駱燕燕， 蔡明， 于長潮， 王彪

1.河北工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 天津 300130 2.河北省滄州渤海新區(qū)供電公司， 滄州 061000 3.中國能源建設(shè)集團(tuán) 天津電力設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300400

振動對電連接器接觸性能退化的影響

駱燕燕1,*， 蔡明1， 于長潮2， 王彪3

1.河北工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 天津 300130 2.河北省滄州渤海新區(qū)供電公司， 滄州 061000 3.中國能源建設(shè)集團(tuán) 天津電力設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300400

長期振動作用下，電連接器插孔易出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，引起接觸性能的退化。針對接觸件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種接觸壓力監(jiān)測方法和接觸性能退化試驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)電路并進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：① 接觸壓力波動程度受振動頻率與加速度共同影響，高頻振動下,接觸壓力值波動程度約為低頻振動下的3～7倍；但隨著振動加速度的增大，低頻振動下接觸壓力波動程度的增幅更為明顯；② 隨著振動次數(shù)的增加，接觸壓力逐漸減??；振幅越大，接觸壓力的降幅越明顯；試驗(yàn)后插孔槽寬的變化規(guī)律與之吻合，且振幅越大，振動累積效應(yīng)的差異性越明顯；但接觸電阻無明顯的變化趨勢。因此，振動引發(fā)的插孔應(yīng)力松弛現(xiàn)象和電連接器接觸性能退化的演變極其緩慢，但振動影響的差異性可能會導(dǎo)致突發(fā)性偶然失效現(xiàn)象。

電連接器； 接觸壓力； 振動； 性能退化； 應(yīng)力松弛

電連接器是器件與器件、組件與組件、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間進(jìn)行電氣連接和信號傳遞的基礎(chǔ)元件，其廣泛應(yīng)用于航空、航天、國防等軍用和民用系統(tǒng)中。電連接器的可靠性水平與電氣設(shè)備的性能，以及工業(yè)控制系統(tǒng)和軍事武器系統(tǒng)的安全運(yùn)行密切相關(guān)。

在儲存和使用過程中，振動應(yīng)力是影響電連接器可靠性的主要環(huán)境因素之一。長期振動累積效應(yīng)會造成電連接器插孔出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，導(dǎo)致電連接器接觸件間的接觸壓力逐漸減小，接觸電阻增加，接觸性能退化，直至失效[1-3]。

國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于振動對電連接器可靠性影響的研究主要包括2個方面：① 仿真或試驗(yàn)研究微動磨損規(guī)律與機(jī)理。例如， Flowers等[4]利用ABAQUS仿真軟件對針式電連接器進(jìn)行了有限元建模仿真，得到了接觸件間的微動幅值、相位與激振頻率之間的對應(yīng)關(guān)系。Ishimaru等[5]將宏觀球-平面接觸表面等效成二維矩形多元胞結(jié)構(gòu)，配合所添加的氧化規(guī)則、玻璃規(guī)則和移動規(guī)則對微動磨損條件下接觸件的接觸電阻的蛻變規(guī)律進(jìn)行了探討。任萬濱等[6]利用微動磨損測試系統(tǒng)研究了不同微動幅值條件下觸點(diǎn)接觸電阻、切向力及表面形貌的特點(diǎn)，并確定了微動磨損的失效模式及失效機(jī)理。支宏旭[7]研究了振動頻率、幅值、加速度、電流和環(huán)境溫度等綜合環(huán)境應(yīng)力對電連接器電接觸特性的影響規(guī)律。文獻(xiàn)[8-11]結(jié)合結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型和有限元模型，確定了電連接器接觸電阻波動的物理機(jī)理。② 試驗(yàn)驗(yàn)證或壽命評估。例如，文獻(xiàn)[12-17]中分別對航天電連接器在溫度應(yīng)力、振動應(yīng)力和綜合應(yīng)力作用下的加速壽命試驗(yàn)的理論和方法進(jìn)行了大量的研究，并對高可靠性的電連接器進(jìn)行了壽命評估。

