一种车用连接器端子的设计及验证

李刘霞，杜艳平

（河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030）

1 连接器具体要求

本设计客户要求：按照QC/T1067.1—2017，USCAR-21设计一款低插拔力，适配0.3～0.5mm和0.5～1.0mm两种范围的新型端子。此款端子最重要的是弹片设计和芯线压接尾部的设计。

本设计端子接触弹片要实现的功能：①传送小电流或者传播信号；②建立可靠的接触界面；③适应连接器系统的制造误差。芯线压接尾部要实现的功能：①建立导线和端子的连接；②产生尽量小的压接电阻。

2 连接器设计

2.1 材料的选用

接触弹片材料必须具备一定的导电性、弹性、机加工性和抗应力松弛性。因为是小电流端子，可不必太注重端子温升，端子材料的导热系数不是关键。综上，选择料厚0.25mm的铜合金为本端子材料。

2.2 弹片设计

常见的可分离式连接器端子的类型有：简单悬臂梁、双支撑悬臂梁、预负载悬臂梁、复合悬臂梁等，其各自的特点见表1。根据各种形式弹片的不同特点，本设计选用弹性较好，适用于料厚较薄的双支撑梁。

表1 弹片类型及特点

2.3 端子芯线压接尾部设计

一般的导体压接高度可由下式进行计算。

式中：CCH——芯线压接高度，mm；Φ——导线直径，mm；δ——端子料厚，mm。

一般的芯线压接尾部展开长度可由下式进行计算。

式中：——芯线压接尾部展开长度，mm；Φ——导线直径，mm；δ——端子料厚，mm。

一般的芯线压接尾部的半径可由下式估算。

式中：——芯线压接尾部半径，mm；——芯线压接宽度，mm。

一般的压接高度与宽度比为50%～80%，压缩比为75%～90%。

因本端子料厚为0.25mm，可得3种规格导线的芯线压接宽度、芯线压接尾部展开长度和芯线压接尾部半径值，见表2。

表2 芯线压接尾部部分参数

由于本设计要设计一种适配0.3～0.5mm和0.5～1.0mm两种范围的尾部，因此初步设定适配0.35～0.5mm的尾部，=4.87mm，=0.825mm；适配0.5～1.0mm的尾部，=6.10mm，=0.99mm。端子芯线压接尾部的宽度能使整个尾部呈现U型或V型即可，另外尾部的压筋和压边按常规设计即可。

3 CAE分析

由于CAE技术的迅猛发展，CAE仿真技术越来越多地应用到连接器领域。如：河北工业大学的骆燕燕等人[1]，海军航空大学的张彤等人都对连接器进行了CAE分析，验证了CAE技术应用在连接器领域的有效性。姚伟在“线束压接成型分析”一文中对端子尾部的压接进行了详细说明。因此本设计首先进行了CAE分析。在CAE验证设计合格后再进行后续的试验验证。

3.1 插拔力分析

如图1所示，插座端子固定端子间的摩擦系数为0.15，插头端子沿其轴向插入并拔出。

图1 端子间插拔力分析示意图

经过CAE分析可得其插拔力曲线，如图2所示，即端子的插入力为1.92N，拔出力为1.51N。

图2 插拔力曲线

3.2 剖面分析

本设计分别对两种尾部进行CAE剖面分析。端子尾部压接CAE分析结果见表3。

表3 端子尾部压接CAE分析结果

综上，结合QC/1067.1—2017和USCAR-21可知端子插拔力合格，端子剖面合格。

4 实验

4.1 插拔力

CAE分析的结果显示端子插拔力和端子剖面均合格，最后进行试验验证。按 照QC/T 1067.1—2017的4.4做端子间的插拔力实验，如图3所示，其实验结果如表4所示。

图3 插拔力实验

表4 插拔力实验结果

4.2 剖面

按照USCAR-21中剖面分析进行试验，所得剖面如表5所示。

表5 剖面分析结果

5 总结

通过客户要求及各种标准要求等信息作为连接器端子设计输入，结合端子各部分理论分析，完成连接器端子的设计，并用CAE技术对设计进行了分析验证，最后通过实物实验验证本设计。本文对连接器的设计提供了正向设计思路及方法，对以后端子正向设计提供了一定的参考。