汽車連接器TPA的設(shè)計(jì)和應(yīng)用分類

王延濤，郭曉明，王勇攀，陳 磊，王 奇

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

汽車連接器是插頭或插座端子安裝在護(hù)套內(nèi)的組合件，通過電線附件在汽車內(nèi)起到導(dǎo)電或者聯(lián)通信號的零部件［1］。一般由插頭 （插座）端子、插頭（插座）護(hù)套和卡子及其他附件組成。端子在護(hù)套中的保持力一般是由端子和護(hù)套通過相互配合的掛接結(jié)構(gòu)得到保證。TPA即是Terminal Position Assurance，中文意思是端子位置保證，起到鎖緊端子和增強(qiáng)端子在護(hù)套中保持力的作用，防止端子在外界拉力的作用下脫出造成線路斷電。很多人習(xí)慣把起到TPA作用的卡子稱為TPA，筆者認(rèn)為可以稱為TPA卡子。常見的TPA二次自鎖示意圖如圖1所示。

TPA是連接器中卡子對端子的二次保護(hù)和限位，也稱為二次自鎖結(jié)構(gòu)［1-2］。應(yīng)用在環(huán)境比較惡劣或者要求拉脫力更大的情況下。

目前，汽車連接器TYCO、DELPHI等國外公司處在遙遙領(lǐng)先位置，TPA作為連接器中的一個重要功能，理所應(yīng)當(dāng)受到重視。TPA分為有預(yù)裝位的TPA和沒有預(yù)裝位的TPA。設(shè)計(jì)時有專門的機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)， USCAR TPA的機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)［3］見參考文獻(xiàn)［3］。

國內(nèi)QC／T417也有相關(guān)規(guī)定，盡管沒有國外標(biāo)準(zhǔn)高，但是設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時都要特別留意TPA插入力和拔出力的范圍。超出這個范圍，可能就會出現(xiàn)安裝困難或者TPA卡子易過位等現(xiàn)象。

本文對目前汽車連接器設(shè)計(jì)中常用到的TPA設(shè)計(jì)和應(yīng)用做了總結(jié)，并針對各自特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析。從端子和卡子裝配的先后順序角度對TPA卡子進(jìn)行分類。

1 無預(yù)裝位TPA卡子

無預(yù)裝位，即是卡子沒有預(yù)裝位置，不事先裝好。護(hù)套和卡子的發(fā)貨狀態(tài)是單獨(dú)發(fā)貨，在線束廠進(jìn)行裝配。根據(jù)裝入方式可進(jìn)行二級分類。

1）側(cè)裝式 即端子裝入護(hù)套后，卡子從側(cè)面裝入護(hù)套，端子箱體會被卡子阻擋。圖2為端子在護(hù)套中的裝配示意圖，圖3為TPA卡子和護(hù)套的裝配示意圖，圖4為TPA卡子裝入后兩個方向的剖視圖。

優(yōu)點(diǎn)：限制端子位置精確，彈舌失效前，端子的保持力大。缺點(diǎn)：側(cè)面裝入卡子，要在護(hù)套側(cè)面開槽，模具上要增加側(cè)抽機(jī)構(gòu)，會增加模具設(shè)計(jì)和制造難度，腔數(shù)一定程度被減少，經(jīng)濟(jì)性低。

2）后裝式 即端子裝入護(hù)套后，卡子從進(jìn)線口方向裝入護(hù)套，端子尾部或者其他附件 （如密封堵）會被卡子擋住。圖5為端子和護(hù)套裝配示意圖，圖6為卡子和護(hù)套裝配示意圖，圖7為卡子作用位置示意圖。

優(yōu)點(diǎn)：對護(hù)套結(jié)構(gòu)要求不高，不會因?yàn)榇朔N卡子的引入而增加護(hù)套的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和制造成本。缺點(diǎn)：因?yàn)榭ㄗ由舷麓畡恿看?，對增?qiáng)端子的保持力作用有限。

3）上裝式 即卡子從彈舌頂部方向裝入護(hù)套并能限制彈舌的后移，通過阻止彈舌變形實(shí)現(xiàn)對端子位置的二次鎖定。圖8為上裝式端子和TPA卡子裝配示意圖。

優(yōu)點(diǎn)：和后裝式一樣，不會增加護(hù)套的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和制造成本，能夠保證端子的掛接量，除非彈舌被切掉，一定程度上能夠增加端子在護(hù)套中的保持力。缺點(diǎn)：端子失效模式是 “彈舌被切掉”，那么卡子就不再起作用，增加保持力的作用有限。

