随着連接(jiē)器可靠性(xing)要求越來(lái)越高，連接(jie)器的端子(zǐ)🔅作爲決❌定(ding)連接器電(diàn)力和信号(hào)傳輸性能(néng)的關鍵組(zu)件，往往是(shì)連接器設(shè)計的重中(zhong)之重。大家(jia)一般對連(lián)接器的插(chā)拔力、保持(chi)力有所了(le)解，但是正(zheng)向力作爲(wei)連接器的(de)㊙️另一個關(guān)鍵性能指(zhi)🌍标，往往大(dà)多數人不(bú)❤️太了解。本(ben)文将爲你(ni)詳細介紹(shao)什麽是“正(zhèng)向力”。

一、正向力(li)定義

正向力（英(ying)文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連(lian)接器插接(jie)時插座的(de)端子梁因(yīn)🤟與⭐插頭配(pei)合産生的(de)位移，由該(gāi)位移産生(shēng)的彈性恢(hui)複力就是(shì)端子正向(xiang)力。

圖1：插針(zhēn)與插座配(pèi)合示意圖(tú)（F表示正向(xiàng)力）

圖(tú)2：端子受壓(ya)産生位移(yi)示意圖

二、正向(xiàng)力影響因(yīn)素

正(zheng)向力與接(jie)觸電阻有(yǒu)什麽關系(xi)了？從圖3我(wo)們可以直(zhi)觀看🙇‍♀️出随(suí)着正向力(lì)增大，接觸(chù)電阻變小(xiǎo)，在100g力時接(jiē)觸電阻🐆趨(qu)于穩定，保(bao)持🏃🏻在5mΩ。

圖3：正向力(lì)和接觸電(dian)阻

正(zhèng)向力對于(yú)連接器的(de)影響是多(duo)個因素的(de)，包括插拔(ba)力，磨🙇‍♀️損，接(jiē)觸彈性部(bù)上的壓力(lì)（彈片應力(li)），連接器殼(ke)體上的壓(yā)力💰（塑膠應(yīng)力），接觸電(dian)阻。增加正(zheng)向力對以(yǐ)上前四項(xiàng)産❄️生不利(li)影響，而隻(zhī)對一項産(chǎn)生緩和因(yīn)素。增加正(zhèng)向力提高(gāo)了磨擦力(lì)，也增大♋了(le)插拔力及(ji)磨損率。緩(huan)和因素是(shì)增加磨擦(ca)力同樣提(ti)高了端♻️子(zi)接觸部的(de)機械穩定(dìng)性，這是一(yī)個有利的(de)因素，因🤟爲(wei)它減少了(le)接觸面的(de)潛在不穩(wen)定性，降低(di)了它在端(duān)子接觸面(mian)或其附近(jìn)出現腐蝕(shi)性物質或(huò)污染影✉️響(xiang)的敏感程(chéng)度。增加正(zhèng)向力使♌得(de)在端子彈(dan)性部上🤟的(de)壓力變大(dà)，這樣反過(guo)來也對連(lian)接器殼體(ti)産生一個(gè)更高的壓(yā)力，在連接(jie)器⁉️殼體上(shàng)的高壓力(lì)導緻殼💘體(tǐ)更易發生(sheng)變形，這樣(yang)可能影響(xiǎng)彈性部的(de)固持位🈲置(zhi)，進而影💯響(xiǎng)正向力。從(cóng)這一點來(lai)看，顯🌈示出(chū)增加正向(xiàng)力總的來(lai)講對連🛀接(jie)性能産生(sheng)不利影響(xiǎng)。

