随着連接(jiē)器可靠性要求越(yue)來越高，連接器的(de)端子作爲決㊙️定連(lián)接器電力和信号(hào)傳輸性能的關鍵(jiàn)組件，往往是連接(jiē)🧡器設計的重中之(zhi)重。大家一般對連(lián)接器的插拔力、保(bao)持力有所了💞解，但(dàn)是正向力作爲連(lian)接器的另一個關(guān)🐆鍵性能指标，往往(wǎng)大多數人不👄太了(le)解。本文将爲你詳(xiáng)細介紹什麽是“正(zheng)向力”。

一、正向力定義(yi)

正(zheng)向力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器插(chā)接時插座的端🏃子(zǐ)❄️梁因與💰插頭配合(hé)産生的位移，由該(gāi)位移産生的彈性(xìng)恢複力就是端子(zi)正向力。

圖1：插針與插座(zuo)配合示意圖（F表示(shì)正向力）

圖2：端子受壓産生(shēng)位移示意圖

二、正向(xiang)力影響因素

正向力(li)與接觸電阻有什(shí)麽關系了？從圖3我(wǒ)們可以直觀看出(chū)随着正向力增大(da)，接觸電阻變小，在(zai)100g力時接觸電阻趨(qu)于穩定，保持在5mΩ。

圖3：正向力(lì)和接觸電阻

正向力(li)對于連接器的影(ying)響是多個因素的(de)，包括插☎️拔🏃🏻力，磨損(sǔn)，接觸彈性部上的(de)壓力（彈片應力），連(lián)接器殼體上的壓(yā)力（塑膠應力），接觸(chu)電阻。增加正向力(li)對以上前四項産(chan)生不利影響，而隻(zhī)對一㊙️項産生緩和(hé)因素。增加正向力(lì)提🤩高了磨擦力，也(yě)增大了插拔力及(ji)磨損率。緩和因素(su)是增加磨擦力同(tóng)⛹🏻‍♀️樣提高了端🐆子接(jie)觸部的機械穩定(ding)性，這是一個有利(li)的因素，因✔️爲它減(jiǎn)少了接觸面的潛(qian)在不穩定性，降低(di)了它在端子接觸(chu)面或其附近出現(xiàn)腐蝕性物質或污(wu)染影☎️響的敏感程(cheng)度。增加正向力使(shǐ)得在端子彈性部(bu)上🔞的壓力變大，這(zhè)樣反過來也對連(lián)接器殼體産生一(yi)個更高的壓力，在(zai)連接器✏️殼體上的(de)高壓力導緻殼體(tǐ)更易發生變形，這(zhe)樣可能影響彈性(xìng)部的固持位❌置，進(jìn)而影響正向力。從(cóng)這一點來看，顯示(shi)出增加正向力總(zǒng)的來講對連接性(xing)能産生不利影響(xiǎng)。

然(rán)而增加正向力卻(que)可以抵消這些不(bú)利影響，正如圖3所(suǒ)示，接觸電阻随着(zhe)正向力增加而減(jian)少。增加的正向力(li)對🈲接觸電阻大小(xiao)的必然影響是，接(jie)觸面積增加，則💃🏻接(jie)觸電阻減小。另外(wài)，接🌍觸阻力的穩定(ding)性同樣通過兩種(zhǒng)影響随着正向力(li)的增加而增加。首(shou)先，增加磨擦力提(tí)高了接觸面的機(jī)械穩定性，以及随(suí)♈之産生的對抗端(duan)子接觸面不穩定(dìng)的阻力。其次，在端(duan)子區域裏的這種(zhǒng)增加同樣提高了(le)接觸面的抗🏃‍♀️腐蝕(shí)能力。一個連接器(qì)的“最優化”正向力(lì)來自于較✊高正向(xiàng)力💛對機械性能所(suǒ)帶來🚩的不利影響(xiǎng)與端子磨擦力有(yǒu)利影響間的權衡(héng)。最小正向力💘必須(xū)能夠💋保證氧化膜(mo)之破壞和端子接(jie)觸面在不同應用(yòng)環境下的穩定性(xìng)。

三(sān)、材料性能和正向(xiang)力

材料性能是決定(ding)端子正向力的基(ji)礎，假如把端子近(jin)似視爲一💋懸臂梁(liáng)（梁的一端爲固定(dìng)支座，另一端爲自(zi)由端），如圖4，根據懸(xuan)臂梁理論，可得到(dào)端子的正向力計(jì)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模型(xíng)

