考虑摩擦磨损的电连接器接触可靠性预计方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑摩擦磨损的电连接器接触可靠性预计方法，所述方法以圆形线簧接触件电连接器为例，主要考虑因摩擦磨损导致的电连接器接触失效模式，通过分析电连接器在振动应力下发生插拔力减小、接触电阻增大等性能退化的内在原因及其机理，建立反映电连接器在失效诱因(包括工作应力、环境应力、时间应力等)作用下性能退化规律的摩擦磨损失效物理模型，实现电连接器接触可靠性的准确预计。本发明专利技术解决了传统可靠性预计方法难于量化产品质量一致性信息(材料、结构、工艺数据波动)对产品可靠性的影响问题。品可靠性的影响问题。品可靠性的影响问题。

【技术实现步骤摘要】
考虑摩擦磨损的电连接器接触可靠性预计方法


[0001]本专利技术涉及一种电连接器产品可靠性预计方法，具体涉及一种考虑摩擦磨损机理的圆形线簧接触件电连接器接触可靠性预计方法。

技术介绍

[0002]线簧接触件主要由线簧孔、插针、护套等组成，针孔间的电接触是依靠线簧孔内部两端固定的多个螺旋弹簧叠加实现，插针插入时叠加在一起的螺旋弹簧会发生弹性形变，与插针发生多点接触，较小的形变量即可提供较大的弹性力，具有接触可靠但加工装配相对复杂的特点。
[0003]接触件的摩擦磨损通常是指由于存在持续的外界应力或者载荷等，使得电连接器的弹性接触件的接触界面发生从几十纳米到几百微米振幅的长时间持续的循环往复运动而导致接触界面损坏的一种现象。据统计，电气系统中70％的电接触故障和汽车电子系统中超过60％的故障都与摩擦磨损相关。接触件的摩擦磨损主要与4类影响因素相关：(1)环境因素，指温度、湿度、气氛环境等；(2)接触条件，指弹性接触件间的接触形式和接触压力等；(3)弹性材料的性能，指镀层材料的材料属性、镀层厚度以及基底材料的材料属性等；(4)振动条件，指振动的幅值、频率等。摩擦磨损的微观表现为振动过程中弹性接触件的接触界面逐渐发生镀层材料的剥离、基底材料的裸露以及氧化、碎屑的堆积，导致接触件接触电阻升高从而发生接触失效。温湿度和气氛、接触形式和接触压力、镀层材料的材料属性(电导率、硬度、活泼性)和镀层厚度、振动的幅值和频率等因素都会直接影响到接触界面的磨损速率、基底材料的氧化速率、污染物的堆积量和堆积速率，宏观上可表现为接触电阻超过失效阈值时的振动往复周期数。
[0004]由于振动、冲击等外部力学环境因素的影响，导致线簧接触件的电接触界面发生摩擦磨损，严重破坏电连接器的接触特性，使得接触失效成为电连接器的主要失效模式之一，摩擦磨损成为电连接器的主要失效机理之一。传统单纯依赖数理统计的可靠性预计方法，无法准确描述圆形线簧接触件电连接器的接触特性在摩擦磨损作用下发生插拔力减小、接触电阻增大等性能退化的内在机理和规律，导致电连接器接触可靠性预计的准确性差。因此，如何实现考虑摩擦磨损机理的圆形线簧接触件电连接器接触可靠性预计成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决传统单纯依赖数理统计的可靠性预计方法无法准确描述电连接器在失效诱因作用下性能退化的机理和规律，导致接触可靠性预计准确性差的问题，本专利技术基于失效物理和数理统计方法的结合，提供了一种考虑摩擦磨损的电连接器接触可靠性预计方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种考虑摩擦磨损的电连接器接触可靠性预计方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：根据圆形线簧接触件电连接器设计图纸和工艺文件建立圆形线簧接触件电连接器的数字样机模型Y＝F(X)，用于描述圆形线簧接触件的插拔力X
