随着連接(jiē)器可靠性(xìng)要求越來(lái)越高，連接(jiē)器的端子(zǐ)作🐇爲🌈決定(ding)連📐接器電(diàn)力和信号(hào)傳輸性能(neng)的關鍵組(zu)件，往🔞往是(shì)連接器設(she)計的🔞重中(zhōng)之重。大家(jia)一般對連(lián)接器的插(cha)拔力、保持(chí)力有所了(le)解，但是🌍正(zhèng)向力作爲(wei)連接器的(de)另一個關(guan)鍵性能指(zhi)标，往往大(da)多數人不(bú)太了解。本(ben)文将爲你(ni)詳細介紹(shao)什麽是“正(zheng)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(lián)接器插接(jie)時插座的(de)端子梁🆚因(yīn)與插頭配(pèi)合産生的(de)位移，由該(gai)位移産生(sheng)的彈性恢(hui)複力💰就是(shì)端子🔆正向(xiang)力。

圖1：插針(zhen)與插座配(pei)合示意圖(tú)（F表示正向(xiang)力）

圖(tú)2：端子受壓(yā)産生位移(yí)示意圖

二、正向(xiàng)力影響因(yīn)素

正(zheng)向力與接(jiē)觸電阻有(yǒu)什麽關系(xì)了？從圖3我(wǒ)們可以直(zhí)👅觀🔴看⭕出随(sui)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(li)和接觸電(dian)阻

正(zhèng)向力對于(yu)連接器的(de)影響是多(duo)個因素的(de)，包括插拔(bá)力，磨損，接(jiē)觸彈性部(bu)上的壓力(lì)（彈片應力(li)），連接器殼(ké)體上的🔴壓(yā)力✨（塑膠應(ying)力），接觸電(diàn)阻。增加正(zhèng)向力對以(yi)上前四項(xiang)産生不利(lì)影響，而隻(zhī)對一項産(chǎn)生緩和因(yin)素。增加👅正(zheng)向力提高(gāo)了磨擦⚽力(li)，也增大了(le)插拔力♻️及(jí)磨損率。緩(huan)⛷️和因素是(shì)增🥰加磨擦(ca)力同樣提(ti)高了端子(zǐ)接觸部的(de)機械穩定(dìng)性，這是一(yi)個有利的(de)因素，因爲(wei)它減少了(le)接觸面的(de)潛在不穩(wěn)定性，降低(di)了它在端(duān)子接觸面(miàn)或其附⛱️近(jin)出現腐蝕(shí)性物質🍓或(huo)污染影響(xiang)的敏感😍程(cheng)度。增加正(zheng)向力使得(de)在端子彈(dàn)性部上的(de)壓力變大(dà)，這樣反過(guò)來也對連(lian)接器殼體(tǐ)産生一個(ge)更高的壓(yā)🈲力，在連接(jie)器殼體上(shang)的高壓力(lì)導緻殼體(tǐ)更易發生(shēng)變形，這樣(yàng)可能影響(xiǎng)彈性部的(de)固持位置(zhì)，進而影響(xiǎng)正向力。從(cong)這一點來(lai)看，顯示出(chu)增加正向(xiàng)力總的來(lái)講對連接(jiē)性能産生(shēng)不利影響(xiǎng)。

然而(ér)增加正向(xiàng)力卻可以(yǐ)抵消這些(xie)不利影響(xiang)，正如圖3所(suo)示，接觸✊電(dian)阻随着正(zheng)向力增加(jia)而減少。增(zēng)加的💘正向(xiàng)力對接觸(chù)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(zǔ)力的穩定(dìng)性同樣通(tōng)過兩種影(ying)響随着正(zhèng)向力的增(zēng)加而增加(jiā)。首先，增加(jia)磨擦力⚽提(tí)高了接觸(chu)面的機械(xiè)穩定性，以(yi)及随之産(chan)生的對抗(kang)端子接觸(chù)面不穩定(dìng)的阻力。其(qí)次，在端子(zǐ)區域裏的(de)這🌈種增加(jia)🏃‍♂️同樣提高(gao)💜了接觸面(miàn)的抗腐蝕(shí)能力。一個(gè)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(suǒ)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(zhèng)向力必須(xū)能夠保證(zheng)氧化膜之(zhi)破壞和端(duān)子接觸面(mian)在不同應(ying)用環😘境下(xia)的穩定性(xìng)。

三、材(cái)料性能和(he)正向力

材料性(xìng)能是決定(ding)端子正向(xiang)力的基礎(chu)，假如把端(duān)子近似視(shi)爲一懸臂(bì)梁（梁的一(yī)端爲固定(dìng)支座，另一(yi)端㊙️爲自由(you)端♊），如圖4，根(gēn)據懸臂梁(liáng)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(liáng)位移量,E=材(cái)料彈性系(xi)數,W=端子寬(kuān)度,T=端子厚(hou)度,L=端🔞子長(zhang)度

