随着連接器可(kě)靠性要求越來(lai)越高，連接器的(de)端子作爲決定(dìng)🔅連🆚接器電力和(hé)信号傳輸性能(néng)的關鍵組件，往(wǎng)往是❌連接😄器設(she)計的✏️重中之重(zhòng)。大家一般對連(lián)接器的插拔力(li)、保持力有所了(le)🔴解，但是正向力(li)作爲👌連接器的(de)另一個關鍵性(xìng)能指😘标，往往大(da)多數人不太了(le)解。本文🐅将爲你(ni)詳細介紹什麽(me)是“正向力”。

一、正(zhèng)向力定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器(qì)插接時插座的(de)端子梁因與插(cha)頭配合産生的(de)位移，由該位移(yí)産生的彈🍉性恢(hui)複力就是端子(zi)正向力。

圖1：插針(zhēn)與插座配合示(shì)意圖（F表示正向(xiàng)力）

圖2：端子受壓(ya)産生位移示意(yi)圖

二、正向力影(ying)響因素

正向力(li)與接觸電阻有(yǒu)什麽關系了？從(cóng)圖3我們可以直(zhí)觀🌏看出🆚随㊙️着正(zhèng)向力增大，接觸(chù)電阻變小，在100g力(li)時😘接觸✏️電阻趨(qu)于穩定，保持🏃🏻‍♂️在(zài)5mΩ。

圖3：正向力和接(jie)觸電阻

正向力(lì)對于連接器的(de)影響是多個因(yin)素的，包括插拔(ba)力♌，磨損，接觸彈(dàn)性部上的壓力(lì)（彈片應力），連接(jiē)器殼體上的壓(yā)力（塑膠應力），接(jie)觸電阻。增加正(zhèng)向力對🌈以上前(qian)四項産生不利(lì)影響，而隻對一(yi)項産生緩和因(yīn)素。增加正向力(li)提高了磨擦力(lì)，也增大了插拔(ba)力🧑🏽‍🤝‍🧑🏻及磨損率。緩(huǎn)☎️和因素是增加(jiā)磨擦力同樣提(tí)高了端子接觸(chù)部的機♋械穩定(ding)性，這是一個有(yǒu)利的因素，因✊爲(wèi)它減少了接觸(chù)面的潛在不穩(wěn)定性，降低了它(ta)在端子接觸面(mian)或其附🌈近出現(xiàn)腐蝕性物質或(huò)污染影響的敏(mǐn)感程度。增加正(zheng)向力使得在端(duān)子彈性部上☀️的(de)壓力變大，這樣(yang)反過來也對連(lian)接器殼體産生(sheng)一個更高的壓(ya)力，在連接器殼(ké)體上的高壓力(li)導緻殼體更易(yi)發生變形，這樣(yàng)可能影☔響彈性(xìng)部的固持位置(zhì)，進而影響正向(xiang)力。從這一點來(lai)看，顯示出增加(jia)正向力總的來(lái)講🔱對連接性能(néng)産生不利影響(xiang)。

然而增加正向(xiang)力卻可以抵消(xiāo)這些不利影響(xiǎng)，正如圖3所示，接(jie)觸🔱電阻随着正(zhèng)向力增加而減(jiǎn)少。增加的正向(xiàng)力對🐕接觸電阻(zǔ)大小🔞的必然影(ying)響是，接觸面積(ji)❤️增加，則接觸電(diàn)阻減小🔞。另外，接(jiē)❌觸阻力的穩定(dìng)性同樣通過兩(liang)種影響随着正(zhèng)向力的增加而(er)增加。首先，增加(jiā)磨擦力提高了(le)接觸面的機械(xiè)穩定性，以及随(suí)之産生的對🌏抗(kàng)🚶端子接觸面不(bu)穩定的阻力。其(qí)次，在🚶‍♀️端子區域(yu)裏的這種增加(jia)同樣提高了接(jiē)觸面的抗腐蝕(shi)能力。一個連接(jiē)🐕器的“最優化”正(zhèng)向力來自于較(jiào)高正向力對機(jī)械性能所帶來(lai)的不利影響與(yǔ)端子磨擦力有(yǒu)利影響間的權(quan)衡。最小正向力(li)必須能夠保證(zheng)氧化膜之破壞(huai)和端子接觸面(mian)在不同應用環(huan)境下的穩定性(xing)。

三、材料性能和(he)正向力

材料性(xìng)能是決定端子(zi)正向力的基礎(chu)，假如把端子近(jin)似視爲一懸臂(bi)梁（梁的一端爲(wèi)固定支座，另一(yī)端爲自由端），如(rú)圖💞4，根據懸臂梁(liáng)理論，可得到端(duān)子的正向力計(jì)算公式。