上述國內(nèi)外研究主要以接觸電阻為監(jiān)測量探討振動應(yīng)力作用下電連接器接觸件的微動現(xiàn)象及微動引起的接觸磨損和失效等問題。而對于高可靠長壽命產(chǎn)品，其性能退化進(jìn)程十分緩慢，接觸電阻監(jiān)測值呈現(xiàn)波動變化，增長趨勢非常不明顯[18-21]。因此，本文以接觸壓力為監(jiān)測參量來探究振動對電連接器接觸性能退化的影響。

1 電連接器接觸壓力的測試方法

本文研究的電連接器陰極接觸件(插孔)是圓柱式四開槽型，如圖1所示，即插孔的前端被均分為4個接觸簧片。

圖1 圓柱式四開槽型接觸件Fig.1 Cylindric four-slotted contactor

與陽極接觸件(插針)插合時，插孔發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生穩(wěn)定的接觸壓力，與插針形成緊密接觸，其接觸面為圓柱面。這種特殊接觸形式下的壓力很難用常規(guī)的壓力傳感器來監(jiān)測，因此，本文提出了一種以插孔應(yīng)變量來測試接觸壓力的方法。

1.1 電連接器接觸件模型

與插針插合時，插孔接觸簧片的變形可簡化為典型的集中力作用型懸臂梁結(jié)構(gòu)[21]，如圖2所示，圖中δ為撓度(插孔收口處單個接觸簧片的變形量)。

圖2 集中力作用型懸臂梁Fig.2 Cantilever beam subjected to concentrated force

圖2中，插孔接觸簧片i處的應(yīng)變值εi與接觸簧片端部的接觸壓力F的關(guān)系為[22-23]

(1)

式中：l為接觸簧片的長度；i為距接觸簧片根部的距離；Wi為接觸簧片i處的抗彎模量；E為接觸簧片的彈性模量。

根據(jù)機(jī)械手冊和電連接器插孔接觸簧片的結(jié)構(gòu)尺寸可得[24]：Wi=2.084×10-10m3；E=103 GPa；l=0.01 m。將上述參數(shù)代入式(1)中，則有

(2)

由式(2)可知，電連接器接觸件接觸壓力的檢測可通過測量插孔簧片應(yīng)變量來實(shí)現(xiàn)。

1.2 接觸壓力的測試電路

采用圖3所示的應(yīng)變測試儀進(jìn)行插孔接觸簧片的應(yīng)變量測試[25]。

圖3中，插孔應(yīng)變量由直流電橋測量，經(jīng)濾波、放大單元輸出測量電壓U，其表達(dá)式為

(3)

式中：UAC為橋電壓，UAC=2 V；k為增益，k=1 000；K為應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，K=2；則

U=1 000εi

(4)

將式(4)代入式(2)得

(5)

因此，測試中確定了應(yīng)變傳感片粘貼位置與接觸簧片根部的距離i后，由應(yīng)變儀的輸出電壓值U即可得到接觸件接觸壓力F的數(shù)值。

圖3 應(yīng)變測試電路原理圖[25]Fig.3 Schematic diagram of strain testing circuit[25]

2 接觸性能退化試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)樣品

本文選用的試樣為某型號三針圓形電連接器，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1電連接器試樣的主要技術(shù)參數(shù)

Table1Maintechnicalparametersofelectricalconnectorsamples

ParameterValueCorenumber3PRatedcurrent/voltage15A/250VContactresistance/mΩ5Soldercupaperture/mm2.4Contactaperture/mm3.45

