连接器常见密封形式及其失效模式分析

周锋

（鹤壁职业技术学院，河南鹤壁　458030）

连接器常见密封形式及其失效模式分析

周锋

（鹤壁职业技术学院，河南鹤壁458030）

汽车连接器的功能是实现信号传输和电流传输。传输可靠性是检验连接器性能的重要指标之一。防水连接器就是一类可实现高可靠性传输的特殊连接器，该类连接器在车身连接器中广泛应用。

连接器；防水；密封；传输

随着我国汽车工业的快速发展和汽车电气系统的日益增强，对汽车连接器的精细化和可靠性要求越来越高，防水连接器的应用也愈加广泛。防水连接器与普通连接器的不同之处在于：防水连接器有专用的密封部件，可以有效地隔绝外界潮湿空气的侵入，实现接触点与外界空气的绝缘。既可以避免因潮湿而引起的短路，也可以减小湿气中水分对连接器的腐蚀，从而增加了连接器的使用寿命和传输可靠性。

连接器的密封机理是依靠密封部件自身的形变，填补连接器之间的间隙，从而阻隔空气的流通，为连接部位创造一个独立的封闭空间。

连接器密封部件大致分为2大类：①密封圈，密封圈主要应用于连接器之间的密封；②密封堵，密封堵主要应用于连接器与适配端子之间的密封。密封圈和密封堵的应用示意图参见图1。

图1　防水连接器部件分解示意图

1　密封圈的分类

目前常见的密封圈分为2大类：侧面密封和端面密封。

1.1侧面密封

该种密封的密封原理是通过密封圈侧面的密封筋受到挤压变形实现密封，参见图2。该类密封形式结构简单，密封效果良好，可以满足1个大气压的密封标准［1］，是目前一种比较常用的密封形式。

该类密封圈的失效模式大概分为以下几种：密封试验结果达不到标准1个大气压的要求［1］；连接器间结合力大于75 N的标准［2］，注：结合力指插头护套与插座护套扣合时的力值；密封圈在连接器装配过程中挤出护套。下面分析出现以上问题的原因和解决问题的预防措施。

1）密封达不到标准要求。出现该问题的原因一般有2种。一种为密封圈的密封过盈量不满足要求，密封圈起密封作用部位的密封过盈量一般在0.5～0.8之间（经验值），参见图2。密封圈尺寸L1过小的话就会影响密封效果，导致密封不合格。另一种是密封圈的自润滑特性不合格，所谓自润滑指的是密封部件自身在使用过程中会分泌一层油膜附着在产品外表面，弥补密封部位的微观间隙。所以自润滑特性也是影响密封圈密封效果的一个重要原因。

2）连接器的结合力大于75N。出现该问题的原因一般有以下2种情况：一是密封过盈量过大，导致密封圈的密封筋变形后“无处藏身”，引起结合力增加；另一种情况是密封圈上端面过大，在连接器装配过程中，密封圈上端面的平面直接与连接器端面贴合在一起（参见图3），从而导致连接器的结合力过大。解决此类问题的方法是减小密封圈的上端面尺寸和在护套增加倒角。

图2　密封圈密封过示意图

图3　密封圈与护套干涉示意图

3）在连接器装配过程中密封圈挤出护套。出现该种失效模式的原因大致有以下2种：一是密封圈的密封过盈量超过0.8mm而将密封圈挤出护套；二是密封圈的内圈与连接器中岛之间的过盈量小于0.5mm，密封圈不能可靠地固定在护套中岛之上，导致密封圈在使用过程中的外翻，参见图4。

图4　密封圈外翻缺陷产品图片

图5　端面密封示意图

1.2端面密封

该类密封的原理是通过密封垫（注：端面密封的密封部件一般称为“密封垫”）受到垂直于端面的正压力而产生形变实现的密封，参见图5。该类密封垫的形变面积较大，所以一般结合力比较大。连接器在使用该类密封形式的时候，一般要在连接器之间增加一种助力机构，以减小连接器的结合力。

该类密封圈的失效模式大概分为以下几种：①连接器密封不满足要求；②连接器结合力过大。

出现该类失效常见的原因是密封垫的压缩量不满足要求，密封垫的压缩量过小会导致密封失效，压缩量过大会导致连接器间的结合力过大。解决此类问题的措施一般为调整密封垫的压缩量和合理选择密封垫的硬度。

2　密封堵的分类

密封堵也称为“防水栓”，它的作用是实现端子与护套之间的密封。密封堵大致分为2种：一种是单个密封堵，一种是组合式密封堵，参见图6。

图6　密封堵示意图

单个密封堵常见的失效模式为：①密封堵密封不合格；②端子在压接密封堵后的插入力大于15 N［1］；③密封堵在使用过程中存在粘连现象，影响自动化生产。

出现缺陷①、②，一般是密封堵的密封过盈量不合理造成。可能出现密封失效的部位有2处，一是密封堵外径与护套穿线孔内径之间的密封处，另一种是密封堵内径与导线外径之间的密封部位。只要保证这2处密封结构的密封过盈量，密封堵的密封问题及其端子插入力大的问题就可以解决。对于③，密封堵在自动化过程中的粘连现象，是因为密封堵的材料都具有自润滑特性，产品的外表面会有一层油膜，当2个密封堵底部平面贴合时，就会将贴合面之间的空气挤出贴合面，形成一个真空区间。在大气压的作用下，2个密封堵就会紧紧地贴合在一起。解决这类缺陷的措施，常见的为在密封堵底部增加凸筋或者凸点，避免真空区间的产生，参见图7。

图7　密封堵防粘结构示意图

组合式密封堵与单个密封堵的区别在于：单个密封堵是将密封堵与端子的压接在装入护套之前完成的，组合式密封堵不需要将密封堵与端子压接，只需将端子与导线压接后直接穿过密封堵，依靠密封堵与导线外径之间的过盈量实现密封。这样就可以用非防水端子实现防水要求，因为在压接过程中不需要压接密封堵，也就提高了压接效率，组合密封堵更加适合多线连接器的密封。

3　结束语

通过对以上分析不难看出，在连接器常见的密封形式中，不管是密封圈类还是密封堵类产品，都要满足密封圈密封部位合理的过盈量，合理的密封过盈量范围在0.5～0.8 mm。既不能因过盈量过大引起装配困难，又不能因过盈量过小引起密封失效。以上列出的失效形式是目前连接器密封类产品常见的一些失效特征，可以作为分析常用连接器密封缺陷的切入点。

［1］QC／T417—2001，车用电线束插接器［S］.

［2］USCAR-2（中文第5版）-2009［1］.03.17［Z］.

（编辑陈程）

Analysis of the Common Seal Method and Failure Modes of the Connector

ZHOU Feng
（Hebi College of Vocation and Technology，Hebi 458030，China）

The main function of automotive connectors is to achieve signal and current transmission.Thus transmission reliability is one of the important indicators of the connector performance.Waterproof connector is a type of special connector which implements high transmission reliability，and is widely used among industry.

connector；waterproof；seal；transmission

U463.62

B

1003－8639（2016）07－0062－03

2015-12-17；

2016-04-05

周锋（1971-），男，副教授，从事机电控制教学与研究工作。