2 反向应力衰减
公端子前端插入到母端子缝隙内时,母端子的弹簧片被挤压发生形变后产生反向应力(图3)。一般认为,母端子弹簧片上的凸起与公端子接触部分为接触面,而接触负载集中在母端子凸起部位。所以在研究规避端子接触反向应力的衰减时,主要是研究如何减少母端子的接触负载所产生的方向应力的衰减。
接触负载与端子接触电阻密切相关,通过不同接触负载下的瞬断测试(图4)可以发现:当端子接触负载只有11时,其接触电阻超过10MΩ,且波动较大;而在接触负载为10N时,接触电阻仅为0.1mΩ,且阻值更稳定。表明:端子间接触负载越大,接触电阻越稳定,因此越易获得可靠的连接性能。
接触负载增大有利于端子接触电阻的稳定,过大地提高接触电阻在使用初期可以获得良好的接触性能,但对端子长期的使用性能来说并不可取:①公、母端子接触时接触负载过大,会加剧对电镀表层的磨损,而镀层磨损后底层铜材氧化导致接触电阻迅速上升(②由于母端子不同的弹簧片形状,其形变量与反向应力特性也随之变化(图5),在考虑制造公差的前提下,端子间接触负载增加应确保母端子的形变量尽可能控制在弹性形变区域内,使其具有较高接触负载的同时,还能维持长期的连接稳定性。
常规的公、母端子接触多为单触点接触,从端子接触电阻与端子触点的关系来看,触点的总电阻R总可按照各触点电阻Ri并联关系来计算,触点数量个数越多,电阻越小。各触点电阻并联关系公式如下
触点增多带来的另一个优势便是将反向应力衰减的失效概率降低。通过实际应用,发现双触点或多触点的设计理念是提高线束端子连接可靠性的有效手段。TE 8触点的端子结构设计如图6所示。
尽管金属材料的应力衰减是其本生的固有特性、不可逆,但不同材质的端子在不同温度下的耐应力衰减性能却大不相同。通过对各种材质在不同温度下通电3000h后能保持至少70%应力的测试对比(图7)发现:行业内使用最为普遍的黄铜(0268)材质,其对应的温度在80℃及以下,表明黄铜材质的端子,要保持稳定的可靠连接,其使用温度应不高于80℃,而磷青铜(0519)材质的端子则可适用于12.5℃以下的温度。
在实际故障问题的排查中,端子反向应力的衰减往往伴随着端子簧片间隙的变化,可以借助影像测量仪对端子簧片的间隙及受损情况进行检查,见表4。