由掃頻和駐頻試驗(yàn)測得電連接器試樣的固有頻率為166 Hz。

2.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)GJB 1217A—2009《電連接器試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定[26]，試驗(yàn)的基本條件設(shè)定為：環(huán)境溫度為15～35 ℃；相對濕度為20%～80%；大氣壓力為73～106 kPa。試樣的激勵條件為振動頻率(包括低頻段和高頻段)、振幅和振動加速度。

試驗(yàn)內(nèi)容主要分為振動的沖擊和累積效應(yīng)測試試驗(yàn)兩部分，試驗(yàn)方案如表2和表3所示。

表2電連接器在各種振動條件下振動沖擊效應(yīng)的試驗(yàn)方案

Table2Testschemeforvibrationimpacteffectofelectricalconnectorsundervariousvibrationconditions

TestNo.Vibrationfrequency/HzAmplitudeofvibrationacceleration/gSampleNo.Ⅰ 201,3,5,725-28Ⅱ 351,3,5,725-28Ⅲ 501,3,5,725-28Ⅳ 651,3,5,725-28Ⅴ1511,3,5,729-32Ⅵ1661,3,5,729-32Ⅶ1811,3,5,729-32

Note： 1g=9.8 m/s2

表3電連接器在各種振動條件下振動累積效應(yīng)的試驗(yàn)方案

Table3Testschemeforvibrationcumulativeeffectofelectricalconnectorsundervariousvibrationconditions

TestNo.Vibrationfrequency/HzVibrationamplitude/mmNumberofvibration/TimesSampleNo.ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ1661811510.050.030.050.030.050.031061-45-89-1213-1617-2021-24

2.3 試驗(yàn)電路

圖4所示為振動條件下接觸性能退化試驗(yàn)電路，主要包括振動驅(qū)動單元(一) 、負(fù)載電路(二)、應(yīng)變感測單元(三)、振動狀態(tài)監(jiān)測單元(四)和數(shù)據(jù)采集單元(五)5個部分。

圖4中，振動驅(qū)動單元產(chǎn)生試驗(yàn)所需振動激勵條件；振動狀態(tài)監(jiān)測單元為振動驅(qū)動單元的反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；負(fù)載電路為電連接器試樣提供所需的額定工作條件；應(yīng)變感測單元用于感測接觸件插孔應(yīng)變量并將其轉(zhuǎn)變成電壓信號；數(shù)據(jù)采集單元對輸出電壓信號進(jìn)行采集存儲。

圖4 接觸性能退化試驗(yàn)電路原理圖Fig.4 Block diagram of contact performance degradation testing circuit

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 振動沖擊效應(yīng)的分析

3.1.1 低頻段的數(shù)據(jù)分析

據(jù)表2試驗(yàn)組別Ⅰ～Ⅳ方案進(jìn)行的測試試驗(yàn)中，25號試樣接觸壓力的變化曲線如圖5所示。

由圖5可見，低頻振動沖擊下，電連接器接觸壓力的變化主要有如下特點(diǎn)：

1) 振動頻率f相同時，隨著振動加速度幅值的增大，接觸壓力波動范圍不斷變大，且波動程度的增長速率也越來越大，7g時接觸壓力的波動范圍約為1g時的2～3倍，而接觸壓力波動中心基本保持在4.32～4.33 N之間。

2) 振動加速度幅值相同時，隨著振動頻率的增加，接觸壓力的波動中心及波動程度沒有明顯的變化；7g時，接觸壓力波動范圍隨振動頻率的增加略有減小的趨勢。

圖5 低頻振動沖擊下25號試樣接觸壓力的變化Fig.5 Changes in contact force of No.25 sample under low frequency vibration impact

3.1.2 高頻段(含固有頻率)的數(shù)據(jù)分析

據(jù)表2中試驗(yàn)組別Ⅴ～Ⅶ方案進(jìn)行的測試試驗(yàn)中，29號試樣接觸壓力的變化曲線如圖6所示。

由圖6可見，固有頻率及其附近的高頻振動沖擊對電連接器接觸壓力的影響：

1) 振動頻率相同時，隨著振動加速度幅值的增大，接觸壓力波動范圍略有增大，波動程度的增長率為0%～10.0%；而接觸壓力的波動中心基本保持在4.17～4.185 N之間。

