連接器的機械性能是指連接器在受到各種機械應力和操作條件下所表現出的物理特性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用一些物理特性來(lái)衡量連接器在機械力與時(shí)間共同作用下的表現。

連接器的機械性能關(guān)乎連接器在實(shí)際使用中能否夠承受預期的機械負荷和操作次數，關(guān)系到整個(gè)連接系統穩定性和可靠性評估。

一般衡量指標

連接器的機械性能一般都會(huì )用如下指標衡量：

插入力以及拔出力

保持力

插拔壽命

抗振性能

耐沖擊性能

(對于一些特定應用領(lǐng)域的連接器，對機械性能也會(huì )有特定要求，比如電車(chē)充電槍連接器要求耐車(chē)輛碾壓，耐跌落等要求。)

我們通過(guò)不同機械性能相關(guān)的測試，來(lái)逐一介紹。

PART/ 01

插拔力測試

(Insertion and Withdraw Force Test)

插拔力是指連接器插入力及拔出力的機械性能指標。

連接系統使用連接器，根本目的就是通過(guò)插拔連接器實(shí)現導通及斷路。而插拔這一動(dòng)作大部分情況下是人為完成的，為了方便操作，就要求連接器的插入力不可以超過(guò)一定的數值，例如M12連接器標準IEC 61076-2-101內定義M12系列連接器的插入力范圍為10N ~ 30N。而為了保持可靠的電氣接觸，連接器的拔出力也不應設計得過(guò)小，同樣以M12連接器為例，其標準要求的拔出力范圍在15N ~ 30N之間。

插拔力的測試我們一般會(huì )使用插拔力試驗機完成。

插拔力測試一般會(huì )安排在連接器原始狀態(tài)，插拔壽命過(guò)程中，及插拔壽命測試后執行，以比較連接器在使用后的插拔力變化。

一般參考標準：EIA-364-13或IEC 60512-13b

需要定義如下測試參數：

a) 測試速度：若無(wú)特殊定義，連接器/端子插拔力測試會(huì )按25.4mm/min (EIA-364-13) 的插拔速度執行

b) 判定限值：參考產(chǎn)品設計標準

連接器插拔力的影響因素很多，如連接器公母端子之間的匹配、連接器主體的匹配、防水密封圈導致的插拔困氣等，都會(huì )影響插拔力值的大小。在插拔力不滿(mǎn)足要求時(shí)，也會(huì )將連接器拆分成各配合零組件，通過(guò)各零件間的插拔力測試來(lái)分析不良。

插拔力測試最需要注意的是公母端夾持，插拔力測試機臺一般都是垂直運動(dòng)的，若公母端的夾持存在偏斜，則會(huì )導致插拔力過(guò)大，甚至破壞待測物及機臺傳感器。要特別注意，測試標準對插拔力測試的樣品是否要求去除連接器或端子表面的潤滑劑/潤滑脂。

PART/ 02

保持力測試

(Retention Force Test)

連接器通常設計帶有鎖緊機構 (Locking mechanism)，以確保連接器在匹配后保持牢固，防止誤拔或在外界振動(dòng)沖擊時(shí)意外脫落。

連接器的保持力，通俗講，是指需要該連接器鎖緊機構能保持連接器對插狀態(tài)需要抵抗的最小外力。通常，連接器的測試會(huì )要求該力值施加一定的時(shí)間。同樣地，我們以M12系列連接器舉例，IEC 61076-2-010定義了M12 Push-Pull鎖緊機構的連接器性能，其中6.3.2.1章節要求連接器的Retention force≥300N，且力值施加時(shí)間為60±5s。

(圖示為Push-Pull Lock的鎖緊機構示意)

連接器保持力的測試設備與插拔力類(lèi)似，測試除一般會(huì )定義到的最大力值施加時(shí)間外，還需要注意部分標準會(huì )定義力值施加的方式。如M12 Push-Pull型連接器保持力測試參考標準IEC 60512-16-6，力值需要以25mm/min施加，也就是需要對插狀態(tài)的連接器以該速度在不解鎖狀態(tài)拔出，直到傳感器測得拔出力為測試要求值再保持測試要求的時(shí)間，要求待測連接器不脫離。

