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汽车连接器可靠性的影响因素

    连接器的可靠性影响因素众多,国内外学者对大部分因素进行了分析和讨论,对各种因素总结归纳可以可能出,大部分连接器可靠性能在结构方面主要与触点间的斑点形状、正向力、配合模式、触点平滑度、材料性能有关;在工作环境方面主要与环境温度、环境污染、载荷频率有关。

    1、斑点形状斑点形状的不同会造成扩散电阻的差异,圆形斑点电阻值与半径有关,矩形斑点电阻值取决于斑点的长宽比,环形斑点则取决于外环半径和圆环厚度,方形环状斑点同圆环斑点类似其接触电阻值与环厚和边长大小有关。这些斑点的传递性能也有好坏之分。例如对于相同接触面积的铜金属界面正方环状斑点的接触电阻值与最小、之后为圆环形斑点,其次为圆形斑点,而正方形斑点的电阻最高。

    2、配合模式连接器配合方式按照其形式可以分为点接触形式、线接触形式和面接触形式。不同的形式对应不同的斑点数目,点接触时接触斑点最少,由Holm定理得知接触斑点越多其接触电阻越小,多以点接触电阻值最高,面接触时斑点最多,其接触电阻最小,线接触的斑点数和接触电阻值则为这两者的中间值。膜层电阻的大小组要与触点的压强有关,在等压力条件下点接触方式的触点压强最大最容易破坏膜层,就膜层电阻来说电接触方式小于线接触模式,面接触模式最大。

    3、正向力由于连接器接触表面是粗糙不平的,材料在正压力的作用下会伴随着一定程度上的塑性变形,这种变形将会扩大接触面积,以至于起到降低接触电阻的作用。连接器接触表面的污染膜层在一定大小的正向力作用下会发生破裂,这大大降低了膜层电阻值的大小。因此在一定程度上较大的接触压力是保证连接器可靠性的关键。

    4、触点平滑度

    触点的光滑程度对接触电阻的影响从本质上来说是接触点数目的影响。如果相互配合的平面其表面较为粗糙,其材料表面的微观凹陷和凸起易于相互接触,产生较多的接触斑点使接触电阻降低,同时这些不平整的凸起也起到了去除氧化膜层的作用使膜层电阻降低。对于加工精细的接触表面,其接触斑点数目往往较低,其接触电阻值与粗糙时相比较高,但在稳定性方面,平整的表面表现要良好一些。

    5、材料性能材料的电阻率、硬度是决定接触电阻的关键因素。电阻率低且质软的材料,是保证较低接触电阻的关键。材料的化学性能、耐高温性能决定了其在外界复杂环境中的可靠性。化学性能稳定的金属表面不易产生污染膜层,耐高温性能好的金属可以抵抗高温带来的材料软化和应力松弛。

    6、环境工作温度电流、摩擦、环境是连接器温升的热源,金属材料的硬度在这种高温的作用下会有所下降,这会提升实际的接触面积及触点数目,接触电阻也随之降低。通常材料电阻率在高温环境下会一定程度的增长,伴随而来的是接触电阻的提高。接触面积和电阻率的在高温环境下此消彼长,两者的作用相互抵消,对接触电阻的影响可以忽略不计。但是温度对膜层电阻的影响不可忽略,高温对金属表面化学反应起到催化作用,加速氧化物的产生及金属扩散,加厚氧化膜层,增大接触电阻。汽车在运行过程中发动机会生成大量的热,因此汽需要通过散热等方式来保证连接器运行在可以接受的范围之内。

    7、环境污染环境污染对连接器的影响表现为化学腐蚀以及电化学腐蚀,化学腐蚀主要发生于污染气体的环境中(例如:氧气、二氧化硫、氯气等),连接器在这些气体的化学作用下生成化学物,导致电阻的增大。与化学腐蚀不同,电化学腐蚀通常需要有电解质溶液的参与才能够发生,电极电位不同的两种金属在导电溶液中产生电势差,正负离子在电场的作用移动发生原电池反应腐蚀金属。析氢腐蚀和吸氧腐蚀是最常见的电化学腐蚀类型。

    8、载荷频率与传递直流电流情况不同的是,连接器在传递交流电流时会发生集肤效应(电流在导体的表面聚集),它限制了电磁场的穿透深度使收缩电组增长。这种效应在较大的载荷频率下更为显著。


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