該(gāi)等式包括(kuo)三個要素(su)﹕梁位移、彈(dan)性系數和(he)端子的幾(ji)何形狀，其(qí)中每個要(yao)素都是獨(du)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(guo)改變端子(zi)的幾何形(xing)狀來調整(zheng)正向力的(de)大小，并🚶進(jìn)而控制端(duan)子接觸面(mian)間的電阻(zǔ)，以确保電(diàn)力傳遞⭕及(ji)信号傳遞(di)的穩定性(xìng)。

四、正(zhèng)向力的損(sǔn)失

對(duì)于連接器(qi)的失效，正(zheng)向力的損(sǔn)失，會造成(chéng)端子接觸(chu)界面的機(jī)械穩定性(xìng)降低。正向(xiang)力損失主(zhǔ)要有兩個(gè)方面：永久(jiu)變形和🥵應(ying)力松弛。

永久變(biàn)形是指端(duan)子梁由于(yú)塑性變形(xíng)而偏離原(yuán)始🥰位置⁉️，查(cha)看公式1，永(yong)久變形造(zao)成梁偏移(yí)D減少，因此(cǐ)正向力㊙️降(jiang)低。

對(dui)于偏移，有(you)一種是設(she)計偏移的(de)塑性變形(xíng)産生的❌，還(hái)有一✉️種是(shi)插拔過程(cheng)中的過應(ying)力，通常是(shì)因爲不正(zheng)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(zǐ)在正向力(li)作用下會(huì)發生彈性(xing)變形，産生(shēng)内應力。懸(xuan)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(míng)了任何的(de)應力減少(shao)都會導緻(zhi)正向力的(de)減少。就連(lian)接器而言(yan)，我們可以(yǐ)定義爲在(zai)連接器使(shǐ)用期間，随(suí)着時間的(de)😘延續，正向(xiang)力會以一(yī)持續的偏(piān)差而削⛷️減(jiǎn)。換句😍話說(shuō)，僅僅是由(you)于端子懸(xuán)臂梁受到(dao)了因其配(pei)合偏移而(er)産生的應(yīng)☎️力，而其所(suǒ)受正向力(li)🍓的削減可(ke)看作是時(shi)間和✏️溫度(dù)雙重作用(yòng)的結果。當(dāng)🆚連接器的(de)工作溫度(dù)升高，此時(shi)應力松弛(chi)就更爲明(míng)顯了。圖5論(lùn)證了其關(guan)系。當懸臂(bì)梁位于其(qí)最大偏差(cha)0.005 英寸時，在(zài)96小時内，正(zheng)向力會随(suí)着溫度的(de)升高而減(jiǎn)小。

應(ying)力松弛是(shi)不可避免(mian)的，隻能控(kòng)制，應力松(sōng)弛的速度(du)與設計選(xuǎn)擇的材料(liao)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(yu)時間和溫(wen)度。

圖(tu)5：溫度與正(zhèng)向力關系(xì)

五、正(zheng)向力測試(shi)介紹

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

常(cháng)用測試設(she)備：連接器(qì)插拔力試(shì)驗機。

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

圖6：連接器(qì)插拔力試(shì)驗機

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

圖7：剖(pou)開的連接(jie)器

圖8:根據(ju)設計位移(yi)執行測試(shi)

圖9：繪(huì)制位移-力(lì)曲線圖

六.總結(jié)

綜述(shu)連接器正(zheng)向力是連(lian)接器的重(zhòng)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(zheng)向力成正(zhèng)比，提高正(zhèng)向力可以(yi)減小接觸(chù)電阻，可以(yi)改善連接(jie)器振動時(shí)信号瞬斷(duàn)問題，但是(shi)正向🌈力過(guo)大，将使連(lian)接器插拔(bá)力變大，端(duan)子變形産(chan)生的内應(ying)力對其疲(pi)勞壽命也(ye)将産生不(bú)利影😍響。最(zui)優正向力(lì)取決于受(shòu)影響因素(sù)的平衡。隻(zhi)要能⛷️保證(zheng)接觸㊙️電阻(zǔ)和🐅界面穩(wěn)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(mian)作可分離(lí)界面爲了(le)減少磨損(sun)腐蝕，會加(jiā)大正向力(lì)，設計值一(yi)般要求高(gāo)于150gf。選💁擇合(hé)适的✔️材料(liao)和幾何形(xíng)狀是基礎(chǔ)，設計時不(bu)斷調整參(can)數，結合測(ce)試驗證，取(qǔ)的最優正(zhèng)向力。

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