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汽車連接器連接界面的分類和應用
2023-10-17
汽車線束是用于連接汽車電路的“中樞神經”，是各種能源以及信號的傳輸載體，它遍布于汽車的各個功能部件，是汽車的網絡命脈。連接器是線束之間或者電器之間連接的電器模塊或者單元，為電器連接提供一種安裝便捷且可靠的電器安裝界面。連接器通常有插頭連接器和插座連接器之分，包含了適配的插頭/插座端子、插頭/插座護套，也涉及到CPA結構、TPA結構或者PLR結構，有些密封件還會有密封圈或者密封堵等連接附件。當然，線束的連接除了常用的連接器連接外，線束之間還通過U型接頭或者超聲波焊接的方式直接連接。
連接根據其工作原理分為3大類：形鎖合連接、摩擦鎖合連接以及材料鎖合連接。形鎖合連接是指通過被連接件或者附加固定零件的形狀相互鎖合，使其產生連接作用，比如鉸制孔用螺栓連接，卡扣掛鉤連接；摩擦鎖合連接是指通過被連接件的壓緊，在接觸面產生摩擦力阻止被連接件的相對移動，達到連接的目的，比如承受橫向載荷的緊螺栓連接、過盈連接；材料鎖合連接是指在被連接件間涂氟附加材料或者通過分子之間的力將零件連接在一起，如膠接、焊接等。
連接根據可拆性分為可拆連接和不可拆連接。可拆連接是不需要破壞連接中的任一零件就可以拆開的連接，故多次拆裝無損于其使用性能，比如插接件的連接基本上屬于可拆卸連接。不可拆連接是至少必須破壞連接中的某一部分才能拆開的連接，比如雙層件端子鋼卡和本體連接，端子和線束的連接，線束和線束U型連接或者焊接均屬于不可拆卸連接。
汽車連接器和外部的連接界面一般分為端子插接連接界面、導線和端子壓接連接界面、端子和PCB焊接連接界面以及絕緣殼體間連接界面。
2.1 端子插接連接界面
連接器作為連接線束單元或電器單元的中間部件，起到傳遞電流或者信號的金屬接觸體的作用，一般以插頭端子和插座端子的形式存在，亦或是通過螺栓緊固孔式端子連接。上述連接提供了可拆卸連接稱之為端子接觸連接界面，這種連接界面一般是形鎖合連接和摩擦鎖合連接。低壓連接器接觸連接界面和護套示意如圖1所示，高壓連接器端子接觸連接界面和護套示意如圖2所示，孔式端子和螺栓連接界面示意如圖3所示，Fakra連接器接觸界面和護套示意如圖4所示。
2.2 端子和導線連接界面
連接器的端子一般和導線連接單元連接，這種連接提供不可拆卸連接的連接界面，一般是摩擦鎖合連接或者材料鎖合連接。比如常用的機械冷壓接和焊接，機械冷壓接又有開式壓接和閉式壓接。端子和導線開式冷壓接連接界面示意如圖5所示，端子和導線閉式冷壓接連接界面示意如圖6所示，孔式端子和導線超聲波焊接連接界面示意如圖7所示。
2.3 插PIN端子和PCB連接界面
連接器端子除了和導線連接外，也有通過板端連接器和電器的PCB連接，從而形成了不可拆卸的端子PCB連接界面。這種連接界面一般是材料鎖合連接。板端連接器的PIN針被錫焊接，插PIN端子和PCB連接界面示意如圖8所示。
2.4 絕緣殼體附件連接界面
端子的連接保護需要護套等絕緣殼體進行保護，不同的連接界面需要有不同類型的殼體（護套） 附件，絕緣殼體附件的連接產生殼體連接界面。連接器端子需要先裝入，固定到護套絕緣殼體中，然后通過殼體之間的鎖合而產生連接界面，為端子的連接提供可靠的周邊環境。因為考慮安裝便捷和維修拆卸方便，要求是可拆卸連接，一般有掛鉤連接、CPA或者螺紋殼體連接，這種連接一般是形鎖合連接界面。
圖9為低壓連接器絕緣殼體連接界面，圖10為高壓連接器絕緣殼體連接界面，圖11為Fraka絕緣殼體連接界面。
連接器連接界面分類和驗證項目匯總見表1。以上4種連接界面囊括了連接器和外部連接的一般連接方式，目前的連接方式還是屬于有線接觸式連接，連接的可靠性主要通過強大穩定的機械性能來保證。各種連接界面的性能要符合行業標準或者企業標準，論述包含各個連接界面主要技術要求；端子的電連接要求；接觸電阻或者壓接/焊接電壓降要求；瞬斷、溫升等性能要求；端子和導線連接機械性能要求拉脫力要求；殼體之間的連接要求滿足自鎖裝置強度等機械性能要求。
國內行業標準參照QC/T 1067—2017，美標參照USCAR-2或USCAR-21關于連接器的試驗驗證標準。
在設計被連接零件的時候，應同時選擇連接類型，且連接以使用要求和經濟性為依據。一般采用不可拆卸連接多是由于制造和經濟上的原因；采用可拆卸連接主要考慮結構、安裝、運輸和維修上的原因。在具體選擇連接類型的時候，還需要考慮連接的加工條件和被連接零件的材料、尺寸和形狀等因素。連接設計的時候除了要考慮強度、剛度和經濟性等基本問題外，在某些場合還要考慮密封性和耐久性要求。
