基于常見失效模式的電連接器裝配技術(shù)優(yōu)化

(中車永濟電機有限公司，山西永濟，044502)

1 引言

電連接器是連接電氣線路的元件，廣泛應(yīng)用于各種電氣線路，起著連接、斷開電路的作用，連接必須可靠，插針和插孔在圓周方向應(yīng)可靠接觸，并且具有防煙霧、潮濕、淋雨、沙塵、電磁等功能[1-3]。對于電連接器的裝配技術(shù)及質(zhì)量控制有著很高的要求，因此，在軌道交通電機生產(chǎn)過程中完善的電連接器裝配工藝技術(shù)顯得十分必要和急迫。

目前，對電連接器的研究多集中于對電連接器的可靠性的探索。Pyle National公司[4]分析了電連接器接觸材料在環(huán)境應(yīng)力下的性能；楊奮為[5]從制造和安裝方面對航天用連接器相關(guān)失效模式、失效原因定性分析；陳文華等[6]對航天電連接器進(jìn)行了失效機理分析，建立了評價其接觸壽命特征的可靠性數(shù)學(xué)模型；Huang等[7]提出了用三維有限元模型研究電連接器微動磨損的力學(xué)性能和接觸性能，并給出了評估其疲勞壽命的計算方法；高亮等[8]以某型衛(wèi)星用電連接器為例分析了其在軌工作時，將失效模式總結(jié)為絕緣失效、接觸失效、密封失效和電磁屏蔽失效；張彬彬等[9]對板間電連接器的典型失效模式進(jìn)行了研究，闡述了引起絕緣失效、接觸失效和機械失效的原因；周建新[10]從電連接器的功能出發(fā)將電連接器的主要失效模式歸納為短路、開路、接觸不良、絕緣電阻低、擊穿和絕緣板破損等。本文將以YH6A- G200電連接器為研究對象，針對電機電連接器的插針?biāo)蓜?、插針歪斜、插針氧化等質(zhì)量問題，分析失效模式，結(jié)合連接器的特點，形成完善的圓形電連接器裝配工藝技術(shù)，最終達(dá)到減少電連接器裝配質(zhì)量問題的目的。

2 電連接器的性能特點

2.1 電連接器的基本結(jié)構(gòu)

圖1 為YH6A-G200電連接器插頭示意圖，(a)為插頭外形圖，(b)為插頭裝配圖。其基本結(jié)構(gòu)主要包括：接觸件、絕緣件和殼體。該電連器采用反卡口連接方式，具有快速連接、耐振動、沖擊、安裝方便等特點。插孔采用冠簧結(jié)構(gòu)，接觸體接線端采用壓接式結(jié)構(gòu)，接觸可靠，接觸體在絕緣體內(nèi)的定位利用卡爪實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)前取后送，具有取送方便等特點。殼體采用鋁合金陽極氧化，具有美觀、耐磨、耐腐蝕等特點。

2.2 電連接器的基本性能

電連接器的主要功能是實現(xiàn)電路間的電流流通與斷開，使機電系統(tǒng)完成預(yù)定的功能，其基本性能可以分為電氣性能、機械性能和環(huán)境性能三個方面[11-13]。

(a)YH6A-G200電連接器插頭外形圖

1-插頭體；2-O形圈；3-插頭旋轉(zhuǎn)外套；4-絕緣體；5-止環(huán)；6-止環(huán)；7-插針；8-防水膠圈；9-固定環(huán)；10-緊固螺母；11-止動銷；12-電線壓板。(b)YH6A-G200電連接器插頭裝配圖圖1 YH6A-G200電連接器插頭示意圖

2.2.1 電氣性能

電連接器的電氣性能參數(shù)主要包括額定電壓、額定電流、接觸電阻、絕緣電阻和耐壓強度等。額定電壓與電連接器內(nèi)部各接觸件的分布及絕緣材料的絕緣性能有關(guān)。一般當(dāng)工作環(huán)境的電壓值低于額定電壓時，電連接器可以正常工作；額定電流與電連接器接觸件的接觸性能和絕緣材料的熱性能有關(guān)，通常是為限制電連接器內(nèi)部溫升而設(shè)定的。電流通過接觸件時會產(chǎn)生一定的熱量，當(dāng)上述熱量不斷累積導(dǎo)致其內(nèi)部溫度超過允許范圍時，就可能會影響接觸件的接觸性能及絕緣體的絕緣性能，導(dǎo)致電連接器失效；絕緣電阻是指對電連接器絕緣體施加一定電壓時其所呈現(xiàn)出的電阻值。絕緣電阻的大小與絕緣體的材料特性和結(jié)構(gòu)特點密切相關(guān)；耐壓強度是指不會造成電連接器不同接觸件間絕緣體以及絕緣體與大地之間發(fā)生擊穿的臨界電壓，與絕緣體的結(jié)構(gòu)、絕緣材料的絕緣性能以及工作環(huán)境等因素有關(guān)。

