随着連接(jie)器可靠性(xing)要求越來(lai)越高，連接(jie)器的端子(zi)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(shi)連接👄器設(she)計的重中(zhōng)之重。大家(jiā)一般對連(lian)♌接器的插(cha)拔力、保持(chí)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(da)多數人不(bu)太了解。本(ben)文将爲你(nǐ)詳細🌈介紹(shào)什麽是“正(zheng)向力”。

一、正向力(lì)定義

正向力（英(ying)文：Normal Force）主要來(lái)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(gai)位移産生(shēng)的彈性恢(hui)複力就是(shì)端子正向(xiàng)力。

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

圖(tu)2：端子受壓(yā)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(you)什麽關系(xi)了？從圖3我(wo)們可以直(zhi)觀看出随(sui)着正向力(li)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(yú)連接器的(de)影響是多(duō)個因素的(de)，包括插拔(ba)🍓力，磨損，接(jie)觸彈性部(bu)上的壓力(lì)（彈片應力(li)），連接器殼(ke)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(li)影響，而隻(zhi)對一項産(chan)生緩和因(yīn)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(huǎn)和因素是(shi)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(duan)子接觸面(mian)或其附近(jin)出現腐蝕(shí)性物質或(huò)污染影響(xiǎng)的敏感✏️程(chéng)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(lì)導緻殼體(ti)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(xiang)正向力。從(cong)這一點來(lái)看，顯示出(chū)增加正向(xiang)力總的來(lai)講對連接(jiē)性能産生(sheng)不利影響(xiang)。

然而(er)增加正向(xiàng)力卻可以(yi)抵消這些(xie)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(jiā)而減少。增(zeng)加的正向(xiang)力對接觸(chu)電阻大小(xiǎo)的必然影(ying)響是，接觸(chu)面積增加(jiā)，則接觸電(dian)阻減小。另(lìng)外，接觸阻(zu)力的穩定(ding)性同樣通(tōng)過兩種影(yǐng)響随着正(zheng)向力的增(zēng)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(yǐ)及随之産(chǎn)生的對抗(kang)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(mian)的抗腐蝕(shi)能力。一個(ge)連接器的(de)“最優化”正(zhèng)向力來自(zì)于較高正(zhèng)向力對機(jī)械性能所(suǒ)帶來的不(bú)利影響與(yǔ)端子磨擦(cā)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(zhī)破壞和端(duān)✊子接觸面(miàn)在不同應(yīng)用環境下(xia)的穩定性(xing)。

三、材(cai)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(duan)子近👅似視(shì)📧爲👅一懸臂(bi)梁（梁的一(yi)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(bì)梁模型

其中D=梁(liáng)位移量,E=材(cái)料彈性系(xì)數,W=端子寬(kuān)度,T=端子厚(hou)度,L=端子長(zhǎng)度

該(gāi)等式包括(kuo)三個要素(sù)﹕梁位移、彈(dàn)性系數和(hé)端子的幾(jǐ)何形狀，其(qi)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(dàn)性系數E即(jí)固定不變(biàn)，可以通過(guò)改變端子(zǐ)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(zu)，以确保電(dian)力傳遞💔及(jí)信号傳遞(dì)的穩定性(xing)。

四、正(zhèng)向力的損(sǔn)失

對(dui)于連接器(qì)的失效，正(zhèng)向力的損(sun)失，會造成(chéng)端子接觸(chù)界❤️面的機(jī)械穩定性(xing)降低。正向(xiàng)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(duān)子梁由于(yú)塑性變形(xing)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(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(xing)産生的💁，還(hái)🌐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(sōng)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(xìng)變形，産生(shēng)内應力。懸(xuan)臂梁上的(de)正向力F與(yǔ)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(shǎo)都會導緻(zhì)正向力的(de)減🔴少。就連(lián)接器而言(yan)，我們可以(yǐ)定義爲在(zai)連接器使(shi)用期間，随(sui)着時間的(de)延續，正向(xiàng)力會以一(yi)持續的偏(pian)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(pèi)合偏移而(er)産生的應(ying)力，而其所(suo)受正向力(li)💃🏻的削減可(kě)看♊作是時(shí)間和溫度(dù)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(chi)就更爲明(míng)顯了。圖5論(lun)證了其關(guān)系。當懸臂(bì)梁位👈于其(qi)最大偏差(chà)0.005 英寸時，在(zài)96小時内，正(zheng)💃🏻向力會随(sui)着溫度的(de)升高而減(jiǎn)小。

應(ying)力松弛是(shì)不可避免(miǎn)的，隻能控(kòng)制，應力松(sōng)弛的速度(dù)與設📧計選(xuǎn)✍️擇的材料(liao)和施加的(de)應力以及(ji)應用的環(huán)境溫度相(xiang)關，應力松(sōng)弛依賴于(yu)時間和溫(wēn)度。

圖(tú)5：溫度與正(zheng)向力關系(xi)

五、正(zheng)向力測試(shi)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(qì)插拔力試(shi)驗機。

目的：測試(shi)連接器母(mǔ)端彈片的(de)位移-力對(dui)應值，就是(shi)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(shì)驗機

注意就連(lian)接器組成(cheng)的情形而(ér)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(jiāo)本體，但是(shì)不要💞動端(duan)子原🚩始夾(jia)✏️持固定性(xing)能爲原則(ze)。

圖7：剖(pōu)開的連接(jiē)器

圖8:根據(jù)設計位移(yi)執行測試(shì)

圖9：繪(hui)制位移-力(lì)曲線圖

六.總結(jie)

綜述(shù)連接器正(zheng)向力是連(lián)接器的重(zhong)要參數之(zhi)一，我們在(zai)設計選型(xing)的時候要(yao)關注。連接(jiē)器使用時(shi)其接觸可(ke)靠性與正(zhèng)向力成正(zheng)🐆比，提高正(zheng)向力可以(yi)減小接觸(chù)電阻，可以(yǐ)👨‍❤️‍👨改善連🈲接(jiē)器振動時(shi)信🥵号瞬斷(duan)問題，但是(shì)正向力過(guo)大，将使連(lian)接器插拔(ba)力變大，端(duān)子變♌形産(chan)生的内✔️應(yīng)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(su)的平衡。隻(zhi)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(gen)據業界常(chang)用設計标(biāo)準，鍍金接(jie)觸區設計(ji)值建議在(zài)50~100gf 。鍍錫表面(miàn)作可分離(li)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(he)适的材料(liao)和幾何形(xing)狀是基礎(chǔ)，設🙇🏻計時不(bú)斷調整參(cān)數，結合測(cè)㊙️試驗證，取(qǔ)的最優正(zhèng)🔞向力。

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