2) 當(dāng)振動加速度幅值相同時，接觸壓力的波動中心沒有明顯的變化；以固有頻率(166 Hz)為對稱軸，隨振動頻率減小或增大，接觸壓力的波動范圍呈“類拋物線”規(guī)律緩慢減小。

圖6 高頻振動沖擊下29號試樣接觸壓力的變化Fig.6 Changes in contact force of No.29 sample under high frequency vibration impact

3.1.3 高低頻段的數(shù)據(jù)對比分析

低頻區(qū)段與固有頻率及其附近高頻區(qū)段的測試結(jié)果對比分析顯示：

1) 電連接器接觸壓力波動中心受振動加速度幅值及振動頻率的影響均不明顯。

2) 固有頻率及其附近的高頻振動條件下，試樣接觸壓力的波動程度約為低頻振動條件下的3～7倍。

3) 隨振動加速度峰值的增大，低頻振動條件下接觸壓力波動范圍增幅十分明顯；而固有頻率及其附近高頻振動條件下接觸壓力的波動范圍增幅相對較小。

3.2 振動累積效應(yīng)的分析

3.2.1 接觸壓力的變化

依據(jù)表3中的方案進(jìn)行試驗(yàn)后，電連接器接觸壓力的變化量如表4所示。

由表4可見，振動100萬次后6組試樣的接觸壓力呈現(xiàn)不同程度的減小，相對變化量在1.64%～10.75%；同一振動頻率條件下，振幅較大時，接觸壓力降低的相對變化量較大；同一振幅條件下，振動頻率為試樣的固有頻率時，試樣的接觸壓力變化量最大。

表4 試驗(yàn)前后1～24號試樣接觸壓力的變化Table 4 Changes in contact force of Nos.1-24 samples before and after test

由此可推斷，隨著振動次數(shù)的增加，電連接器接觸件逐漸出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，接觸壓力逐漸減小，產(chǎn)品接觸性能緩慢退化；相同振動頻率下，振動幅值越大，振動對接觸壓力的累積效應(yīng)就會越大，應(yīng)力松弛現(xiàn)象也越明顯，電連接器產(chǎn)品接觸性能退化得越快。

3.2.2 插孔收口尺寸的變化

由圖1可知，為了保證電連接器插針與插孔間穩(wěn)定的接觸壓力，插孔插合端設(shè)計(jì)為收口結(jié)構(gòu)，劈槽端部(即收口處)的寬度(以下簡稱槽寬)比其根部的寬度要小。若槽寬增大，插孔收口尺寸增加，則插針與插孔間的接觸壓力將減小。

振動累積效應(yīng)試驗(yàn)前后，對6組試樣非插合狀態(tài)下的插孔槽寬進(jìn)行了測量，其絕對增量和相對增量如圖7和圖8所示。

圖7 試驗(yàn)后插孔槽寬的絕對增量Fig.7 Absolute increment in slot width of jacks after test

圖8 試驗(yàn)后插孔槽寬的相對增量Fig.8 Relative increment in slot width of jacks after test

由圖7和圖8可見，振動累積效應(yīng)試驗(yàn)后，插孔槽寬均有不同程度的增加。隨著振幅的增大，插孔槽寬的增量也隨之增加，而相對增量的增幅尤為明顯；且數(shù)據(jù)的分散性也增強(qiáng)。這說明，振幅越大，振動對電連接器的累積效應(yīng)的差異性越明顯，此差異性甚至存在于同一試樣中不同接觸件間。由此可推斷振動影響的差異性可能會導(dǎo)致突發(fā)性偶然失效，即發(fā)生在某些振動累積效應(yīng)嚴(yán)重的接觸件中。

