【摘要】汽车连接器作为主导汽车线束电流和信号传输的纽带，连接器间的传输可靠性直接决定电流和信号的传输效果。文章从影响连接器对配的因素入手，分类介绍不同因素对连接器对配的影响，为连接器设计和选型提供参考。
伴随着汽车行业的快速发展， 人们对汽车各项功能的安全性和可靠性要求不断提升。汽车连接器作为连接车身线束的纽带， 汽车连接器安全性和可靠性也愈加广泛引起了人们的关注。本文在此背景下， 通过对连接器使用过程中的跟踪反馈排查， 发现连接器的对配问题属于较为常见的使用问题， 该问题主要体现为连接器间对配困难。结合人机工程的要求， 并依据连接器设计行业标准QC/T1067.1—2017规定， 无特殊要求的前提下， 连接器的结合力要求控制在75N以下。影响连接器对配结合力的因素有很多， 例如护套间的配合间隙过小、端子中心偏移、其它附件的干涉等。
端子是组成连接器的关键部件， 承载着连接器电流和信号传输的主体责任。为实现连接器传输的可靠性， 在插头端子和插座端子的接触部位， 需要插座端子的弹片给插头端子提供足够的正压力， 以确保可靠的电流和信号传输。
在插头端子和插座端子的对配过程中， 插座端子弹片正压力、接触面的粗糙度会直接影响端子的插入力。换言之， 插头端子和插座端子间的插拔力主要由摩擦力的大小和方向决定。而对于多线连接器而言， 由于端子数量较多， 总体端子的插入力对结合力的影响尤为显著。影响连接器端子插拔力的因素大致分为以下几种。
1） 端子表面粗糙度。连接器的插拔力也可以认为是插头端子和插座端子之间的摩擦力。根据摩擦力计算公式f = μ × Fn （Fn正压力， μ动摩擦因数） 可知， 摩擦力的大小与接触面之间的正压力和摩擦系数有直接关系。影响接触件摩擦系数的因素包括接触件材料、表面粗糙度、表面处理情况等。
所以， 在产品选型过程中， 对于有镀层的产品， 应尽量减少生产过程对产品镀层的破坏， 同时严格控制产品外观的品质， 避免产品接触部位毛刺、油污等外观缺陷， 从而实现端子稳定可靠的插拔力。
2） 插头与插座过盈量大， 插座端子间隙小。插头厚度尺寸L1和插座间隙尺寸L在设计上属于过盈配合， 以此实现插头端子和插座端子间足够的正压力， 满足电流和信号传输效果的可靠性。而过度的过配合结构（L1＞L）， 会导致插头端子头部受到更大的插座端子弹片的正压力， 根据摩擦力的计算公式：f = μ × Fn， 正压力Fn的增加会直接导致端子插入力升高。另外，插座端子自身材料的弹性模量是影响正压力的关键指标， 这也是同种结构的青铜和黄铜的端子插拔力并不完全一致的原因。端子间隙示意图如图1所示。
3） 插头端子头部导向结构、倒角处毛边。为实现连接器插头端子和插座端子的顺利对配， 插头端子在头部一般都会设计相应的导向结构， 以提高端子对配初始阶段的舒适性。如果插头端子的导向结构过小或者导向处有明显毛边（图2）， 无法实现端子间可靠的对配导向， 就可能出现插头端子和插座端子对配干涉问题， 造成连接器的对配困难。
造成空护套结合力大的主要原因有：①插头护套和插座护套之间因设计或者后期生产过程变差而导致的配合处尺寸超差，引起装配干涉；②插头和插座安装配合部位的头部缺少导向结构， 导致连接器对插不顺畅；③防水型连接器密封圈过盈量过大。为实现连接器密封的要求， 插座护套尺寸M要大于插头护套中密封圈尺寸N， 也就是要求一定的过盈量， 而随着过盈量的增加， 由此产生的装配阻力也会增加， 故而密封圈过盈量也不易过大。连接器密封结构如图3所示。
所以连接器在满足产品基本性能的同时， 也要关注产品的装配可靠性。避免连接器配合尺寸干涉问题， 同时要在对配结构前端设置有导向结构， 密封圈的过盈量在满足必要的防水性能前提下，应尽量减小密封圈的厚度， 以减少连接器对配困难问题的发生。
多线连接器一般指连接器孔位在12线以上的产品， 该类连接器因为端子较多， 端子自身产生的插入力已经超过或者接近行业标准规定的75N指标， 如果单纯地降低端子插入力会影响端子的电接触， 产生更为严重的后果。故对于该种类型的连接器， 在连接器设计时一般会根据产品的使用部位和操作空间要求， 采用相应的助力结构， 以达到减小连接器结合力的目的。
常见的助力结构有螺纹助力、轨道助力以及螺栓助力。而对于一些市场上早期开发的连接器， 鉴于之前对于人机工程考虑不够完善， 有些多线连接器在设计之初无助力结构， 从而导致无法满足目前的标准和使用要求， 而对于无助力结构产品， 也会随着市场的更新换代， 逐渐被新型助力结构产品所取代。连接器助力结构如图4所示。
端子安装进护套后， 端子与护套之间属于间隙配合以满足装配端子的需要。但如果端子与护套间隙过大， 特别对于插座端子而言， 就会出现端子的漏铜问题， 连接器对配过程中会存在插头端子与插座端子漏铜部位干涉的风险， 影响与插头端子的对配。如图5所示。
对于插头端子与护套配合， 它们之间的配合间隙要求就更为严格， 因为插头端子插头部位距离定位箱体位置的距离较长， 插头端子与护套的配合间隙对插头部位位置度影响就更为明显。所以， 在满足端子正常装配需要的前提下， 应尽量减小插头端子与护套的配合间隙，从而减少连接器对配问题的发生。插头端子与护套配合如图6所示。
连接器的对配中心要满足插头端子和插座端子对配后， 2种端子不应该受到相互影响的侧向力。特别是对于背靠背形式的连接器， 设计过程一定要确认实际的对配中心，护套孔开口中心未必与实际对配中心重合， 这点务必要注意。对配中心和护套开口中心如图7所示。
连接器对配响声是一种检验连接器对配到位的探测方式， QC/T 1067.1—2017规定， 连接器对插到位产生的声音等级应高于环境声音， 潮湿前7dB， 潮湿后5dB。而有些产品在连接器对配到位后， 仍旧无法产生符合标准要求的声响， 不利于操作人员对安装效果的判断， 也属于造成装配困难的因素之一。出现这种失效模式的主要原因有连接器的选材韧性过高、连接器挂接位置窜动方向间隙过小等。
影响连接器对配的因素还包括：连接器缺少防错结构， 错误装配；对配过程缺少舒适的手持部位；端面密封的连接器密封压缩量过大。对端面密封示意如图8所示。
综上所述， 影响连接器对配的因素主要来源为端子插拔力、连接器对配对插中心一致性以及密封件密封量的影响等。影响连接器对配的因素是一个复杂的交互影响， 要从多方面进行预防， 所以在连接器设计和选型时， 要充分评估材料选择的合理性， 对产品结构进行力学分析， 并利用尺寸链计算， 确保产品在极限状态下满足对配的要求， 同时结合人机工程的要求， 使产品不仅要能用， 还应该要好用。 |
