随着連(lián)接器可靠性(xing)要求越來越(yue)高，連接器的(de)端子作爲決(jue)定✉️連接器電(diàn)力和信号傳(chuan)輸性能的關(guan)鍵組件，往往(wang)是連接器設(she)計的🍓重中之(zhi)重。大家一般(ban)對連接器的(de)插拔力、保持(chi)力有所了解(jie)，但是✊正向力(li)作爲連接器(qì)的另一個關(guan)鍵性能指标(biao)，往往大多數(shù)人不太了解(jiě)。本文👄将爲你(nǐ)詳細🌈介紹什(shí)麽是“正向力(lì)”。

一、正向力(li)定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要(yào)來自于兩連(lian)接器插接時(shí)插座的端子(zi)梁🤩因與插頭(tou)配合産生的(de)位移，由該位(wèi)移産生的彈(dàn)🔅性恢複力就(jiù)是端子正向(xiàng)力。

圖1：插(cha)針與插座配(pei)合示意圖（F表(biǎo)示正向力）

圖2：端子(zǐ)受壓産生位(wèi)移示意圖

二、正向力影(yǐng)響因素

正(zheng)向力與接觸(chu)電阻有什麽(me)關系了？從圖(tu)3我們可以直(zhi)☁️觀看出随着(zhe)正向力增大(dà)，接觸電阻變(biàn)小，在100g力時接(jie)觸電阻🔞趨于(yú)穩定，保持🙇‍♀️在(zai)5mΩ。

圖3：正(zheng)向力和接觸(chù)電阻

正向(xiàng)力對于連接(jie)器的影響是(shì)多個因素的(de)，包括插🔴拔力(lì)，磨損，接觸彈(dàn)性部上的壓(ya)力（彈片應力(li)），連接器⁉️殼體(ti)上的壓力（塑(sù)膠應力），接觸(chù)電阻。增加正(zheng)向力對以上(shàng)前⛱️四項産生(shēng)不利影響，而(ér)隻對一項産(chǎn)生緩和🧑🏾‍🤝‍🧑🏼因素(sù)。增加正向力(lì)提🐪高了磨擦(cā)📧力，也增大了(le)插拔力及磨(mó)損率。緩和因(yin)素是增加磨(mo)擦力同🌈樣提(ti)高了端🐇子接(jiē)觸部的機械(xiè)穩定性，這是(shi)🈚一個有利的(de)因素，因爲它(ta)減少了接觸(chù)面的潛在不(bu)穩定性，降低(dī)了它在端子(zǐ)接觸面或其(qí)附近出現腐(fǔ)蝕性物質或(huo)污染影💁響的(de)敏感程度。增(zēng)加正向力使(shǐ)🌈得在端子彈(dàn)性部上😄的壓(ya)力變大，這樣(yàng)反過來也對(dui)連接器殼體(tǐ)産生一個更(gèng)高的壓力，在(zai)連接器🚶殼體(tǐ)上的高壓力(lì)導緻殼體更(gèng)易發生變形(xíng)，這樣可能影(yǐng)響彈性部的(de)固持位置，進(jìn)而影🐆響正向(xiang)力。從這一點(dian)來看，顯示出(chū)增加正向力(li)總的來講對(duì)連接性能産(chǎn)生不💋利影響(xiǎng)。

然而增加(jiā)正向力卻可(ke)以抵消這些(xie)不利影響，正(zheng)如圖3所示，接(jie)觸電阻随着(zhe)正向力增加(jia)而減少。增加(jia)的正向力對(dui)接觸電阻🐪大(dà)小🏃🏻‍♂️的必然影(ying)響是，接觸面(miàn)積增加，則接(jiē)觸電阻減小(xiǎo)🎯。另外，接觸阻(zǔ)力的穩定性(xìng)同樣通過兩(liǎng)種影響随着(zhe)正向力的增(zeng)加而增加。首(shǒu)先，增加磨擦(cā)力提高了接(jiē)觸面的機械(xiè)穩定性，以及(jí)随之産生的(de)對抗端子接(jie)觸面不穩定(ding)的阻力。其次(ci)，在端子區域(yù)裏的這種增(zēng)加同樣提高(gao)了接觸面的(de)抗腐蝕能力(lì)。一個連接器(qì)的“最優化”正(zhèng)向力來自于(yú)較高正向力(li)對機械性能(neng)所帶來的不(bu)利影響與端(duan)子☎️磨擦力有(you)利影響間的(de)權衡。最小正(zhèng)向力必須能(néng)夠保證氧化(hua)膜🔞之破壞和(hé)端子接觸面(miàn)在不同應用(yòng)環境下的穩(wěn)定性。

三、材(cái)料性能和正(zhèng)向力

材料(liao)性能是決定(dìng)端子正向力(lì)的基礎，假如(rú)把端子近似(sì)視爲一懸臂(bi)梁（梁的一端(duan)爲固定支座(zuò)，另一端爲自(zi)📧由端），如圖4，根(gēn)據🐅懸臂梁理(li)論，可得到端(duan)子的正向力(lì)計算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模(mo)型