3.2.3 插拔力的變化

試驗(yàn)前后試樣插拔力的變化如表5所示。由表5 可知，試驗(yàn)后約有45.8%試樣的最大分離力與最大插入力減小，且試樣插拔力的增減趨勢和量值變化隨機(jī)性較強(qiáng)，未顯示出與振動頻率和振動幅值間有明顯的關(guān)聯(lián)性。

表5 試驗(yàn)前后試樣插拔力的變化Table 5 Changes in insertion and withdrawal force of samples before and after test

3.2.4 接觸電阻的變化

試驗(yàn)中，本文對電連接器試樣的接觸電阻進(jìn)行了間歇式定期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)：隨著振動次數(shù)的增加，79.3%左右接觸件的接觸電阻有先減小而后緩慢增大的趨勢；振動100萬次后，依然有 45.8% 接觸件的接觸電阻相比試驗(yàn)前的有些許減小，僅有29.2%接觸件的接觸電阻略有增加，其余可視為基本不變。試驗(yàn)前后電連接器試樣接觸電阻的變化與振動頻率和振幅亦沒有明顯的關(guān)聯(lián)性規(guī)律，如圖9所示。

圖9 試驗(yàn)前后試樣接觸電阻變化Fig.9 Changes in contact resistance of samples before and after test

3.2.5 參數(shù)變化間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性分析

根據(jù)圖1和圖2所示的接觸件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料力學(xué)相關(guān)理論，可推導(dǎo)出插孔單個接觸簧片的另一模型關(guān)系式為

(6)

式中：Ix為插孔截面關(guān)于中層軸x的慣性矩，mm4。

由電接觸基本理論可知，接觸電阻與接觸壓力間的關(guān)系為

(7)

式中：Rj為接觸電阻，μΩ；Aj為接觸材料表面情況等決定的相關(guān)系數(shù)；m為與接觸面形式相關(guān)的指數(shù)。

插拔力與接觸壓力間的關(guān)系為

Fi=μFn

(8)

式中：μ為接觸面間的摩擦系數(shù)；Fi為插拔力，N；Fn為接觸壓力法向分量，N。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：不同振幅條件下振動累積效應(yīng)引發(fā)插孔出現(xiàn)應(yīng)力松弛的直觀表象是插孔收口處槽寬增加，孔徑增大，從而導(dǎo)致插孔懸臂梁模型中的撓度減小(見圖2)；由式(6)～式(8)的理論推算，則應(yīng)伴隨有接觸壓力減小、插拔力減小和接觸電阻增加的現(xiàn)象發(fā)生。然而，實(shí)際的測試數(shù)據(jù)中，僅接觸壓力的變化基本與插孔槽寬變化相吻合；而接觸電阻和插拔力卻未顯現(xiàn)出相應(yīng)的變化規(guī)律或趨勢。

這是因?yàn)榻佑|電阻的數(shù)值受接觸壓力、接觸材料表面狀況及接觸面形式等綜合因素的影響(見式(7))。試驗(yàn)初始階段，雖然試樣的接觸壓力減小會使接觸電阻增大，但振動應(yīng)力引起的接觸件接觸區(qū)域微動，對表面氧化膜層或者污染膜層有“清理”效應(yīng)，更多的導(dǎo)電接觸斑點(diǎn)會從破碎處擠出，使膜電阻降低，又會使接觸電阻有減小趨勢。因此，未達(dá)到極限累積效應(yīng)前，接觸電阻值的增減取決于這2種作用“博弈”的結(jié)果。隨著振動累積效應(yīng)的加深，接觸件出現(xiàn)磨損后，接觸表面狀況惡化，接觸電阻值才會明顯增長。圖10表明試驗(yàn)后某些試樣接觸件的接觸區(qū)域已開始出現(xiàn)磨痕。因此，接觸件磨損狀態(tài)的差異性導(dǎo)致試樣接觸電阻值變化不同。