本文所選用的YH6A-G200型三針圓形航空電連接器的主要電氣參數(shù)如表1所示。

表1 YH6A-G200型電連接器主要電氣參數(shù)

2.2.2 機械性能

電連接器的機械性能參數(shù)主要包括電連接器的機械壽命和插拔力。機械壽命是一種衡量電連接器耐久性的指標(biāo)，并以在規(guī)定次數(shù)的插拔循環(huán)后連接器的接觸性能是否仍然滿足要求作為評判標(biāo)準(zhǔn)。插拔力是插入力和拔出力的統(tǒng)稱，為便于電連接器的插合，插入力要小。為保證電連接器插針與插孔間接觸的可靠性，拔出力不能太小。電連接器的機械壽命和插拔力與接觸件間接觸壓力、鍍層材料性能以及接觸件插合位置精度等結(jié)構(gòu)參數(shù)有密切關(guān)系。

2.2.3 環(huán)境性能

電連接器的環(huán)境性能主要包括耐溫、耐濕、耐鹽霧、耐振動和耐沖擊等方面。高溫環(huán)境會促進(jìn)接觸表面氧化膜的生成和絕緣體的老化，降低電連接器的接觸性能和絕緣性能，影響電連接器的可靠性。潮濕或鹽霧環(huán)境會導(dǎo)致接觸件鍍層材料和基體銅材料之間形成腐蝕電池，加速金屬鍍層的腐蝕。振動環(huán)境會引起電連接器接觸件間的往復(fù)摩擦，造成鍍層材料的磨損。沖擊環(huán)境則可能會導(dǎo)致插針與插孔接觸部分的短暫分離，引發(fā)短時間的信號中斷。因此，耐振動和耐沖擊也是電連接器的重要環(huán)境性能指標(biāo)。

3 電連接器的常見失效模式

電連接器產(chǎn)生的失效形式主要有三種：接觸失效、絕緣失效和機械失效[13-16]。

3.1 接觸失效

接觸失效是電連接器最常見的失效形式，它嚴(yán)重影響電連接器的接觸可靠性和使用壽命。造成接觸失效的主要原因有接觸壓力不足、接觸磨損、插針斷裂、插針與插孔中心不對準(zhǔn)等。

3.2 絕緣失效

絕緣失效是除接觸失效之外引起電連接器失效的最主要原因，連接器絕緣失效將會使得各接觸對之間不能保持原來相互獨立工作的狀態(tài)，有可能造成信號傳輸錯誤甚至造成電路短路等嚴(yán)重后果。

3.3 機械失效

電連接器在使用或運輸過程中不慎跌落撞擊地面時，產(chǎn)生沖擊加速度，可能引起內(nèi)部零件的松動或微小變形，插合時插針中心不能對準(zhǔn)插孔中心。接觸件中心若不能對準(zhǔn)，插偏后將會引起插針彎曲或插孔變形。另外電連接器受到?jīng)_擊碰撞后其鎖緊結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生變形導(dǎo)致卡死，無法正常使用。

3.4 其它失效

對于有密封性要求的電連接器，必須嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行100%的密封性檢測，剔除漏率超過規(guī)定的產(chǎn)品，以保證有密封要求的電連接器安全可靠。

4 圓形電連接器裝配技術(shù)及質(zhì)量控制

4.1 裝配工藝準(zhǔn)備

表2為電連接器裝配的工裝、工具、量具、工藝輔料，為電連接器裝配做好準(zhǔn)備。

表2 使用工裝、工具、量具、工藝輔料

4.2 電連接器的裝配工藝技術(shù)

電連接器的裝配難度不大，但過程復(fù)雜，以YH6A-G200電連接器裝配工藝技術(shù)進(jìn)行介紹，圖2為電連接器裝配工藝流程圖。通過插頭拆解、插針壓接、插針安裝、插頭組裝、檢查檢測、熱縮標(biāo)識、防水處理、電連接器插頭防護，完成電連接器裝配。