其中D=梁(liáng)位移量,E=材料(liao)彈性系數,W=端(duan)子寬度,T=端子(zǐ)厚度,L=端子長(zhǎng)度

該等式(shì)包括三個要(yao)素﹕梁位移、彈(dàn)性系數和端(duan)子的幾何形(xíng)㊙️狀🌈，其中每個(ge)要素都是獨(du)立的。當材料(liao)選定後，材料(liào)厚😘度T,材料的(de)♈彈性系數E即(ji)固定不變，可(kě)以通🙇🏻過改變(biàn)端子的幾何(he)形狀來調整(zhěng)正向力的大(dà)小，并進而控(kong)制端子接觸(chu)🈲面間的電阻(zǔ)，以确保電力(lì)傳遞㊙️及信号(hao)傳遞的穩定(ding)性。

四、正向(xiàng)力的損失

對于連接器(qi)的失效，正向(xiang)力的損失，會(huì)造成端子接(jie)🌈觸界面🤩的機(jī)械穩定性降(jiang)低。正向力損(sǔn)失主要有兩(liang)個方♍面：永久(jiǔ)變形和應力(li)松弛。

永久(jiu)變形是指端(duan)子梁由于塑(sù)性變形而偏(pian)離原始⭕位置(zhì)，查看公式1，永(yǒng)久變形造成(cheng)梁偏移D減少(shǎo)，因此正👣向力(li)降低。

對于(yú)偏移，有一種(zhong)是設計偏移(yi)的塑性變形(xíng)産生的💋，還有(yǒu)一種是插拔(ba)過程中的過(guo)應力，通常是(shi)因爲不正确(que)㊙️的插拔引起(qi)的。

應力松(sōng)弛的結果是(shi)應力的減少(shao)，導緻正向力(li)的減少。端子(zǐ)在正向力作(zuò)用下會發生(sheng)彈性變形，産(chǎn)生内應力。懸(xuán)臂梁上的正(zheng)向力F與應力(li)σ間的計算公(gōng)式如下：

（公(gong)式2）

公式表(biǎo)明了任何的(de)應力減少都(dōu)會導緻正向(xiàng)力的減少。就(jiu)連接器而言(yán)，我們可以定(ding)義爲在連接(jie)器使用期間(jiān)，随着時間的(de)延續，正向力(li)會以一持續(xu)的偏差而削(xue)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼減。換句話說(shuo)，僅僅是由于(yú)端子懸臂梁(liáng)受到了因其(qi)配合偏移而(er)🏃‍♂️産生的應力(lì)，而其所受正(zheng)向力🥵的削減(jiǎn)可看作是時(shí)間和溫度雙(shuāng)重作用的結(jie)果。當連接器(qì)的工作溫度(du)升高，此時應(ying)力松弛就更(gèng)爲明顯了。圖(tú)5論證了其關(guān)系。當懸臂梁(liáng)位于其最大(da)偏差0.005 英寸時(shí)，在96小時内，正(zhèng)向力會随着(zhe)溫度的升高(gao)而減⚽小。

應(yīng)力松弛是不(bu)可避免的，隻(zhi)能控制，應力(lì)松弛的速度(du)與設🤟計⭐選擇(ze)的材料和施(shi)加的應力以(yǐ)及應用的環(huán)境溫度相關(guān)，應力❌松弛💃依(yī)賴于時間和(hé)溫度。

圖5：溫度與正(zhèng)向力關系

五、正向力測(ce)試介紹

正(zhèng)向力測試參(cān)照标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。

常(chang)用測試設備(bèi)：連接器插拔(bá)力試驗機。

目的：測試連(lián)接器母端彈(dan)片的位移-力(lì)對應值，就是(shì)連接📞器母🌏端(duan)彈片下壓多(duo)少毫米對應(ying)的力值。

圖(tu)6：連接器插拔(bá)力試驗機

注意就連接(jiē)器組成的情(qíng)形而言，若測(cè)試方向受塑(su)膠本體屏蔽(bì)阻礙，則須破(pò)壞連接器塑(su)膠本體，但是(shì)不要動端子(zǐ)原始夾持固(gu)定性能爲原(yuán)則。

圖7：剖開(kai)的連接器

圖8:根據設(shè)計位移執行(háng)測試

圖9：繪制位移(yí)-力曲線圖

六.總結

綜(zōng)述連接器正(zhèng)向力是連接(jie)器的重要參(cān)數之一，我🈲們(men)在🌂設🏒計❓選😄型(xíng)的時候要關(guan)注。連接器使(shǐ)用時其接觸(chu)可靠性🌈與正(zheng)向力成正比(bǐ)，提高正向力(lì)可以減小接(jie)觸電阻，可以(yǐ)改善連接器(qi)振動時信🚶号(hao)瞬斷問題💃🏻，但(dan)是正向力過(guò)大，将📞使連接(jie)器插拔力變(biàn)☎️大，端子變形(xíng)産生的内應(yīng)力對其疲勞(lao)壽命也将産(chan)生不利影響(xiang)。最優正向力(li)👣取決于受影(yǐng)響因素的平(ping)衡。隻要能保(bao)證接觸電阻(zu)和界面穩定(dìng)的要求，正向(xiàng)力越小越好(hao)。根據業界常(cháng)用設🚶計标準(zhǔn)，鍍金接觸區(qū)設計值建議(yì)在50~100gf 。鍍錫表面(miàn)作可分離界(jie)面爲了減少(shao)磨損☎️腐蝕，會(hui)加大正向力(li)，設🔞計值一般(ban)要求高于150gf。選(xuan)擇合适的材(cái)料和幾何形(xíng)狀是基礎，設(shè)計時不斷調(diao)整參數，結合(hé)測試驗證，取(qǔ)的最優正向(xiàng)力。

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