电连接器是电气系统中重要的元器件之一,其结构多样,种类繁多。在各行业工程系统中,电连接器都是不可或缺的。汽车上使用了成千上万种型号的连接器。每一个连接器,每一个连接点的可靠性都关系到整个汽车系统的使用安全。特别是汽车系统内部环境复杂,电连接器易受到外界环境和工作条件的影响。其中,微动磨损是汽车电连接器比较常见导致失效的原因。长期地处于微动磨损状态会导致电连接器接触性能逐渐退化甚至功能失效。为了确定电连接器微动磨损导致性能退化的机理和影响因素,已有许多学者对改良与优选电接触材料等方面进行了分析与实验研究。研究发现,影响电连接器微动磨损特性的主要因素包括微动幅值、微动频率、正压力、温度和湿度等。然而大部分的研究只是以某一因素为变量,通过改变其大小来研究连接器的磨损机理,并未考虑连接器的实际工况。而且大部分的实验X都需在破坏连接器原结构的情况下才可获得连接器磨损情况。因此,研究连接器在实际工况下的磨损机理,找到一种简易有效地信号分析方法来预测连接器的磨损情况具有重要的意义。本文以燃油泵连接器为研究对象,研究适合的信号分析方法来预测连接器在汽车引擎运行的过程中连接点的磨损情况。由于引擎运行过程中有许多的因素都会造成连接器的磨损,本文只针对引擎运行过程中产生的振动来进行研究与分析。本文提出的信号分析过程是根据引擎振动实验采集到的连接器左右两端的加速度数据,采用阶比跟踪方法画出三维瀑布图并进行分析。从该图中计算出连接点之间最大的相对位移值,并找到所对应的主频率。该最大相对位移就是连接点磨损的最大磨损距离。接着,通过微动实验来证明该信号分析方法的有效性。根据获得的主频率和相对位移做20小时的微动实验。在显微镜下观察经过20小时微动实验的研究对象,并测量磨损距离。比较实际磨损距离与计算的最大相对位移值,进而分析所提出的信号分析方法是否可靠。另外,研究微动实验数据中,相对位移与主频率的变化情况,以探究连接器的磨损变化。最后,在软件COMSOL中建立连接器接触模型并分析其磨损情况,从而验证信号处理方法与实验结果的有效性。本论文具体的实验,数据分析与仿真如下:1引擎振动测试与数据分析1.1引擎振动测试的实验设置将引擎及周围的连接器与汽车分离出来,放在振动台上进行实验。在保证引擎和连接器的基本工作条件的同时通过振动来模拟汽车行驶过程中的引擎的振动情况。引擎转速保证在负载情况下从960 rpm上升至5998 rpm,在空载情况下由5998 rpm降至960 rpm。燃油泵连接器左右两端安装两个可以同时测量三个方向加速度的加速度传感器。由于加速度传感器的安装条件,加速度传感器所测量的每个连接器端子的加速度方向都不同的。我们将该方向称为局部坐标系。为了保证接下来的数据分析下的准确,我们将引擎坐标系作为了全局坐标系。引擎坐标系通常以曲轴的轴线方向为x轴。y轴为同时垂直与曲轴和活塞轴线的方向。z轴即为活塞轴线的方向。1.2引擎振动测试的数据分析根据已经获得的燃油泵连接器两端的加速度数据,将数据分为两个部分。一个部分是负载下的加速度数据,另一部为空载下的加速度数据。这样做的目的在于后续分析出的主频率和转速可以清楚地确定该数据是处于空载还是负载情况。在软件DEWESoft下将每个方向的加速度数据两次积分得到位移值。通过阶比跟踪的方法画出三维瀑布图,并计算出连接器两端的相对位移值。根据三维瀑布图找出最大的相对位移和此时所对应的主频率和转速,。基于上述的数据分析过程,各方向的相对位移,所对应的主频率和转速总结于表1:2引擎x方向下的微动实验2.1引擎x方向微动实验的实验设置该实验的目的是为了验证所提出的信号处理方法在引擎x方向下是否能够有效地预测连接器的磨损情况。该实验的设置首先将固定装置与单方向的振动台连接。此连接将视为刚性连接,固定装置与振动台的微小移动误差将忽略。接着,将燃油泵连接器和固定装置刚性连接。此时的安装情況与安装到引擎的位置和角度保持一致。加速度传感器分别安装在连接器的两端和螺栓头处。具体的实验步骤如下:1)通过500 Hz到1500 Hz正弦扫频信号寻找该结构的最大相对位移和此时所对应的共振频率。2)在此共振频率下,进行20小时的微动实验。3)将燃油泵连接器取出,在显微镜下观察连接点表面的磨损情况,测量磨损距离。4)将信号处理方法所得到的最大相对位移与实际磨损距离相对比,进而验证该信号处理方法的有效性。2.2实验结果分析根据图1可知,在1010 Hz频率下燃油泵连接器的最大相对位移为9.854 μm。将燃油泵连接器两端拆开,并在显微镜下观察磨损情况。图2显示了燃油泵连接器中插针1与所对应的插针的磨损情况。根据测量磨损距离,我们可以得到连接器实际磨损距离为10 μm。这与所提出的信号分析方法所计算的最大相对位移基本一致,进而证明了该信号分析方法的有效性。2.3实验结论通过所提出的信号分析方法可以得到在1010 Hz下最大的相对位移为9.854 μm。与20小时下微动实验的实际磨损长度基本一致。从而证明所提出的信号分析方法在引擎x方向下是有效的。3引擎y方向下的微动实验3.1引擎y方向微动实验的实验设置该实验的目的是为了验证所提出的信号处理方法在引擎y方向下是否能够有效地预测连接器磨损的磨损情况。