此外，接觸件磨損會造成接觸面由光滑變?yōu)榇植?，接觸面的摩擦系數(shù)增大。因此，摩擦系數(shù)增大與接觸壓力減小的綜合作用致使試驗(yàn)后插拔力出現(xiàn)“隨機(jī)”增減的變化特點(diǎn)。

圖10 試樣接觸件接觸區(qū)域表面形貌對比Fig.10 Comparison of morphology of contact surface of sample contacts

綜上，振動引發(fā)的插孔應(yīng)力松弛現(xiàn)象和電連接器接觸性能退化的演變進(jìn)程非常緩慢，接觸電阻因受多種因素影響，很難展現(xiàn)試樣接觸性能退化過程中的微弱變化并及時窺探出潛在的失效隱患；相比之下，接觸壓力則是一個更為敏感的參數(shù)。

4 試樣接觸性能退化的預(yù)測分析

因試驗(yàn)中沒有失效試樣，本文采用灰色模型對振動累積效應(yīng)試驗(yàn)中試樣的接觸壓力變化趨勢及其性能退化進(jìn)行了預(yù)測。

以試樣的接觸壓力值為灰色模型GM(1,1)的原始序列，即

x(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n))

(9)

x(0)的1-AGO數(shù)列為

x(1)=(x(1)(1),x(1)(2),…,x(1)(n))

(10)

式中：

x(1)(k)=x(1)(k-1)+x(0)(k)

k=1,2,…,n

(11)

x(1)的均值序列平均值(MEAN)為

z(1)(k)=0.5x(1)(k)+0.5x(1)(k-1)

(12)

由式(9)、式(10)和式(12)中的3組序列得到中間參數(shù)包P=(c,d,e,o)可得到序列的發(fā)展系數(shù)a與灰作用量b分別為

(13)

(14)

則有GM(1,1)模型為

x(0)(k)+az(1)(k)=b

(15)

GM(1,1)白化響應(yīng)式為

(16)

(17)

式(16)和式(17)即灰色理論GM(1,1)模型的擬合與預(yù)測公式。預(yù)測出的6組振動條件下接觸壓力的變化趨勢如圖11所示。

圖11 接觸壓力的變化趨勢預(yù)測Fig.11 Prediction of change trend of contact force

依據(jù)試樣的極限接觸電阻R=5 mΩ，取試樣接觸材料(黃銅)的系數(shù)K=670，接觸面形式系數(shù)m=0.7，由式(7)得到接觸壓力臨界值F=0.555 N。由灰色模型預(yù)測出試樣接觸性能退化至失效時的累積振動次數(shù)如表6所示。

表6電連接器接觸失效時的累積振動次數(shù)預(yù)測值

Table6Predictionvalueofcumulativevibrationtimesforcontactfailureofelectricalconnectors

Vibrationamplitude/mmPredictionvalue/(104times)f=151Hzf=166Hzf=181Hz0.0312232578764660.05 463033083965

5 結(jié) 論

1) 振動沖擊效應(yīng)試驗(yàn)中，振動加速度相同時，固有頻率附近的高頻振動條件下，電連接器接觸壓力值的波動程度約為低頻振動下的3～7倍；但隨著振動加速度的增大，低頻振動下接觸壓力波動程度的增幅現(xiàn)象更為明顯。

2) 振動累積效應(yīng)試驗(yàn)中，隨著振動次數(shù)的增加，電連接器的接觸壓力呈指數(shù)規(guī)律衰減；固有頻率條件下，接觸性能退化最快；以固有頻率為中心，隨著振動頻率的降低或增高，接觸性能退化均減緩，且低頻側(cè)減緩的幅度較大；相同振動頻率下，振幅略有增加，電連接器接觸壓力既有較明顯的降幅，接觸性能的退化也越快，且低頻側(cè)振幅的影響更為顯著。