然而(er)增加正向(xiang)力卻可以(yǐ)抵消這些(xiē)不利影響(xiǎng)，正如圖3所(suo)示，接觸電(diàn)阻随着正(zhèng)向力增加(jia)而減少。增(zeng)加的正向(xiàng)力對接觸(chu)💁電阻大小(xiao)的必然影(yǐng)響是，接觸(chu)面積增加(jiā)，則接觸電(diàn)阻減小。另(ling)外，接觸阻(zu)力♌的穩定(dìng)性同樣通(tong)過兩種影(yǐng)響随着正(zhèng)向力的增(zeng)加而增加(jia)。首先，增加(jia)磨擦力提(ti)高了接觸(chù)面的機械(xiè)穩定性，以(yi)及随✨之産(chǎn)生的對抗(kàng)端子接觸(chù)面不穩定(ding)的阻力。其(qi)次，在🐅端子(zi)區域裏的(de)這種增加(jia)同樣提高(gāo)了接觸面(miàn)的抗腐蝕(shi)能力。一個(ge)連接器的(de)“最優化”正(zheng)向力📐來自(zì)于較高正(zhèng)向力對機(ji)械性能所(suo)帶來的不(bu)利影響與(yu)❓端子👅磨擦(ca)力有利影(yǐng)響間的權(quán)衡。最小正(zheng)向力必須(xu)能夠✉️保證(zheng)氧化膜✂️之(zhī)破壞和端(duan)子🌈接觸面(mian)在不同應(ying)用環🛀境下(xià)的穩定性(xing)。

三、材(cái)料性能和(he)正向力

材料性(xing)能是決定(ding)端子正向(xiàng)力的基礎(chǔ)，假如把端(duān)子近♊似❗視(shi)爲一☔懸臂(bì)梁（梁的一(yi)端爲固定(dìng)支座，另一(yī)端爲自由(yóu)端），如圖4，根(gēn)據懸臂梁(liang)理論，可得(dé)到端子的(de)正向力計(ji)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂(bi)梁模型

其中D=梁(liang)位移量,E=材(cái)料彈性系(xì)數,W=端子寬(kuan)度,T=端子厚(hòu)度,L=端子♋長(zhǎng)度

該(gai)等式包括(kuo)三個要素(su)﹕梁位移、彈(dan)性系數和(hé)端子的幾(ji)何形狀，其(qi)中每個要(yào)素都是獨(dú)立的。當材(cái)料選定後(hou)，材料厚度(du)T,材🐅料的彈(dan)性✊系數E即(jí)固定不變(bian)，可以通過(guò)改變端子(zǐ)的幾何形(xíng)❤️狀來調整(zhěng)正向力的(de)大小，并進(jìn)而控制端(duān)子接觸面(mian)間的電阻(zǔ)，以确保🔅電(diàn)力傳遞❤️及(jí)信号傳遞(dì)的穩定性(xìng)。

四、正(zhèng)向力的損(sun)失

對(duì)于連接器(qì)的失效，正(zhèng)向力的損(sǔn)失，會造成(cheng)端子接觸(chu)界面的機(ji)🏒械穩定性(xìng)降低。正向(xiàng)力損失主(zhu)要有兩個(ge)方面：永久(jiǔ)變形和應(yīng)力🈚松弛。

永久變(biàn)形是指端(duān)子梁由于(yu)塑性變形(xing)而偏離原(yuan)始🚶‍♀️位置，查(cha)看公式1，永(yǒng)久變形造(zào)成梁偏移(yí)D減少，因此(ci)正向力降(jiàng)低。

對(duì)于偏移，有(you)一種是設(shè)計偏移的(de)塑性變形(xíng)産生的，還(hai)有一種是(shi)插拔過程(chéng)中的過應(ying)力，通常是(shi)因爲不正(zhèng)确的插拔(ba)引✍️起的。

應力松(song)弛的結果(guǒ)是應力的(de)減少，導緻(zhi)正向力的(de)減☎️少。端子(zi)在正向力(li)作用下會(huì)發生彈性(xing)變形，産生(shēng)内應力。懸(xuán)臂梁上的(de)正向力F與(yu)應力σ間的(de)計算公式(shi)如下：

