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(jian)組件，往往是連接(jie)器設計的重中之(zhi)重。大家一般對連(lian)🈲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(guan)鍵性能指标，往往(wang)大多數人不太了(le)解。本文将爲你詳(xiáng)細介紹什麽是“正(zhèng)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(cha)接時插座的端子(zi)梁因與插頭配合(he)産生的位移，由該(gai)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(chu)随着正向力增大(da)，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(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(lian)接器殼體上的壓(yā)力（塑膠應力），接觸(chù)電阻。增加正向力(lì)對以上前四項産(chan)生不利🙇‍♀️影響，而隻(zhi)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(jí)磨損率。緩和因素(sù)是增加磨擦力同(tóng)樣提高了端🔱子接(jiē)觸部的機械穩定(dìng)性，這是⛷️一個有利(li)的因🥵素，因爲它減(jiǎn)少了接觸面的潛(qián)在不穩定性，降低(dī)了它在端子接觸(chu)面或其附近出現(xiàn)腐蝕性物質或污(wū)染影響的敏感程(cheng)度。增加正👅向力使(shǐ)🌍得在端子彈性部(bù)上的壓力變大，這(zhè)樣反過來也對連(lian)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(tǐ)更易發生變形，這(zhe)樣可💃🏻能影🌈響彈性(xing)部的固持位置，進(jin)而影響正向力。從(cong)這一點來🌂看，顯示(shi)出增加正向力總(zong)的來講對連接性(xing)能産生不利影響(xiang)。

然(ran)而增加正向力卻(què)可以抵消這些不(bu)利影響，正如圖3所(suǒ)示，接❤️觸電阻随着(zhe)正向力增加而減(jiǎn)少。增加的正向力(lì)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(wai)，接觸阻力的穩定(ding)性同樣通過兩☎️種(zhǒng)影響随着正向力(lì)的增加而增加。首(shou)先，增加磨擦力提(ti)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(ding)的阻力。其次，在端(duān)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(li)來自于較高正向(xiang)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(xu)能夠保證氧化膜(mo)之破壞和端子🍓接(jiē)觸面在不同應用(yòng)環境下的穩定性(xìng)。

三(san)、材料性能和正向(xiàng)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(liang)（梁的一端爲固定(ding)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(xing)

其(qí)中D=梁位移量,E=材料(liào)彈性系數,W=端子寬(kuān)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(dàn)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(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(xing)狀來調整正向力(li)的大小，并進而控(kong)制端子接觸面間(jiān)的電阻，以确保電(diàn)力傳遞及信号傳(chuan)遞的穩定性。

四、正向(xiang)力的損失

對于連接(jiē)器的失效，正向力(lì)的損失，會造成端(duān)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(chá)🆚看公☀️式1，永久變形(xíng)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(shi)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(cháng)是因爲不🈚正确的(de)插拔引起的。

應力松(song)弛的結果是應力(lì)的減少，導緻正向(xiang)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(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(shǎo)都會導緻正向力(li)的減少。就連接器(qi)而言，我們可以定(dìng)義爲在連接器使(shǐ)用期間，随着時間(jian)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(chan)生的應力，而其所(suo)受正向力的削減(jiǎn)可看作是時間和(he)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(gèng)爲明👨‍❤️‍👨顯了。圖5論🥵證(zhèng)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(jiǎn)小。

應力松弛是不可(ke)避免的，隻能控制(zhì)，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(song)弛依賴于時間和(hé)溫度。

圖(tu)5：溫度與正向力關(guān)系

五、正向力測試介(jie)紹

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

常用測試設備(bei)：連接器插拔力試(shi)驗機。

目的：測試連接(jie)器母端彈片的位(wèi)移-力對應值，就是(shi)連接✊器母👅端彈片(pian)下壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連接器(qi)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(ti)屏蔽阻礙，則須破(pò)壞連接器塑膠本(běn)體，但是不要動端(duān)子原始夾持固定(ding)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(wei)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(zai)設計選型的時候(hòu)要關注。連接器使(shǐ)用時其接觸可靠(kào)性與正📞向力成正(zheng)比，提高正向力可(kě)以減小接觸電阻(zǔ)，可以改善連接器(qi)振動時信号瞬斷(duàn)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(yīng)力對其疲勞壽命(ming)也将産生不利影(yǐng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼響。最優正向力取(qu)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(jì)标準，鍍金接觸區(qū)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(zhèng)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(jì)時不斷調整參數(shù)，結合測試驗證，取(qǔ)的最優正向力。

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