F
、接触电阻X
R
等输入参数X＝[X
F
,X
R
]与圆形线簧接触件电连接器的整机插拔力Y
F
、整机接触电阻Y
R
等输出参数Y＝[Y
F
,Y
R
]之间的输入
‑
输出关系；
[0009]步骤二：针对线簧接触件(即电连接器的关键零部件)，开展考虑摩擦磨损机理的线簧接触件接触可靠性试验研究，通过摩擦磨损接触可靠性试验获得不同环境条件E、负载条件L、材料参数M、结构参数C、工艺参数T等组合下的线簧接触件插拔力和接触电阻退化数据，其中：
[0010]所述可靠性试验研究考虑的输入因素包括：环境条件E(温度、振动幅值和频率等)、负载条件L(电压、电流等)、线簧接触件材料参数M(杨氏模量、泊松比等)、线簧接触件结构参数C(尺寸参数等)、线簧接触件工艺参数T(加工参数、装配参数等)，输出因素包括：线簧接触件插拔力X
F
、线簧接触件接触电阻X
R
；
[0011]步骤三、根据摩擦磨损接触可靠性试验数据，建立线簧接触件摩擦磨损失效物理模型，用于描述线簧接触件的插拔力X
F
和接触电阻X
R
在不同环境条件E、负载条件L、材料参数M、结构参数C、工艺参数T等组合下随时间t退化的规律，其中：
[0012]所述线簧接触件摩擦磨损失效物理模型包括线簧接触件插拔力的摩擦磨损失效物理模型X
F
＝P1(E,L,M,C,T,X
Fo
,t)和接触电阻的摩擦磨损失效物理模型X
R
＝P2(E,L,M,C,T,X
Ro
,t)，X
Fo
为线簧接触件插拔力X
F
在t＝0时刻的初值，X
Ro
为线簧接触件接触电阻X
R
在t＝0时刻的初值；
[0013]步骤四：利用线簧接触件生产过程的质量一致性信息，统计得到因材料、结构、工艺参数波动导致的线簧接触件插拔力初值X
Fo
和线簧接触件接触电阻初值X
Ro
的分布均值μ
X
和标准差σ
X
，基于蒙特卡罗随机过程理论，根据X
Fo
和X
Ro
的波动范围μ
X
±
6σ
X
，利用独立同分布的中心极限定理随机生成N组符合正态分布的批次线簧接触件虚拟样本在t＝0时刻的初值X
o1
＝[X
Fo1
,X
Ro1
]、X
o2
＝[X
Fo2
,X
Ro2
]、...、X
oN
＝[X
FoN
,X
RoN
]，其中：
[0014]所述质量一致性信息包括线簧接触件在整条生产线上的零件加工、装配、调试等工艺流程中产生的，能够反映工序过程能力的相关数据；
[0015]步骤五：将步骤四构建的批次线簧接触件虚拟样本在t＝0时刻的初值X
o1
、X
o2
、...、X
oN
代入步骤三建立的线簧接触件插拔力摩擦磨损失效物理模型X
F
＝P1(E,L,M,C,T,X
Fo
,t)和接触电阻摩擦磨损失效物理模型X
R
＝P2(E,L,M,C,T,X
Ro
,t)中，得到批次线簧接触件的插拔力X
F
和接触电阻X
R
在不同环境条件E、负载条件L、材料参数M、结构参数C、工艺参数T等组合下随时间t退化的规律；再将上述批次线簧接触件的插拔力X
F
和接触电阻X
R
随时间t退化的规律代入步骤一建立的圆形线簧接触件电连接器数字样机模型Y＝F(X)中，得到批次圆形线簧接触件电连接器输出特性Y＝[Y
F
,Y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑摩擦磨损的电连接器接触可靠性预计方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一：根据圆形线簧接触件电连接器设计图纸和工艺文件建立圆形线簧接触件电连接器的数字样机模型Y＝F(X)，用于描述圆形线簧接触件的插拔力X
