汽车连接器TPA的设计和应用分类

王延涛，郭晓明，王勇攀，陈 磊，王 奇

（河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030）

汽车连接器是插头或插座端子安装在护套内的组合件，通过电线附件在汽车内起到导电或者联通信号的零部件［1］。一般由插头 （插座）端子、插头（插座）护套和卡子及其他附件组成。端子在护套中的保持力一般是由端子和护套通过相互配合的挂接结构得到保证。TPA即是Terminal Position Assurance，中文意思是端子位置保证，起到锁紧端子和增强端子在护套中保持力的作用，防止端子在外界拉力的作用下脱出造成线路断电。很多人习惯把起到TPA作用的卡子称为TPA，笔者认为可以称为TPA卡子。常见的TPA二次自锁示意图如图1所示。

TPA是连接器中卡子对端子的二次保护和限位，也称为二次自锁结构［1-2］。应用在环境比较恶劣或者要求拉脱力更大的情况下。

目前，汽车连接器TYCO、DELPHI等国外公司处在遥遥领先位置，TPA作为连接器中的一个重要功能，理所应当受到重视。TPA分为有预装位的TPA和没有预装位的TPA。设计时有专门的机械性能标准， USCAR TPA的机械性能标准［3］见参考文献［3］。

国内QC／T417也有相关规定，尽管没有国外标准高，但是设计人员设计时都要特别留意TPA插入力和拔出力的范围。超出这个范围，可能就会出现安装困难或者TPA卡子易过位等现象。

本文对目前汽车连接器设计中常用到的TPA设计和应用做了总结，并针对各自特点进行优缺点分析。从端子和卡子装配的先后顺序角度对TPA卡子进行分类。

1 无预装位TPA卡子

无预装位，即是卡子没有预装位置，不事先装好。护套和卡子的发货状态是单独发货，在线束厂进行装配。根据装入方式可进行二级分类。

1）侧装式 即端子装入护套后，卡子从侧面装入护套，端子箱体会被卡子阻挡。图2为端子在护套中的装配示意图，图3为TPA卡子和护套的装配示意图，图4为TPA卡子装入后两个方向的剖视图。

优点：限制端子位置精确，弹舌失效前，端子的保持力大。缺点：侧面装入卡子，要在护套侧面开槽，模具上要增加侧抽机构，会增加模具设计和制造难度，腔数一定程度被减少，经济性低。

2）后装式 即端子装入护套后，卡子从进线口方向装入护套，端子尾部或者其他附件 （如密封堵）会被卡子挡住。图5为端子和护套装配示意图，图6为卡子和护套装配示意图，图7为卡子作用位置示意图。

优点：对护套结构要求不高，不会因为此种卡子的引入而增加护套的结构复杂性和制造成本。缺点：因为卡子上下串动量大，对增强端子的保持力作用有限。

3）上装式 即卡子从弹舌顶部方向装入护套并能限制弹舌的后移，通过阻止弹舌变形实现对端子位置的二次锁定。图8为上装式端子和TPA卡子装配示意图。

优点：和后装式一样，不会增加护套的结构复杂性和制造成本，能够保证端子的挂接量，除非弹舌被切掉，一定程度上能够增加端子在护套中的保持力。缺点：端子失效模式是 “弹舌被切掉”，那么卡子就不再起作用，增加保持力的作用有限。

4）铰链式 通过注塑成型的铰链将卡子和护套本体成型为一个整体的TPA结构。如图9、图10所示。

此种结构是新型的后装式结构，卡子和护套做成一体，具备后装式的优缺点。优点：卡子和护套做成一体，节省模具费用，一般无侧抽结构，制造成本不高。缺点：卡子穿线方向窜动量稍大，定位不够准确；卡子和护套主体连接的铰链不易成型，实际生产过程中容易出现裂纹、低温脆断等情况。环境恶劣或者环境试验要求高的地方建议不使用此种结构。

2 带TPA预装位

把卡子和护套预先装在一起，在线束厂装入端子，然后再把卡子锁到最终位置。根据装入方式分为侧装和上装式。

1）侧装式 从侧面将卡子装入护套预装位置，然后装入端子线束，最后将卡子装到终锁位置。如图11～图14所示。

优点：装配精确，端子保持力较大，装线时装配卡子工序简单，节省物流费用。缺点：护套侧面开槽增加模具设计制造难度和复杂性；容易出现卡子易过位或卡子在运输中脱出情况。

2）上装式 从弹舌上端方向，卡子预先装到某个位置，再装入端子，最后将卡子装到位，锁紧端子。如图15、图16所示。

优点：不会增加护套结构复杂性和模具难度，略增加保持力。缺点：增加保持力作用有限，容易出现卡子易过位或卡子和护套总成在运输中脱出情况。

3 弹性TPA卡子和非弹性TPA卡子

TPA是通过卡子和护套的相互作用来确保端子的位置和保持力。根据卡子和护套作用的结构弹性与否，可分为弹性TPA卡子和非弹性TPA卡子。如图17、图18所示。

非弹性TPA卡子只是利用硬挂台和护套硬突台实现挂接，故在使用过程中容易遭到破坏而失效，出现卡子易过位情况。非弹性的卡子一次使用后将被废弃。

弹性TPA卡子利用具有弹性的挂钩和护套突台挂接，结构柔性好，不易遭到破坏，在使用维修时更加方便，能重复使用，但是制造成本略高。适合于带有预装位的TPA结构。

综上所述，在设计连接器时，要考虑到应用场合和要求，选择合适类型的TPA结构。针对以上论述进行小结：①相比于不带预装位的TPA，带预装位的TPA设计节省物流成本，在客户现场安装，快捷节省工时；但是制造经济成本相对较高。②同种条件下，制造成本比较：带预装位TPA，侧装式＞上装式／后装式；不带预装位TPA，侧装式＞上装式／后装式＞铰链式；弹性TPA＞非弹性TPA。③同种条件下，有效端子保持力比较：侧装式＞后装式＞铰链式＞上装式。④相比于非弹性TPA，弹性TPA结构柔性好不易被破坏，推荐适合用在带有预装位的结构。

4 结束语

本文结合目前连接器设计中常用到的TPA结构进行了分类总结，并分析各自的优缺点，为业内同行在进行连接器设计时提供了一些参考。连接器TPA结构不限于上述举例，通过组合设计可以开发出各种创新型TPA结构。

［1］张文建，王永安，梁明海，等.二次自锁结构在电器连接中的应用［J］.汽车电器， 2011 （12）：26-28.

［2］QC／T 417.1—2001， 车用电线束插接件标准［S］.

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