保持力測試一般也會(huì )安排在連接器原始狀態(tài)，插拔壽命過(guò)程中，及插拔壽命測試后執行，以比較連接器在不同使用壽命后對鎖緊機構強度的影響。在部分高溫、UV或者鹽霧腐蝕等對鎖緊機構材質(zhì)會(huì )有老化影響的測試后也會(huì )安排保持力測試。

保持力測試會(huì )定義如下參數：

a) 測試力值

b) 測試力值施加時(shí)間

c) 測試力值施加方式

d) 判定要求

連接器的保持力由鎖緊機構的結構強度及其材質(zhì)強度決定。

(下圖自左至右，分別是Latch Lock，Screw Lock，Bayonet Lock的鎖緊機構示意)

PART/ 03

插拔壽命測試

(Durability Test)

連接器的插拔壽命，一般以產(chǎn)品設計壽命內不影響功能的插拔次數定義。插拔壽命測試的目的是用來(lái)評估連接器經(jīng)連續使用后端子/結構件磨損及電氣性能的變化。

如上文提及，大部分連接器設計有鎖緊機構，連接器執行插拔壽命測試時(shí)，需要考量選擇自動(dòng)插拔設備測試或人工測試。

一般地，以插拔力為主要驗證目的，尤其是端子磨損對應插拔力變化的插拔壽命測試，我們會(huì )建議使用插拔機臺執行測試，這時(shí)可以按實(shí)際情況去除鎖緊機構（如Latch Lock會(huì )去除Latch后用機臺測試）。

一般而言，在插拔壽命測試的過(guò)程中，插拔力監測曲線(xiàn)會(huì )出現插拔力先變小后上升，再變小的趨勢，主要原因是由于自動(dòng)插拔機臺一般為垂直地面運行，在長(cháng)期插拔壽命測試過(guò)程中，端子或塑膠/金屬件磨損產(chǎn)生的碎屑無(wú)法排除，堆積在連接器內，從而加大干涉，再繼續插拔的過(guò)程中，這些碎屑逐漸消除，從而插拔力力值下降。

為了防止塑膠/金屬件磨損的碎屑測試結果的影響，讓測試過(guò)程更貼近實(shí)際連接器使用壽命周期內的互配/脫離狀況，連接器的壽命測試也常常會(huì )用人工插拔的方式進(jìn)行。該方式更能模擬連接器所有零件在壽命周期內的磨損狀況，尤其對一些帶有導向結構或者防呆鍵位的連接器，更能如實(shí)評估這些位置的磨損狀況。

一般參考標準：EIA-364-09或IEC 60512-9a

需要定義如下測試參數：

a) 測試方法：自動(dòng)機器插拔或者手動(dòng)人工插拔

b) 插拔速度：自動(dòng)設備一般設置最大500±5插拔循環(huán)/分鐘，其中，對于圓形連接器一般設置250~300插拔循環(huán)/分鐘。人工一般最大300插拔循環(huán)/分鐘

c) 插拔次數

d) 判定要求：包含外觀(guān)、電氣、插拔力等

連接器的插拔壽命與連接器結構設計及材料選擇有很大關(guān)系，尤其是端子的結構設計及鍍層狀況。以M12 螺紋緊固連接器舉例，標準內定義了不同端子鍍層的插拔壽命要求如下表，可以看出，沒(méi)有嚴格定義鍍層厚度，不同鍍層材質(zhì)對應的插拔壽命要求也有很大差異。

在測試方面，最容易被忽視的點(diǎn)是，要確保所有待測連接器測試時(shí)的每個(gè)插拔循環(huán)都是完全插入及完全拔出的。在自動(dòng)插拔機測試時(shí)要為了防止公母端輕微偏移帶來(lái)的互配干涉，在手工插拔時(shí)要注意避免操作人員為了加快測試速度出現未完全拔出就插入的狀況。

PART/ 04

振動(dòng)測試

(Vibration Test)

