随着連接(jiē)器可靠性要求越(yuè)來越高，連接器的(de)端子作爲決定連(lián)接器電力和信号(hao)傳輸性能的關鍵(jiàn)組件，往往是🐇連接(jiē)器設計的重中之(zhī)重。大家一般對連(lian)接器的插拔力、保(bǎo)持力有所了解，但(dàn)是🤞正向力作爲連(lián)接器的🍉另一個關(guan)鍵性能指标，往往(wǎng)大多數人不太了(le)解。本文将爲你詳(xiang)細介紹什麽是“正(zhèng)向力”。

一、正向力定義(yi)

正(zhèng)向力（英文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連接器插(chā)接時插座的端子(zǐ)梁因與插頭配合(he)産生的位移，由該(gāi)位移産生的彈🔅性(xìng)恢複力就是端子(zǐ)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(xiàng)力影響因素

正向力(lì)與接觸電阻有什(shi)麽關系了？從圖3我(wo)們可以直觀🛀🏻看出(chu)随着正向力增大(dà)，接觸電阻變小，在(zai)100g力時接觸💃🏻電阻趨(qū)于穩定，保持在5mΩ。

圖3：正向力(li)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(sun)，接觸彈性部上的(de)壓力（彈片應力），連(lian)接器殼體上的壓(ya)力✌️（塑膠應力），接觸(chù)電阻。增加正向力(li)對以上前💯四項産(chǎn)生不利🚩影響，而隻(zhī)對一項産生緩和(hé)因素。增加🏃‍♀️正向力(li)提高了磨擦力，也(ye)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(jiē)觸部的機械穩定(ding)性，這是一個有利(li)的因素，因爲它減(jian)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(xian)腐蝕性物質或污(wū)染影響的敏感程(chéng)度。增加正向力使(shǐ)得在端子彈性部(bu)上㊙️的壓力變大，這(zhe)樣‼️反過來也對連(lián)接器殼體産生一(yī)個更高的壓🏒力，在(zai)連接器殼☔體上的(de)高壓力導緻殼⭐體(ti)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(cong)這一點來看，顯示(shi)出增加正向力總(zǒng)的來講對連接性(xìng)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(suo)示，接♉觸電阻随着(zhe)正向力增加而減(jian)少。增加的正向力(lì)對接觸電阻⛹🏻‍♀️大小(xiǎo)的必然影響是，接(jiē)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(zhong)影響随着正向力(lì)的增加而增加。首(shǒu)先🐆，增加磨擦力提(tí)高了接觸面的機(ji)械穩定性，以及随(suí)之産生的對抗🈚端(duān)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(shi)能力。一個連接器(qi)的“最優化”正向🔴力(li)來自于較高正向(xiang)力對機械性能🎯所(suǒ)帶來☂️的不利影響(xiang)與端子🔴磨擦力有(yǒu)利影響間的權衡(héng)。最小正向力必須(xu)能夠保證氧化膜(mo)之破壞和端子接(jie)觸面在不同應用(yong)環境下的穩定性(xing)。

三(sān)、材料性能和正向(xiàng)力

材料性能是決定(dìng)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(qi)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(sān)個要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子的(de)🚶‍♀️幾何形狀，其中每(mei)個要素都是獨立(li)的。當材料選定後(hou)，材料厚度T,材料的(de)彈性系數E即固定(ding)不變，可以通過改(gai)變端子的幾何形(xíng)🚶‍♀️狀來調整正向力(lì)的大小，并☎️進而控(kòng)制端子接觸面間(jian)的電⛷️阻，以确保電(diàn)力傳遞♊及信号傳(chuan)遞的穩定性。

四、正向(xiàng)力的損失

對于連接(jiē)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(you)兩個方面：永🏃‍♀️久變(bian)形和應力松弛。

永久(jiǔ)變形是指端子梁(liang)由于塑性變形而(er)偏離原始位置，查(cha)看公式1，永久變形(xing)造成梁偏移D減少(shao)，因此正向力降低(di)。

對(duì)于偏移，有一種是(shì)設計偏移的塑性(xìng)變形産生的🍉，還有(yǒu)一🌈種🈲是插拔過程(chéng)中的過應力，通常(chang)是因爲不♌正确的(de)插拔引❤️起的。

應力松(song)弛的結果是應力(li)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(chǎn)生内🌍應力。懸臂梁(liáng)上的正向力⁉️F與應(ying)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(lì)的減少🈲。就連接器(qi)而言，我們可以定(ding)義爲在連接器使(shǐ)用期間，随着時間(jiān)的延續，正向力會(hui)以一持續的偏差(cha)而削減。換句話說(shuō)，僅僅是由于端子(zǐ)🔴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(cǐ)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(shí)内，正向力會随着(zhe)溫度的升高而減(jian)小。

應力松弛是不可(ke)避免的，隻能控制(zhi)，應力松弛的速度(dù)與設計選擇的材(cái)料和施加的應力(lì)以及應用的環境(jìng)溫度👌相關，應力🤟松(sōng)弛🈲依賴于時間和(hé)溫度。

圖(tu)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(shì)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(yi)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(po)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(jì)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(lì)是連接器的重要(yào)參數之一，我們在(zài)設計選型的時候(hou)要關注。連接器使(shǐ)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(zǔ)，可以⛱️改善連♍接器(qi)振動時信号瞬斷(duan)問題，但是正向力(li)過大，将使連接器(qi)插拔力變大，端子(zi)變形産生的内應(ying)力對其疲勞壽命(ming)也将産生不利影(yǐng)響。最優正向力取(qǔ)決于受影響因素(su)的平衡。隻要能保(bǎo)證接觸電阻和界(jie)面穩定的要求，正(zheng)向力越小越好。根(gēn)據業界常用設☂️計(ji)标準，鍍金接觸區(qū)設計值建議在50~100gf 。鍍(du)錫🔅表面作可分離(lí)界面爲了減少磨(mó)損腐蝕，會加大正(zheng)向力，設計值一般(bān)要求高于150gf。選👄擇合(he)适的材料和幾何(he)形狀是基礎，設計(jì)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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