随着連接(jiē)器可靠性(xìng)要求越來(lai)越高，連接(jiē)器的端子(zi)作爲決定(ding)☁️連接器電(diàn)力和信号(hào)傳輸性能(néng)的關鍵組(zǔ)件，往往是(shi)連接器設(shè)計的重中(zhōng)之重。大家(jia)一般對連(lian)💰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(běn)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(yīng)文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連(lián)接器插接(jiē)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(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(tu)（F表示正向(xiang)力）

圖(tú)2：端子受壓(ya)産生位移(yi)示意圖

二、正向(xiang)力影響因(yīn)素

正(zheng)向力與接(jie)觸電阻有(you)什麽關系(xì)了？從圖3我(wo)們可以直(zhí)觀看⭕出随(sui)着正向力(lì)增大，接觸(chu)電阻變小(xiao)，在100g力時💜接(jie)觸電阻趨(qu)于穩定，保(bao)持在5mΩ。

圖3：正向力(lì)和接觸電(diàn)阻

正(zheng)向力對于(yu)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(ké)體上的壓(ya)力（塑膠🔅應(yīng)力），接觸電(dian)阻。增加正(zheng)向力對以(yi)上前四項(xiàng)産生不利(li)影響，而💯隻(zhi)對一項産(chan)生緩和因(yīn)素。增加正(zhèng)向力提高(gāo)了磨擦👌力(li)，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(tí)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(wèi)它減少了(le)接觸面的(de)潛在不穩(wěn)定性，降低(dī)了它在💘端(duān)子接觸面(miàn)或其附近(jin)出現腐蝕(shi)性物質或(huò)污染影響(xiǎng)的敏感程(cheng)度。增加正(zhèng)向力使得(dé)在端子彈(dàn)性部上的(de)壓力變大(dà)，這樣反過(guo)來也對連(lián)接器殼體(ti)産生一個(gè)更高的壓(ya)力，在連接(jie)器殼♋體上(shang)的高壓力(li)導緻殼體(tǐ)更易發生(sheng)變形，這樣(yàng)可能影⛷️響(xiǎng)彈性部的(de)固持位置(zhi)，進而影🤟響(xiang)正向力。從(cong)這一點來(lai)看，顯示出(chū)增加正向(xiang)力總的來(lai)講對連接(jiē)性能産生(shēng)不利影響(xiǎng)。

然而(er)增加正向(xiàng)力卻可以(yi)抵消這些(xiē)不利影響(xiǎng)，正如圖🔅3所(suo)示，接🚶觸電(dian)阻随着正(zheng)向力增加(jiā)而減少。增(zeng)加的🙇‍♀️正向(xiang)✔️力對接觸(chu)電阻大小(xiao)的必然影(ying)響是，接觸(chù)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(zheng)向力的增(zeng)加而增加(jiā)。首先，增加(jiā)磨擦力✊提(ti)高了接觸(chù)🈲面的機械(xie)穩定性，以(yi)及随☁️之産(chǎn)生的對抗(kang)端子接觸(chu)面不穩定(ding)的阻力。其(qí)次，在♻️端子(zi)區域裏的(de)這🐉種增加(jia)同樣提高(gao)了接觸面(mian)的抗腐蝕(shí)能力。一個(gè)連接器的(de)“最優化”正(zhèng)向力來自(zi)于較高正(zhèng)向力對機(ji)械性能所(suǒ)帶來的不(bú)利影響與(yǔ)端子磨擦(cā)力有利影(ying)響間的權(quan)衡。最小正(zheng)向力必須(xu)能夠保證(zhèng)氧化膜之(zhī)破壞和端(duan)子接觸面(miàn)在不同應(ying)用環🛀境下(xià)的穩定性(xìng)。

三、材(cai)料性能和(hé)正向力

材料性(xìng)能是決定(dìng)端子正向(xiàng)力的基礎(chǔ)，假如把端(duan)子🌍近🛀似視(shì)爲一懸臂(bì)梁（梁的一(yi)端爲固定(ding)支座，另一(yi)端爲自👨‍❤️‍👨由(yóu)端😘），如圖4，根(gen)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(liang)位移量,E=材(cai)料彈性系(xì)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(kuò)三個要素(su)﹕梁位移、彈(dan)性系數和(hé)端子的幾(jǐ)✨何形☎️狀，其(qi)中每個要(yao)素都是獨(dú)立的。當材(cái)料選定💋後(hou)，材料厚度(dù)T,材料的彈(dàn)性系數E即(ji)固定不變(biàn)，可以通過(guò)改變端子(zi)的幾何形(xíng)狀來調整(zheng)正向力的(de)大小，并進(jìn)而控制端(duān)子接觸面(mian)間的電阻(zu)，以确保電(dian)力傳遞及(jí)信号傳遞(dì)的穩定性(xing)。