連接器的振動(dòng)測試一般是模擬連接器在運輸、安裝及使用過(guò)程中遭遇的各種振動(dòng)，以評估連接器的抗振能力。常見(jiàn)的振動(dòng)測試有正弦振動(dòng)和隨機振動(dòng)兩種方式。一般地，通用連接器會(huì )根據對應的連接器標準內定義的振動(dòng)測試執行，定制連接器會(huì )跟隨連接器匹配的設備等終端對應的標準執行振動(dòng)測試。

關(guān)于正弦振動(dòng)與隨機振動(dòng)的選擇，其實(shí)也可以參考IEC 60068-3-8內容評估。如下表可以比較直觀(guān)地看出兩種不同測試方法適用的領(lǐng)域：

通常在一些常用的連接器相關(guān)標準內，只會(huì )定義正弦振動(dòng)測試要求，如上文提及的M12連接器。正弦振動(dòng)通常采用掃頻的方式測試，可以在設計/開(kāi)發(fā)階段分析連接器共振頻率，或者執行恒定振幅的疲勞測試。

正弦振動(dòng)測試一般需要定義的測試參數：

a) 峰值加速度(am)/最大振幅(Xm)

b) 頻率范圍

c) 掃頻時(shí)間

d) 振動(dòng)軸向

e) 振動(dòng)周期

正弦振動(dòng)也有著(zhù)簡(jiǎn)單、低成本等優(yōu)勢。但也是由于共振問(wèn)題，會(huì )使待測物產(chǎn)生不符合實(shí)際的振幅，導致測試失效與實(shí)際失效不符，在一些對振動(dòng)要求較高的應用領(lǐng)域，會(huì )需要執行隨機振動(dòng)測試來(lái)評估連接器的可靠性。

隨機振動(dòng)的瞬時(shí)振幅相對頻率范圍內的所有頻率是隨機的，隨機振動(dòng)也是現實(shí)生活環(huán)境中最常見(jiàn)的激勵形式，尤其在大多數運輸環(huán)境下的振動(dòng)。隨機振動(dòng)測試過(guò)程中，很多共振會(huì )激發(fā)，但其強度相對正弦振動(dòng)期間產(chǎn)生的低，不會(huì )產(chǎn)生不現實(shí)的疲勞損傷。

隨機振動(dòng)測試一般需要定義的測試參數：

a) 頻率范圍

b) 功率譜密度(PSD)/加速度譜密度(ASD)曲線(xiàn)

c) 振動(dòng)軸向

d) 振動(dòng)周期

對于連接器的振動(dòng)測試，不論采用正弦振動(dòng)或隨機振動(dòng)，一般都會(huì )要求在測試過(guò)程中檢測瞬斷 (Disturbance)，即連接器在振動(dòng)過(guò)程中電阻值在一定時(shí)間內 (如1μs) 不能超過(guò)一定值 (如7Ω)。

振動(dòng)測試后，一般還會(huì )對連接器外觀(guān)尤其是端子及鎖緊機構的磨損，以及電氣、氣密等性能檢查。

PART/ 05

機械沖擊測試

(Mechanical Shock Test)

連接器機械沖擊測試一般是模擬產(chǎn)品在生命周期內可能經(jīng)歷的運輸沖擊、碰撞沖擊，甚至是爆炸沖擊，以保證連接器在沖擊后仍能正常工作，是發(fā)現連接器結構缺陷重要的手段之一。

機械沖擊測試有三種不同的沖擊脈沖波形，分別為半正弦脈沖、鋸齒脈沖及梯形脈沖。連接器相關(guān)測試中最常見(jiàn)的是使用半正弦脈沖波形的機械沖擊測試，其脈沖波形如下圖所示，即正弦脈沖的半個(gè)周期，適用于模擬線(xiàn)性系統的碰撞或減速引起的沖擊（如彈性結構的撞擊）。

由如上脈沖圖形可以看出，機械沖擊測試一般需要的參數如下：

a) 沖擊脈沖波形

b) 重復速率/脈沖持續時(shí)間

c) 峰值加速度

d) 沖擊軸向

e) 沖擊次數

與振動(dòng)測試相同，對于連接器的機械沖擊測試，一般也會(huì )要求在測試過(guò)程中檢測瞬斷(Disturbance)，并且，機械沖擊測試后，需要對連接器外觀(guān)以及電氣、氣密等性能檢查。