圖2 電連接器裝配工藝流程圖

圖3 電連接器插針退出

如因質(zhì)量問題，需將插針退出電連接器插頭，可執(zhí)行后續(xù)操作：拆解壓板、松動緊固螺母、取出插針。取出插針需用專用退針器。如圖3，從插頭正面插入插針，壓推退針器推桿，推桿會從后部退出，同時露出紅線標(biāo)識?？吹酱思t線，表示插針卡夾被壓縮，插針保持在絕緣臺上的狀態(tài)被解除。此時押推退針器的推桿，同時將電線向后拉，插針和電線將退出連接器。(要求：插針取出，卡夾須更換，不可再用；退針器插入時，不允許傾斜絞入，避免損傷絕緣層)。

4.3 電連接器裝配關(guān)鍵工藝過程質(zhì)量控制

4.3.1 插針的壓接

(a)插針壓接范圍

(b)插針正確壓接

(c)插針錯誤壓接位置

(d)調(diào)整插針壓接狀態(tài)圖4 電連接器插針壓接

壓接的過程中導(dǎo)線應(yīng)正確位于壓接筒中保持導(dǎo)線和壓接筒在同一軸線上，壓痕在壓接筒上的位置應(yīng)正確，壓痕的深度應(yīng)適當(dāng)，導(dǎo)線絕緣層末端與壓接筒之間的距離應(yīng)適合。插針壓接后壓接部位表面光滑，無裂紋和毛刺，所有邊緣處不應(yīng)有尖端。圖4為電連接器插針壓接圖示，將壓接工具放在插針后端部缺口部到插針端部間的壓接部。并在此范圍處實施壓接，如圖4(a)；壓接時，壓接工具大致放于壓接部中央稍微偏向插針端部處，圖4(b)為插針正確壓接位置，圖4(c)為插針錯誤壓接位置；壓接時會發(fā)生塑性變形，因此壓接時逆方向加力以調(diào)整壓接狀態(tài)，保證壓接后的電線平直，圖4(d)為調(diào)整插針壓接狀態(tài)；此外，壓接作業(yè)時，要特別注意插針接觸部。特別是插頭插針的外接觸部，不能劃傷，破損等。

4.3.2 插針的安裝

插針從電線壓板側(cè)插入，正常插入時，插針的卡夾會張開并掛在絕緣臺上，此時會聽到"咔"的響聲(插針卡夾漲開時的聲響)，表示安裝到位。插頭插針的保護套在插針安裝到位后再取下。圖5為電連接器插針安裝示意圖。安裝時很難推入時，在電線外皮表面涂抹潤滑油脂。電線外皮表面涂抹潤滑油脂時，務(wù)必注意不要將潤滑油脂附著到插針上，以免造成導(dǎo)電不良。

圖5 電連接器插針安裝示意圖

插針是否安裝到位按圖6方法進(jìn)行確認(rèn)，輕輕向后方拉動電線，電線應(yīng)拔不出來。從絕緣臺正面目視插針卡夾是否完全張開。注意插針安裝后，務(wù)必進(jìn)行確認(rèn)檢查，保證插針的完全到位。不完全安裝，會造成導(dǎo)電不良，發(fā)生熔損等事故。

圖6 電連接器插針安裝確認(rèn)

4.3.3 插針歪斜檢查

插針歪斜檢查用插針確認(rèn)工裝插拔，確保插針安裝到位不偏斜。如插拔困難，則表示插針安裝不垂直，須松開壓板，重新進(jìn)行安裝作業(yè)。圖7為插針確認(rèn)工裝，圖8為插針歪斜檢查示意圖。

圖7 插針確認(rèn)工裝

圖8 插針歪斜檢查示意圖

4.3.4 電連接器插頭防護

安裝完成后對插針進(jìn)行防護，用防護帽(PVC制)套入插針以防止被氧化腐蝕，如圖9所示。

圖9 插針防護示意圖

5 結(jié)語

電連接器作為一種電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)的重要部件，其可靠性直接影響到系統(tǒng)能否穩(wěn)定的工作。為了滿足系統(tǒng)對電連接器日益提高的可靠性要求，本文將以YH6A-G200電連接器為研究對象，針對電機電連接器的接觸失效、絕緣失效和機械失效等失效模式，結(jié)合連接器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、性能特點等方面，對電連接器全面掌握，經(jīng)過實踐和測試，形成完善的圓形電連接器裝配工藝技術(shù)，并對于插針的壓接、插針的安裝、插針歪斜檢查、電連接器插頭防護等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)提出質(zhì)量控制措施，為該產(chǎn)品的可靠應(yīng)用提供了工藝技術(shù)保障，最終達(dá)到減少電連接器裝配質(zhì)量問題的目的。