其(qí)中D=梁位移量,E=材料(liao)彈性系數,W=端子寬(kuan)度,T=端子厚度,L=端子(zi)長度

該等式包括三(san)個要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子的(de)幾何形🏃🏻‍♂️狀✔️，其中每(měi)個要素都是獨立(li)的。當材料選定後(hòu)，材料厚度T,材料的(de)彈性系數E即固定(dìng)不變，可以通過改(gai)變💃端子的幾何形(xíng)狀來調整正向力(li)的大小，并進而控(kong)制端子接觸面間(jian)的電🧑🏽‍🤝‍🧑🏻阻，以确保電(diàn)力傳遞及信号傳(chuán)遞的穩定性。

四、正向(xiàng)力的損失

對于連接(jie)器的失效，正向力(lì)的損失，會造成端(duan)子接觸界💰面🔞的機(ji)械穩定性降低。正(zhèng)向力損失主要有(yǒu)兩個方面：永久變(biàn)形和應力松弛。

永久(jiu)變形是指端子梁(liang)由于塑性變形而(ér)偏離原始位✂️置，查(cha)💜看公式1，永久變形(xíng)造成梁偏移D減少(shǎo)，因此正向力降低(di)。

對(dui)于偏移，有一種是(shi)設計偏移的塑性(xìng)變形産生的，還有(you)一種是插拔過程(chéng)中的過應力，通常(cháng)是因爲不❗正确的(de)插拔引📱起的。

應力松(sōng)弛的結果是應力(lì)的減少，導緻正向(xiàng)力的減少。端子在(zài)正向力作用下會(hui)發生彈性變形，産(chan)生内應力。懸臂梁(liáng)上的正💚向力F與應(yīng)力σ間的計算公式(shi)如下：

（公式2）

公式表明了(le)任何的應力減少(shao)都會導緻正向力(li)的減🏃🏻‍♂️少。就連⭐接器(qì)而言，我們可以定(dìng)義爲在連接器使(shi)💋用期間，随着時間(jiān)的延續，正向力會(huì)以一持續的偏差(chà)而削減。換句話說(shuō)，僅僅是由于端子(zi)懸臂梁受到了因(yin)其配合偏移而産(chǎn)生的應力，而其所(suǒ)受正向力的削減(jian)可看作是時間和(hé)溫度雙重作♍用的(de)結果。當❤️連接器的(de)工作溫度升高，此(ci)時應力松弛就更(geng)爲明顯了。圖5論證(zheng)了其關系。當懸臂(bi)梁位🌂于其最大偏(pian)差0.005 英寸時，在96小時(shi)内，正✉️向力會随着(zhe)溫度的升高而減(jian)小。

應力松弛是不可(kě)避免的，隻能控制(zhì)，應力松弛的速度(dù)與設🈲計選擇的材(cai)料和施加的應力(li)以及應用的環境(jing)溫度相關，應力松(song)弛依賴于時間和(hé)溫度。

圖(tú)5：溫度與正向力關(guan)系

五、正向力測試介(jie)紹

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

常用測試設備(bèi)：連接器插拔力試(shi)驗機。

目的：測試連接(jiē)器母端彈片的位(wei)移-力對應值，就是(shi)連接器💋母端彈片(piàn)下壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連接器(qì)插拔力試驗機

注意(yì)就連接器組成的(de)情形而言，若測試(shi)方向受塑膠💛本體(tǐ)屏蔽阻礙，則須破(pò)壞連接器塑膠本(běn)體，但是不要🌂動端(duan)子原始夾持固定(dìng)性能爲原則。

圖7：剖開(kai)的連接器

圖8:根據設計(ji)位移執行測試

圖9：繪制位(wèi)移-力曲線圖

六.總結(jié)

綜(zong)述連接器正向力(li)是連接器的重要(yào)參數之一，我們在(zài)設計選型的時候(hòu)要關注。連接器使(shi)用時其接觸可靠(kao)性🛀🏻與正向力成正(zheng)比，提高正向力可(ke)以減小接觸電阻(zu)，可以改善連接器(qì)振動時信号瞬斷(duàn)問題，但是正向力(lì)過大，将🏃🏻‍♂️使連接器(qi)插拔力變🧑🏾‍🤝‍🧑🏼大，端子(zǐ)變🔅形産生的内應(yīng)力對其疲勞壽命(mìng)也将🚩産生不利影(ying)♍響。最優正向力取(qu)決于受影響因素(sù)的平衡。隻要能保(bao)證接觸電阻和界(jiè)面穩定的要求，正(zhèng)向力越小越❄️好。根(gen)據業界常用設計(ji)标準，鍍金接觸區(qu)設計值建議在50~100gf 。鍍(dù)錫表面作可分💜離(lí)界面爲了減少磨(mo)損腐蝕，會加大正(zheng)向力，設計值一🐇般(ban)要求高于150gf。選擇合(hé)适的材料和幾何(hé)🏃‍♀️形狀是基礎，設🌂計(ji)時不斷調整參數(shu)，結合測試驗證，取(qu)的最優正向力。

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