电连接器微动磨损研究综述.pdf

第1期
机电元
Vol 30 N
2010年3月
ELECTROMECHANICAL COMPONENT
Mar.2010
电连接器微动磨损研究综述
任万滨焦玉斌“翟国富
(1.哈尔滨工业大学军用电器研究所黑龙江哈尔滨15000;
2.中国人民解放军长春装甲兵技术学院吉林长春1301
摘要:持续的机械振动应力将引起电接器中插针与橘孔发生微动磨损,相应出现的电接触故障是导致电
逹接器功能失效的根本原因之一。本文概括了近年来国内外学者对此问题的研究进展,列举了财微动磨损研究
可用的试验方法;分析了层材料、微动幅値、接触压力、循环次数及接触表面形貌等因素对微动性能的影
响;描述了微动引起接电阻间歌变化的现象及最新的仿真分析技术。
关键词:电连接器,微动,磨损,电接触,表面形貌
中图分类号:TM503.5文献标识码:A文章编号:1000-6133(2010)01-0028-11
Review of Fretting Wear for Electrical Connector
Ren Wan-bin'. Jiao Yu-bin!2. Zhai Guo-fu
(1. Military Inst. Of Harbin Inst. Of Tech, Heilongjiang, Harbin, 150001
2. Changchun Armored Inst. Of Tech. Of PLA, Jilin, Changchun, 130117)
Abstract: Continuous mechanical vibration could lead to fretting wear between pin and receptacle of electrical
connector, fretting-induced failure is the major reason for invalidation of electrical connector. Review of recent
development in fretting studies in electrical connectors is presented in this paper, focusing on test methods in instru-
mentation, influences of factors such as plating material, amplitude, load, cycles, and surface profile, intermitten-
cy studies, modeling and simulating analysis method
Key words electrical connector, fret ing, wear, electrical contact, surface profile
1引言
独立单元插座,其连接性能将直接关系到整个系统
的安全可靠运行。电连接器结构多样、种类繁
电连接器是电气系统中重要的配套接口元件,多,从高频到低频、从圆形到矩形、从通过上百安培
从系统、分系统、机柜、组合、印制板到每个可更换的的大电流连接器到通过微弱信号的高密度连接器、
从普通印制板连接器到快速分离脱落等特种连接
收稿日期:2010-03-08
基金资助:園家自然科学基金资助项目:(No.5077010)
哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目(2008 RFOXG043
哈尔滨工业大学优秀青年教师培养计划资助( HITQNJS2009024)
万方数据
第1期
任万滨等:电连接器微动磨损研究综述
器,在各行业系统工程中连接器都是不可或缺的。米~100微米;
在神舟飞船上使用了成千上万种各种型号的连接
D、往复滑动:滑动幅度超过100微米~200微
器,其中每一个连接器、每一个接点的质量和可靠米。
性,都关系到整个系统试验的成败2]。而在中高级
2)微动腐蚀( fretting corrosion)
轿车中使用了400个左右的连接器,有着大约3000
在空气中表面物质的氧化或在腐蚀性介质(如
个独立接口,负责从前车灯、DVD播放器、碰撞传感海水、酸雨、腐蚀性气氛等)中的微动模式。
器到全球定位系统等一系列用电装置的传输控
(3)微动疲劳( fretting fatigue)
制。因此说连接器在整个电气系统中的作用至
接触表面的相对运动是由一接触体承受外界交
关重要,连接器高可靠的电接触性能是保证系统正变疲劳应力引起变形而产生的微动。一般磨损间接
常运行的必要前提,"高可靠、长寿命、耐环境、小型致使材料表面或亚表面层中产生微裂纹,在反复应
化"已成为以电连接器为代表的机电组件未来发展力下发展成疲劳断裂,从而发展为微动疲劳。
趋势。
当电连接器处于振动、冲击或温度变化等环境
电连接器在贮存和使用中都要受到各种环境应时,接触对之间将有微动产生。微动发生时,接触表
力的影响,其中振动和环境温度是影响连接器可靠面微动磨损和微动腐蚀大多同时存在,磨损严重时
性的最大的因素()。各种因素作用于连接器内的将造成镀层金属的转移和磨损,产生磨损碎屑并堆
插针、插孔,造成接触部位摩擦和发生相对位移,所积在磨损区域的周边。磨损碎屑和由于磨损而暴露
引发的接触对徴动现象将导致电接触性能逐渐退化的基底金属与大气中的氧化气体反应,产生氧化物。
甚至功能失效。电连接器、继电器、开关和功率连接这些表面污染最终使接触电阻发生变化(电子噪
的现场研究已将徴动确定为一定的接触失效原因。音),以及即使在微动停止后仍保留非常高的接触
据不完全统计,在汽车系统中超过60%的电故障与电阻,最终使接插件的接触电阻迅速上升,从而降低
微动有关(6?。可见微动现象是在无电弧状态下接了连接器的可靠性。
触对性能退化的主要原因。
本文结合近十余年来的国内外相关领域的研究
微动是指两个接触表面发生极小幅度的相对运成果,对电连接器微动磨损的相关问题进行了归纳
动,其运动幅度为微米量级,一般在几微米到200微总结,主要包括微动臍损的试验方法、微动磨损的影
米之间s-の。实际的微动现象十分复杂,根据简单响因素、徴动磨损接触电阻的间歇现象以及微动磨
化的模型,按照相对运动方向不同,微动可分为:切损的仿真分析技术等几个方面。
向式、径向式、滚动式和扭动式,其中切向式微动最
为普遍。在切向式微动中,有三种常见模式
2微动磨损试验方法
(1)微动磨损( fretting wear)
接触表面的相对位移由外界振动引起的微动
高精度微动试验台、滑动试验台系统是完成接
(或由外界热胀冷缩效应造成),接触构件只受局部触对材料微动试验的必要条件,通过测试全微动周
接触载荷,或者承受固定的预应力(如拉、压、弯曲期下导通电流与接触电压参数,得到接触电阻与微
应力等)。微动磨损是一种典型的复合式磨损,可动次数的对应关系,并借助SEM、TEM、EDS、电子散
引发接触材料弹性、塑性变形以致机械磨损。整个射测量等方法观察材料表面形貌及物质组成,可
微动磨损过程又可分为四种形式(21?:
分析微动频率、微动幅值、接触压力、镀层厚度等因
A、粘着:接触表面的相对移动为弹性变形;
素对于电接触性能的影响,从而确定微动失效机理。
B、粘着一滑动混合:中心为粘着区域,四周环其中包括北京邮电大学电接触教研室的微动试验

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