实验设置与引擎x方向下的微动实验基本一致。只是安装在振动台的方向需要与引擎实际情况一致。实验过程和实验结果的分析方法也与引擎x方向的一致。3.2实验结论通过所提出的信号分析方法可以得到在790 Hz下最大的相对位移为25.34 μm。与20小时下微动实验的实际磨损长度基本一致。从而证明所提出的信号分析方法在引擎x方向下是有效的。4通电情况下引擎y方向的微动实验4.1通电情况下引擎y方向的微动实验的实验设置上述实验已经证明所提出的信号处理方法能有效地预测燃油泵连接器微动磨损的情况。本实验的目的是研究连接器通电情况下燃油泵连接器的微动磨损情况。根据该信号处理方法所找到的主频率,探究主频率与连接器微动磨损的情况。同时研究起主要作用的主频率随着微动磨损时间的变化情况。该实验的设置与引擎y方向的微动实验设置基本一致。主要的不同是由于通电需要增加电线。同时为了防止电线的振动影响本实验的实验结果,进而对电线按标准进行了固定。另外,还增加了通电和测量连接器的电阻抗的测量仪器。实验步骤如下:1.燃油泵连接器通过100 mA的电流。在500 Hz到1500 Hz的正弦扫频信号下寻找该结构的最大相对位移和此时所对应的共振频率。2.在此共振频率下,进行20小时的微动实验,并记录20小时加速度数据。3.根据20小时加速度数据计算出相对位移,并画出20小时相对位移随时间的变化,以观察相对位移的变化情况,并与实际情况相比较。4.再进行了 8小时的微动磨损实验,每两小时计算各个位置的传递函数,以观察并研究主频率与磨损情况的关系。4.2实验结果分析图3显示了微动实验20小时的相对位移变化情况。从该图可知,随时间的变化,相对位移再逐渐减小。这与实际情况相符合,随着磨损时间的增加,接触点的粗糙度增加,同时磨屑也增加并堆积在接触点周围,从而减少了磨损距离。接着,通过三个实验来比较造成较大磨损的主频率是否会随时间的变化而变化。实验1是在20小时微动实验之前正弦扫频频率从500 Hz到1500 Hz的扫频实验。实验2为在20小时微动实验之前正弦扫频频率从1000 Hz到1300 Hz的扫频实验。从图4中实验1和实验2的相对位移曲线可以看出,20小时微动实验之前的扫频实验对相对位移影响不大,并不会影响后续的磨损情况。另外,减少一定的扫频频率范围对寻找主频率的影响也不大。实验3是经过20小时的微动实验。从图4中实验2和实验3的相对位移曲线可以看出,20小时之前能够造成较大磨损的主频率为1230 Hz。而经过20小时微动实验后起主要作用的主频率变为1130 Hz。因此,能够造成较大磨损的主频率会随时间的变化而变化。根据上述实验可知造成较大磨损的主频率会随时间的变化而变化,但仍然无法确定哪些频率会一直对连接器的磨损都起到比较重要的作用。为了解决上述问题,我们接着进行8小时的微动实验,每两小时微动实验后进行一次扫频实验,并计算此时各位置的传递函数和燃油泵连接器的相对位移。通过比较图6,图7和图8,我们可以燃油泵的共振频率910 Hz,1125 Hz和1230 Hz随时间的变化一直都对连接器的磨损起到了比较重要的作用。而在图6中,1020 Hz在实验刚开始时并不起作用。但是随着时间的增加,1020 Hz慢慢地显现其作用。这也说明了连接器连接点位置处的结构发生了一定的变化,所以连接器的共振频率开始变化了。4.3实验结论在20小时的微动实验,磨损距离会随时间的增加减少。这与实际情况相符合,随着磨损时间的增加,接触点的粗糙度增加,同时磨屑也增加并堆积在接触点周围,从而减少了磨损距离。其次,能够造成较大磨损的主频率会随时间的变化而变化,并不会固定在某个频率。但是燃油泵的共振频率随时间的变化一直都对连接器的磨损起到了比较重要的作用。5有限元分析根据燃油泵连接器连接点的结构建立了三维模型。按照其工况条件设置了边界条件,将插销外部固定,并设置了连接点的夹紧力为0.6N。载荷施加在插针的末端。在软件COMSOL中采用力学模块进行分析,其结果如图8显示插针和插销的最为严重的磨损位置为红色部分,与显微镜下的磨损情况一致。6总结本文提出的信号分析方法是通过引擎振动实验采集连接器左右两端的加速度数据,采用阶比跟踪的方法画出三维瀑布图并进行数据分析。从该图中计算出连接点之间最大的相对位移值,并找到所对应的主频率。本文通过实验与仿真证明了该最大相对位移就是连接点的最大磨损距离。微动实验和显微镜下的结果显示了信号分析方法计算出的最大相对位移与实际磨损长度基本一致,从而证明所提出的信号分析方法的有效性。其次,20小时的微动实验结果显示磨损距离会随时间的增加而减少。该实验结果与实际情况相符。另外,实验结果显示能够造成较大磨损的主频率会随时间的变化而变化,并不会固定在某个频率。但是燃油泵的共振频率一直都对连接器的磨损起到了比较重要的作用。最后,仿真的应力分布图所显示的磨损情况与显微镜下观察的实际情况基本一致,进一步地验证了所提出的信号分析方法的正确性。综上所述,本文研究成果揭示了所提出的信号分析方法可以有效地预测燃油泵连接器在汽车引擎运行过程中连接点的磨损情况,量化地分析了磨损情况与起主要作用的频率随时间的变化情况。这对提高连接器的可靠性具有重要的理论意义和应用价值。