（公式2）

公式表明(ming)了任何的(de)應力減少(shǎo)都會導緻(zhì)正向力的(de)減少。就連(lian)接器而言(yán)，我們可以(yǐ)定義爲在(zài)連接器使(shǐ)用期間，随(suí)着時💰間的(de)延續，正向(xiang)力會以一(yi)持續的偏(piān)差而削💋減(jiǎn)。換句話說(shuō)，僅僅是由(you)于端子懸(xuan)臂梁受到(dao)了因其配(pei)合偏移而(ér)産生的應(ying)力，而其所(suo)受正向力(lì)✌️的削減可(kě)看💰作是時(shí)間和♍溫度(du)雙重作用(yong)的結果。當(dang)連接器的(de)工作溫度(dù)升高，此時(shí)應力松弛(chí)就更爲明(míng)顯了。圖5論(lun)💁證了其關(guan)系。當懸臂(bi)梁位于其(qi)最大偏差(chà)❓0.005 英⭐寸時，在(zai)96小時内，正(zheng)向力會随(suí)着溫度的(de)💯升高而減(jiǎn)🔞小。

應(yīng)力松弛是(shì)不可避免(mian)的，隻能控(kòng)制，應力松(sōng)弛的速度(dù)與設計選(xuǎn)🔴擇的材料(liào)和施加的(de)應力以及(ji)應用的環(huan)境⚽溫度相(xiàng)關，應力松(song)弛依賴于(yú)時間和溫(wen)度。

圖(tu)5：溫度與正(zheng)向力關系(xì)

五、正(zhèng)向力測試(shì)介紹

正向力測(ce)試參照标(biāo)準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。

常(chang)用測試設(shè)備：連接器(qi)插拔力試(shi)驗機。

目的：測試(shì)連接器母(mǔ)端彈片的(de)位移-力對(dui)應值，就是(shì)連接器母(mu)端彈片下(xià)壓多少毫(háo)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qì)插拔力試(shi)驗機

注意就連(lián)接器組成(cheng)的情形而(ér)言，若測試(shì)方向受塑(sù)膠本體屏(ping)蔽阻礙，則(zé)須破壞連(lian)接器塑膠(jiao)本體，但是(shì)不要⛹🏻‍♀️動端(duan)子原始夾(jiá)持固定性(xìng)能爲原則(ze)。

圖7：剖(pōu)開的連接(jiē)器

圖8:根據(ju)設計位移(yi)執行測試(shì)

圖9：繪(huì)制位移-力(li)曲線圖

六.總結(jie)

綜述(shù)連接器正(zhèng)向力是連(lian)接器的重(zhong)要參數之(zhi)一，我們在(zai)設計選型(xíng)的時候要(yào)關注。連接(jiē)器使用時(shí)其接🍓觸可(ke)靠性與正(zhèng)向力成正(zhèng)比，提高正(zheng)向力可以(yǐ)減小接觸(chù)電👌阻，可以(yi)改善連🐇接(jiē)器振❌動時(shí)信号瞬斷(duàn)問題‼️，但是(shì)正向力過(guò)大，将使連(lian)接器插拔(ba)力變大，端(duān)子變♈形産(chǎn)生的内🐆應(ying)力對其疲(pí)勞壽命也(yě)将産生不(bu)利影🚩響。最(zuì)優正向力(li)取決于受(shou)影響因素(sù)的平衡。隻(zhi)要能保證(zhèng)接觸🐪電阻(zu)和界面穩(wen)定的要求(qiú)，正向力越(yue)小越好。根(gen)據業界常(chang)用設🔱計标(biao)準，鍍金接(jie)觸區🌂設計(ji)值建議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面(miàn)作可分💘離(lí)界面爲了(le)減少磨損(sun)腐蝕，會加(jia)大正向力(li)，設計值一(yi)般要求高(gao)于150gf。選擇合(hé)适的材料(liào)和幾何形(xíng)狀是基礎(chu)，設計時不(bu)斷調整參(cān)數，結合測(ce)試驗證，取(qǔ)的最優正(zheng)向力。

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