3) 振動累積效應(yīng)試驗(yàn)后，電連接器插孔槽寬有不同程度的增加(插孔孔徑增大)，表明接觸件出現(xiàn)了應(yīng)力松弛現(xiàn)象；隨著振幅的增大，插孔槽寬相對增量的增幅尤為明顯；且數(shù)據(jù)分散性也增強(qiáng)，振動對試樣產(chǎn)生的累積效應(yīng)的差異性更明顯。

4) 振動累積效應(yīng)試驗(yàn)后，電連接器試樣的插拔力和接觸電阻值未顯示出與振動頻率和振幅明顯的關(guān)聯(lián)性。

在振動引發(fā)的插孔應(yīng)力松弛和電連接器接觸性能退化的緩慢演變過程中，插孔收口處的槽寬(孔徑)和接觸壓力是較為敏感的參數(shù)。而進(jìn)一步研究接觸性能退化演變過程中插孔應(yīng)力松弛與接觸件磨損的微觀機(jī)理，探究宏微觀間的關(guān)聯(lián)性，可能會揭示或預(yù)測出突發(fā)性失效的潛在原因與概率。

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(責(zé)任編輯： 徐曉)

*Correspondingauthor.E-mail:luoyy@hebut.edu.cn

Influenceofvibrationoncontactperformancedegradationofelectricalconnectors

LUOYanyan1,*,CAIMing1,YUChangchao2,WANGBiao3

1.CollegeofElectricalEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300130,China2.HebeiProvinceCangzhouBohaiNewDistrictPowerSupplyCompany,Cangzhou061000,China3.TianjinElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd.,ChinaEnergyEngineeringGroup,Tianjin300400,China

Thejackoftheelectricalconnectorisanelasticelement,andiseasytoshowstressrelaxationundertheeffectoflong-termvibration,soastoleadstoperformancedegradationofelectricalconnectors.Acontactforcemonitoringmethodandcontactperformancedegradationtestschemeareproposed,andacircuitisdesignedforthetest.Thetestresultshowsthatthefluctuationofthecontactforceisinfluencedbyvibrationfrequencyandacceleration.Thecontactforcefluctuationunderhighfrequencyvibrationisabout3-7timesofthatunderlowfrequencyvibration.Thecontactforcefluctuationunderlowfrequencyvibrationincreasesmoreobviouslywiththeincreaseofvibrationacceleration.Thecontactforcedecreaseswiththeincreaseofvibrations.Thelargerthevibrationamplitudeis,themoreobviousthedecreaseofthecontactforceis.Thechangelawoftheslotwidthafterthetestisconsistentwiththatofthecontactforce.Moreover,thelargerthevibrationamplitudeis,themoreobviousthedifferenceoftheslotwidthvariationis.However,thecontactresistancehasnoobviouschangetendency.Therefore,althoughtheevolutionprocessofstressrelaxationandthecontactperformancedegradationofelectricalconnectorscausedbyvibrationareextremelyslow,thedifferenceofvibrationeffectcanleadtosuddenaccidentalfailureofelectricalconnectors.

electricalconnector;contactforce;vibration;performancedegradation;stressrelaxation

2016-11-16；Revised2017-02-22；Accepted2017-04-07；Publishedonline2017-04-261726

URL：www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20170426.1726.002.html

s：NationalNaturalScienceFoundationofChina(51107028)；ElectricalProductsReliabilityTechnologyofHebei2011CollaborativeInnovationCenterProject

2016-11-16；退修日期2017-02-22；錄用日期2017-04-07； < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間

時間：2017-04-261726

www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20170426.1726.002.html

國家自然科學(xué)基金 (51107028)； 河北省電工產(chǎn)品可靠性技術(shù)2011協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目

.E-mailluoyy@hebut.edu.cn

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http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn

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V242.45; TM503+.5; TB114.3

A

1000-6893(2017)08-220936-12