4）鉸鏈?zhǔn)?通過注塑成型的鉸鏈將卡子和護(hù)套本體成型為一個整體的TPA結(jié)構(gòu)。如圖9、圖10所示。

此種結(jié)構(gòu)是新型的后裝式結(jié)構(gòu)，卡子和護(hù)套做成一體，具備后裝式的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：卡子和護(hù)套做成一體，節(jié)省模具費(fèi)用，一般無側(cè)抽結(jié)構(gòu)，制造成本不高。缺點(diǎn)：卡子穿線方向竄動量稍大，定位不夠準(zhǔn)確；卡子和護(hù)套主體連接的鉸鏈不易成型，實(shí)際生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)裂紋、低溫脆斷等情況。環(huán)境惡劣或者環(huán)境試驗(yàn)要求高的地方建議不使用此種結(jié)構(gòu)。

2 帶TPA預(yù)裝位

把卡子和護(hù)套預(yù)先裝在一起，在線束廠裝入端子，然后再把卡子鎖到最終位置。根據(jù)裝入方式分為側(cè)裝和上裝式。

1）側(cè)裝式 從側(cè)面將卡子裝入護(hù)套預(yù)裝位置，然后裝入端子線束，最后將卡子裝到終鎖位置。如圖11～圖14所示。

優(yōu)點(diǎn)：裝配精確，端子保持力較大，裝線時裝配卡子工序簡單，節(jié)省物流費(fèi)用。缺點(diǎn)：護(hù)套側(cè)面開槽增加模具設(shè)計(jì)制造難度和復(fù)雜性；容易出現(xiàn)卡子易過位或卡子在運(yùn)輸中脫出情況。

2）上裝式 從彈舌上端方向，卡子預(yù)先裝到某個位置，再裝入端子，最后將卡子裝到位，鎖緊端子。如圖15、圖16所示。

優(yōu)點(diǎn)：不會增加護(hù)套結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和模具難度，略增加保持力。缺點(diǎn)：增加保持力作用有限，容易出現(xiàn)卡子易過位或卡子和護(hù)套總成在運(yùn)輸中脫出情況。

3 彈性TPA卡子和非彈性TPA卡子

TPA是通過卡子和護(hù)套的相互作用來確保端子的位置和保持力。根據(jù)卡子和護(hù)套作用的結(jié)構(gòu)彈性與否，可分為彈性TPA卡子和非彈性TPA卡子。如圖17、圖18所示。

非彈性TPA卡子只是利用硬掛臺和護(hù)套硬突臺實(shí)現(xiàn)掛接，故在使用過程中容易遭到破壞而失效，出現(xiàn)卡子易過位情況。非彈性的卡子一次使用后將被廢棄。

彈性TPA卡子利用具有彈性的掛鉤和護(hù)套突臺掛接，結(jié)構(gòu)柔性好，不易遭到破壞，在使用維修時更加方便，能重復(fù)使用，但是制造成本略高。適合于帶有預(yù)裝位的TPA結(jié)構(gòu)。

綜上所述，在設(shè)計(jì)連接器時，要考慮到應(yīng)用場合和要求，選擇合適類型的TPA結(jié)構(gòu)。針對以上論述進(jìn)行小結(jié)：①相比于不帶預(yù)裝位的TPA，帶預(yù)裝位的TPA設(shè)計(jì)節(jié)省物流成本，在客戶現(xiàn)場安裝，快捷節(jié)省工時；但是制造經(jīng)濟(jì)成本相對較高。②同種條件下，制造成本比較：帶預(yù)裝位TPA，側(cè)裝式＞上裝式／后裝式；不帶預(yù)裝位TPA，側(cè)裝式＞上裝式／后裝式＞鉸鏈?zhǔn)?；彈性TPA＞非彈性TPA。③同種條件下，有效端子保持力比較：側(cè)裝式＞后裝式＞鉸鏈?zhǔn)剑旧涎b式。④相比于非彈性TPA，彈性TPA結(jié)構(gòu)柔性好不易被破壞，推薦適合用在帶有預(yù)裝位的結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合目前連接器設(shè)計(jì)中常用到的TPA結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類總結(jié)，并分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為業(yè)內(nèi)同行在進(jìn)行連接器設(shè)計(jì)時提供了一些參考。連接器TPA結(jié)構(gòu)不限于上述舉例，通過組合設(shè)計(jì)可以開發(fā)出各種創(chuàng)新型TPA結(jié)構(gòu)。

［1］張文建，王永安，梁明海，等.二次自鎖結(jié)構(gòu)在電器連接中的應(yīng)用［J］.汽車電器， 2011 （12）：26-28.

［2］QC／T 417.1—2001， 車用電線束插接件標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］SAE／USCAR-2 PERFORMANCE SPE——CIFICATION FOR AUTOMOTIVE ELECTRICAL CON NECTOR SYSTEMS［S］.