪),是降低接触电阻最有效的方法。

端子材料选择的基本要求:

  • 导电性-高导电率、低电阻率,降低接触电阻;
  • 延展性-有助于端子成型;
  • 硬度-提高机械 磨损能力及增大接触面积,减小接触电阻;
  • 降伏強度-屈服强度,在机械与材料科学的定义是材料开始产生塑性变形(永久变形)的应力值,在弹性范围内有大的位移;
  • 弹性模数-较高的弹性模数表面膜容易破坏,有利于降低表面膜接触电阻,较低的弹性模数则可增大弹性变形的接触面积;
  • 应力松弛-端子长时间受力或高温,抗拒负载能力仍能维持;
  • 硬度(Hardness)-減少端子金属的磨損。

接触件插拔力设计

在影响接触电阻的因素中,接触压力的影响最大,但接触压力一般是无法测量的。

接触件在插入和拔出时为克服弹性接触产生的阻力所需要的力,称为接触件插入力和 拔出力,根据胡克定律,当接触压力越大,为克服弹性接触产生的阻力所需要的力也 越大,也就是插拔力越大,因此从某种意义上来说插拔力就是在弹性接触件正压力作 用下,接触件间产生的摩擦力。

谈谈连接器电接触可靠性设计

插拔力在一定区间变化时,接触电阻的变化较明显,除此之外的区域,接触电阻的 变化相对钝化,即使插拔力增加很多,接触电阻也并未明显减小 。从经济性角度考虑, 超过一定限度,再要求通过增大插拔力来减小接触电阻,没有实际意义 。所以,为减小接触电阻,不应仅从插拔力去考虑。

接触件的接触压力

接触压力是彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力,影响着电接触性能,由于机械或环境应力而使正压力减少,会引起接触电阻的增加,若超出规定值将引起电路失效。

在连接器 smart化的趋势下,接触压力的设计必須非常精准。

保持力太大的缺点:

(1)增加端子插入力,易造成端子变形;

(2)增加housing 內应力,易造成housing 变形。

保持力太小的缺点:

(1)接触压力不夠,造成接触电阻大,接触不良;

(2)端子易松脱。

下图为接触压力与接触电阻的变化分析

谈谈连接器电接触可靠性设计

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