四、正(zheng)向力的損(sun)失

對(dui)于連接器(qi)的失效，正(zheng)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(zhǔ)要有兩🔴個(ge)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(xing)而偏離原(yuan)始位✉️置，查(cha)看公式1，永(yǒng)久變形造(zao)成梁偏移(yi)D減少，因此(ci)正向力降(jiàng)低。

對(duì)于偏移，有(you)一種是設(she)計偏移的(de)塑性變形(xing)産生的🈚，還(hai)有♈一種是(shì)插拔過程(chéng)中的過應(ying)力，通常是(shì)因爲不正(zhèng)确的插拔(ba)引起的。

應力松(song)弛的結果(guo)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(ming)了任何的(de)應力減少(shǎo)都會導緻(zhi)正向力的(de)🥵減⚽少。就連(lian)接器而言(yán)，我們可以(yi)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(jian)。換句話說(shuō)，僅🏃‍♀️僅是由(yóu)于端子懸(xuán)臂梁受到(dào)了因其配(pei)合偏移而(er)産生的應(ying)力，而其所(suo)受正向力(lì)✉️的削減可(ke)看🔴作是時(shí)間和溫度(dù)雙重作用(yong)的結果。當(dāng)連接器的(de)工作溫度(dù)升高，此時(shi)🏃🏻應力松弛(chí)就更爲明(ming)顯了。圖5論(lun)❌證了其關(guān)系。當懸臂(bi)梁位于其(qí)最大偏差(chà)🔴0.005 英寸時，在(zai)96小時内，正(zheng)向力會随(sui)着溫度的(de)🌈升高而減(jian)小。

應(ying)力松弛是(shì)不可避免(mian)的，隻能控(kòng)制，應力松(song)弛的速度(du)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(xiang)關，應力松(sōng)弛依賴于(yu)時間和溫(wen)度。

圖(tu)5：溫度與正(zheng)向力關系(xi)

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(cháng)用測試設(shè)備：連接器(qi)插拔力試(shì)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(xia)壓多少毫(háo)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試(shi)驗機

注意就連(lián)接器組成(chéng)的情形而(ér)言，若測試(shì)方向受塑(su)膠本體屏(píng)蔽㊙️阻礙，則(zé)須破壞連(lián)接器塑膠(jiāo)本體，但是(shi)不要動端(duan)子原始夾(jia)持固定性(xìng)能爲原則(zé)。

圖7：剖(pōu)開的連接(jie)器

圖8:根據(ju)設計位移(yi)執行測試(shi)

圖9：繪(hui)制位移-力(lì)曲線圖

六.總結(jié)

綜述(shù)連接器正(zheng)向力是連(lián)接器的重(zhong)要參數之(zhī)一，我們在(zai)設計選📐型(xing)的時候要(yao)關注。連接(jie)器使用時(shí)其接觸可(ke)🔴靠性與正(zhèng)向力成正(zhèng)比，提高正(zhèng)向力可以(yǐ)減小接觸(chù)電阻，可以(yǐ)📱改善連接(jie)器振💞動時(shí)信👅号瞬斷(duan)問題，但是(shi)正向力過(guo)大，将使連(lian)接器插拔(bá)力變大，端(duān)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(zuì)優正向力(li)取決于受(shou)影響🔱因素(sù)的平衡。隻(zhī)要能保證(zheng)接觸電阻(zu)和界面穩(wěn)定的要求(qiú)，正向力越(yue)小越好。根(gēn)據業界常(cháng)用設⭐計标(biāo)準，鍍金接(jie)觸區設計(jì)值建議在(zài)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(lì)，設計值一(yī)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(chu)❓，設🌈計時不(bú)斷調整參(can)數，結合測(cè)試驗證，取(qǔ)的最優正(zheng)向力。

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