（公式1）

圖(tu)4：懸臂梁模型

其(qí)中D=梁位移量,E=材(cai)料彈性系數,W=端(duān)子寬度,T=端子厚(hòu)度,L=端子長度

該(gāi)等式包括三個(gè)要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子(zǐ)的幾何形狀，其(qí)中每個要素都(dou)是獨立的。當材(cai)料選定後，材料(liào)厚度T,材⭐料的彈(dan)性系數E即固定(dìng)不變，可以通過(guò)改變端子的幾(ji)何形狀來調整(zheng)正向😘力的大小(xiǎo)，并進而控制🥵端(duan)子接觸面間的(de)電阻，以确保電(dian)力傳遞📞及信号(hao)傳遞的穩定性(xing)。

四、正向力的損(sun)失

對于連接器(qì)的失效，正向力(lì)的損失，會造成(chéng)端子接觸界💯面(miàn)的機☔械穩定性(xing)降低。正向力損(sǔn)失主要有兩個(ge)方面：永久變形(xing)和應力松弛。

永(yǒng)久變形是指端(duan)子梁由于塑性(xìng)變形而偏離原(yuan)始位置‼️，查看公(gong)式1，永久變形造(zào)成梁偏移D減少(shǎo)，因此正向力降(jiàng)低。

對于偏移，有(you)一種是設計偏(piān)移的塑性變形(xing)産生的，還有一(yi)種🔞是插拔過程(chéng)中的過應力，通(tōng)常是因爲不正(zhèng)确🙇‍♀️的插㊙️拔引起(qǐ)的。

應力松弛的(de)結果是應力的(de)減少，導緻正向(xiang)力的減少🏃🏻。端🍓子(zi)在正向力作用(yòng)下會發生彈性(xing)變形，産生内應(yīng)力。懸臂梁上的(de)正☔向力F與應力(lì)σ間的計算公式(shì)如下：

（公式2）

公式(shì)表明了任何的(de)應力減少都會(hui)導緻正向力的(de)🐕減少。就連接器(qì)而言，我們可以(yi)定義爲在連接(jie)器使㊙️用期間，随(suí)着時間的延續(xu)，正向力會以一(yi)持續的偏差而(er)削減。換句話說(shuō)，僅僅是由🐅于端(duān)子懸臂梁受到(dào)了因其配合偏(piān)移而産生的應(ying)力，而其所受正(zheng)向力的削減可(ke)看作是時間和(hé)溫度雙重作用(yòng)的結果。當🙇🏻連接(jie)器的工作👉溫度(dù)升高，此時♋應力(lì)松弛就更爲明(ming)📐顯了。圖5論證了(le)其關系。當懸臂(bi)梁位于其最大(da)偏差0.005 英寸時，在(zai)96小時内，正向力(li)會随着溫度的(de)升高而減小。

應(ying)力松弛是不可(kě)避免的，隻能控(kong)制，應力松弛的(de)速度與設🏃‍♀️計選(xuan)擇的材料和施(shī)加的應力以及(ji)應用的環境溫(wen)度相關，應力松(song)弛依賴于時間(jian)和溫度。

圖5：溫度(du)與正向力關系(xì)

五、正向力測試(shì)介紹

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

常(cháng)用測試設備：連(lián)接器插拔力試(shi)驗機。

目的：測試(shì)連接器母端彈(dan)片的位移-力對(dui)應值，就是連接(jie)器母端彈片下(xia)壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連(lián)接器插拔力試(shì)驗機

注意就連(lian)接器組成的情(qing)形而言，若測試(shì)方向受塑膠本(běn)🚩體屏蔽✍️阻礙，則(ze)須破壞連接器(qì)塑膠本體，但是(shì)不要動端🆚子原(yuán)始夾持固定性(xing)能爲原則。

圖7：剖(pōu)開的連接器

圖(tú)8:根據設計位移(yí)執行測試

圖9：繪(huì)制位移-力曲線(xian)圖

六.總結

綜述(shu)連接器正向力(li)是連接器的重(zhong)要參數之一，我(wo)們㊙️在設計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻選型(xíng)的時候要關注(zhu)。連接器使用時(shi)其接觸可🏃靠性(xìng)🔞與正向力成正(zhèng)🌈比，提高正向力(li)可以減小接觸(chù)電阻，可以改善(shan)連💔接器振動時(shí)信号瞬斷問題(ti)，但是正向🍉力過(guo)大，将使連接器(qi)插拔力變大，端(duān)子變形産生的(de)内應力對其疲(pí)勞壽命也将❗産(chǎn)生不利影🧑🏾‍🤝‍🧑🏼響。最(zuì)優正向🤟力取決(jue)于受影響因素(sù)的平衡。隻要能(néng)♌保證接觸電阻(zǔ)和🈲界面穩定的(de)要求💛，正向力越(yue)小越好。根據業(ye)界常用設✨計标(biao)準，鍍金接觸⚽區(qu)🥵設計值建議在(zài)50~100gf 。鍍錫表面作可(ke)分離界面🆚爲了(le)減少磨損腐蝕(shí)，會加大正向力(li)，設💋計值一般要(yao)求高于150gf。選♈擇合(he)适的🌏材料和幾(ji)何形狀是基礎(chu)❓，設計時不斷調(diao)整參數，結合測(cè)試驗證，取的最(zui)優正向力。

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