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乘用车线束设计的可靠性浅析
来源:汽车电器  作者:佚名  2018-02-09 09:22:43

    2 回路连接的可靠性分析
    线束回路连接方式主要包括连接器对接、压接、焊接、机械连接几种形式。线束与设备之间、线束与线束之间通常采用连接器对接的形式。导线与端子之间一般采用压接的连接形式,也有采用焊接的。导线与导线之间的连接常采用压接、超声波焊接的连接形式。线束搭铁点一般采用机械连接的形式,如螺栓与焊接螺母、自攻螺钉等连接形式。这些连接形式保证了电源与用电设备之间,相关用电设备之间的电连接。因此回路连接的可靠性与线束产品的可靠性息息相关,在线束设计过程中就需要考虑提高回路连接的可靠性。多根导线之间的连接,超声波焊接比压接更可靠,因为超声波焊接产生的电阻比端子压接要小得多,基本零电阻。导线与端子之间的压接,在获得较小的压接电阻的同时也要提高压接处的抗拉伸强度。采用连接器对接的连接形式,也需要保证对接处的压接电阻要尽量小,同时保证对接端子间的有效连接。连接器是连接线束与线束、线束与用电设备的重要窗口,是完成车辆电连接的核心组成零件。因此,连接器对接的可靠性是电气系统可靠性的不容忽视的一部分。本节主要论述回路连接中的连接器对接这一方面。连接器对接的可靠性的理论基础是电接触理论。

    2.1电接触理论
      电接触理论由下面几个部分组成:接触电阻和接触表面膜层电阻、摩擦与磨损、弹性零件设计、接触表面镀层研究、微振动对接触可靠性的影响.
      1)当电流通过接触件接口时,在导电斑点处会有大量集中电流,引起导电斑点附近的电流发生收缩,称为  “收缩电阻”,用Rc表示。若电流通过导电斑点时有含有极薄的准金属接触电子通过薄膜,则会遇到另一种附加电阻,称为“膜层电阻”,用凡表示。则接触电阻Rk可用公式
 (4)表达
                      Rk=Rc+R f(4)
    2)连接器中公端子和母端子之间的摩擦和摩损会导致接触表面粗糙、变形,还会附有热量产生,最终会导致端子接触不良。
    3)为提高端子的耐蚀性,增强导电性,大多数端子都要进行电镀。电镀分为贵金属电镀和非贵金属电镀。前者是指贵金属覆盖在端子底层表面,底层通常为镍。金是最理想的电镀材料,但成本很高,一般用在要求高可靠性的场合中。与贵金属电镀不同,非贵金属电镀的端子表面形成了表面膜层,非贵金属表面处理为镀锡、镀银和镀镍3种。锡是最常用的,银对高电流有优越性,镍只限应用于高温场合。
    对接端子之间的接触电阻越小,回路连接上消耗的压降就越小,电压就能够更好地匹配到用电设备上,以保证电气设备稳定可靠地工作。端子接触不良,就会形成较大的接触电阻,降低电气系统的可靠性。
    2.2减小对接端子间接触电阻的几点方法
    由2.1节可知,减小对接端子间的接触电阻能够提高连接器对接的可靠性,进而提升回路连接的可靠性。由公式(4)可知,接触电阻由收缩电阻Rc和膜层电阻Rf组成。减小接触电阻可以从减小这两部分电阻着手。
    1)在端子生产制造过程中,提高端子表面粗糙度,可以减小收缩电阻和膜层电阻。端子接触表面越光滑,在触头的名义接触面积内,多呈面接触,实际载流面积增大,从而减少收缩电阻。但是粗糙的触头表面凹凸不平,增大了与外界环境的接触面积,会吸附周围灰尘及颗粒,造成触点腐蚀、被氧化、被污染,从而增大膜层电阻,进而导致接触电阻不稳定,降低回路连接的可靠性。
    2)将端子表面处理使膜层变薄,减小膜层电阻。如提高端子表面清洁度,采用酸洗除油措施。
    3)端子润滑。对于不同的端子表面处理,润滑的作用是不同的。一般来说,对于贵金属表面处理,端子润滑是用来降低摩擦系数,提高连接器的寿命。对于镀锡的端子,端子润滑能够通过形成“封闭层”阻止或延缓环境对接触界面的接触,而提供环境的隔离,防止摩擦腐蚀。
      除此之外,使用高导电率端子材料,选择较大截面积的端子,也可以减小端子对接的接触电阻。
    2.3从选择合适的连接器及端子方面提高回路连接的可靠性
      为提高连接器对接的可靠性,在线束设计过程中,选择连接器、端子时要注意以下方面。
      1)根据端子的使用情况,选择合适的端子。选择端子材料时,要考虑端子的插拔寿命要求、在温度湿度及振动条件下的负荷要求以及在恶劣环境下的工作要求。在一些关键连接部位,选择镀金的端子提高连接的稳定性和可靠性;根据通过回路电流的大小选择不同线径的导线,匹配不同的端子,使压接更稳定。
      2)从使用可靠的角度出发,选择合适的连接器。根据连接器使用环境和性能要求选择连接器材料、固定方式、密封性能等;考虑连接电路的类型和数量,选择孔位数量和大小合适的连接器;根据装配情况,选择尺寸及结构合适的连接器。如圆形连接器受气候和机械因素的影响比矩形连接器小,并且机械磨损较小,所以尽可能地选择圆形连接器。
    3)选用连接器时,应考虑设备的工作条件。这是因为连接器的总负载电流和最大工作电流往往是根据周围环境的最高温度条件下和长期工作时所允许的热量来确定。同时,为降低连接器的工作温度,应充分考虑连接器的散热条件。
    4)当连接器处于腐蚀性气、液体环境中时,应注意尽可能从侧面水平安装。当连接器需要垂直安装时,应防止液体顺着导线流入插接件,需要使用防水型插接件。

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