F
、接触电阻X
R
输入参数X＝[X
F
,X
R
]与圆形线簧接触件电连接器的整机插拔力Y
F
、整机接触电阻Y
R
输出参数Y＝[Y
F
,Y
R
]之间的输入
‑
输出关系；步骤二：针对线簧接触件，开展考虑摩擦磨损机理的线簧接触件接触可靠性试验研究，通过摩擦磨损接触可靠性试验获得不同环境条件E、负载条件L、材料参数M、结构参数C、工艺参数T组合下的线簧接触件插拔力和接触电阻退化数据；步骤三、根据摩擦磨损接触可靠性试验数据，建立线簧接触件摩擦磨损失效物理模型，用于描述线簧接触件的插拔力X
F
和接触电阻X
R
在不同环境条件E、负载条件L、材料参数M、结构参数C、工艺参数T组合下随时间t退化的规律；步骤四：利用线簧接触件生产过程的质量一致性信息，统计得到因材料、结构、工艺参数波动导致的线簧接触件插拔力初值X
Fo
和线簧接触件接触电阻初值X
Ro
的分布均值μ
X
和标准差σ
X
，基于蒙特卡罗随机过程理论，根据X
Fo
和X
Ro
的波动范围μ
X
±
6σ
X
，利用独立同分布的中心极限定理随机生成N组符合正态分布的批次线簧接触件虚拟样本在t＝0时刻的初值X
o1
＝[X
Fo1
,X
Ro1
]、X
o2
＝[X
Fo2
,X
Ro2
]、...、X
oN
＝[X
FoN
,X
RoN
]；步骤五：将步骤四构建的批次线簧接触件虚拟样本在t＝0时刻的初值X
o1
、X
o2
、...、X
oN
代入步骤三建立的线簧接触件插拔力摩擦磨损失效物理模型X
F
＝P1(E,L,M,C,T,X
Fo
,t)和接触电阻摩擦磨损失效物理模型X
R
＝P2(E,L,M,C,T,X
Ro
,t)中，得到批次线簧接触件的插拔力X
F
和接触电阻X
R
在不同环境条件E、负载条件L、材料参数M、结构参数C、工艺参数T组合下随时间t退化的规律；再将上述批次线簧接触件的插拔力X
F
和接触电阻X
R
随时间t退化的规律代入步骤一建立的圆形线簧接触件电连接器数字样机模型Y＝F(X)中，得到批次圆形线簧接触件电连接器输出特性Y＝[Y
F
,Y
R
]在不同环境条件E、负载条件L、材料参数M、结构参数C、工艺参数T组合下随时间t退化的规律，且t
i
时刻批次圆形线簧接触件电连接器虚拟样本的输出特性为Y1(t
i
)＝[Y
F1
(t
i
),Y
R1
(t
i
)],
…
,Y
N
(t
i
)＝[Y
FN
(t
i
),Y
RN
(t
i
)]；步骤六：根据电子系统可靠工作时为圆形线簧接触件电连接器分配的整机插拔力和整机接触电阻的合格阈值，确定输出特性Y＝[Y
F
,Y
R
]的许用应力σ＝[σ
F
,σ
R
]，利用步骤五得到的批次圆形线簧接触件电连接器虚拟样本在t
i
时刻的输出特性Y1(t
i
)＝[Y
F1
(t
i
),Y
R1
(t
i
)],
…
,Y
N
(t
i
)＝[Y
FN
(t
i
),Y
RN
(t
i
)]，根据应力
‑
强度干涉理论确定样本中发生接触失效的数量，从而计算当前时刻的接触可靠度。2.根据权利要求1所述的考虑摩擦磨损的电连接器接触可靠性预计方法，其特征在于所述步骤二中，可靠性试验研究考虑的输入因素包括：环境条件E、负载条件L、线簧接触件材料参数M、线簧接触件结构参数C、线簧接触件工艺参数T，输出因素包括：线簧接触件插拔力X
F
、线簧接触件接触电阻X
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐乐，程浩，赵禹瑶，陈东旭，王紫阳，吴凯，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：