随着連(lián)接器可靠性(xìng)要求越來越(yuè)高，連接器的(de)端子作爲決(jue)定連接器電(dian)力和信号傳(chuan)輸性能的關(guan)鍵組件，往往(wǎng)是連接器設(she)計的💔重中之(zhī)重。大家一般(ban)對連接器的(de)插拔力、保持(chi)力有所了解(jiě)，但是正向力(li)作爲連接器(qì)的另一個關(guān)♍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(shi)麽是“正向力(lì)”。

一、正向力(li)定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要(yao)來自于兩連(lian)接器插接時(shí)插座的端子(zǐ)梁因🏃與✉️插頭(tou)配合産生的(de)位移，由該位(wèi)移産生的彈(dan)🏃性恢複力就(jiu)是端子正向(xiang)力。

圖1：插(cha)針與插座配(pèi)合示意圖（F表(biǎo)示正向力）

圖2：端子(zi)受壓産生位(wèi)移示意圖

二、正向力影(ying)響因素

正(zhèng)向力與接觸(chù)電阻有什麽(me)關系了？從圖(tú)3我們可以♌直(zhi)觀💯看♌出💯随着(zhe)正向力增大(da)，接觸電阻變(biàn)小，在100g力時接(jiē)觸電阻✔️趨于(yu)穩定，保持在(zài)5mΩ。

圖3：正(zhèng)向力和接觸(chu)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(li)，磨損🥰，接觸彈(dan)性部上的壓(yā)力（彈片應力(lì)），連接器殼體(tǐ)上的壓力（塑(su)膠應力），接觸(chù)電阻。增加正(zheng)向力對以上(shang)前四項産生(sheng)不利影響，而(ér)隻對一項産(chan)生緩和因素(su)。增加正向力(li)提高了磨擦(cā)力，也增大🤞了(le)插拔力及磨(mo)損率。緩和因(yīn)素是增加磨(mó)擦力同🔅樣提(ti)高了端子接(jiē)觸部的機械(xiè)穩定性，這是(shì)❓一個有利的(de)因素，因爲它(tā)減少了接觸(chu)👉面的潛在不(bú)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(zeng)加正向力使(shi)得在端子彈(dan)性部上的壓(ya)力變大，這樣(yàng)反過來也對(duì)連接器殼體(tǐ)産生一個更(geng)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(jin)而影👉響正向(xiàng)力。從這一點(dian)來看，顯示出(chū)增加正向力(lì)總的來講對(duì)連接性能産(chan)生不利影響(xiang)。

然而增加(jiā)正向力卻可(kě)以抵消這些(xiē)不利影響，正(zhèng)如圖3所示🤟，接(jie)🤟觸電阻随着(zhe)正向力增加(jiā)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(jie)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(zēng)加而增加。首(shou)先，增加磨擦(cā)力提高了接(jie)觸面的機械(xiè)穩定性，以及(ji)随之産生的(de)對抗🐆端子接(jiē)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(gāo)了接觸面的(de)抗腐蝕能力(lì)。一個連接器(qi)的“最優化”正(zheng)向力🈲來自于(yú)較👈高正向力(li)對機械性能(néng)所帶來📞的不(bú)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(mian)在不同應用(yong)環⚽境下的穩(wěn)定性。

三、材(cai)料性能和正(zhèng)向力

材料(liào)性能是決定(ding)端子正向力(lì)的基礎，假如(ru)把端子近似(sì)視爲一懸臂(bì)梁（梁的一端(duān)爲固定支座(zuò)，另一端爲自(zì)由端），如圖4，根(gēn)據懸臂梁理(li)論，可得到端(duān)子的正向力(li)計算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模(mó)型

其中D=梁(liang)位移量,E=材料(liào)彈性系數,W=端(duān)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(xing)狀，其中每個(gè)要素都是獨(dú)立的。當材料(liào)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(bian)🈚端子的幾何(hé)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(li)傳遞及信号(hào)傳遞🧡的穩定(ding)性。

四、正向(xiang)力的損失

對于連接器(qì)的失效，正向(xiàng)力的損失，會(hui)造成端子接(jie)觸㊙️界面的機(ji)械穩定性降(jiàng)低。正向力損(sǔn)失主要有兩(liang)個方🌈面：永久(jiu)變⭐形和應力(lì)松弛。

永久(jiu)變形是指端(duān)子梁由于塑(su)性變形而偏(pian)離原始位置(zhi)，查👌看公🎯式1，永(yong)久變形造成(chéng)梁偏移D減少(shǎo)，因此正向力(lì)降低。

對于(yu)偏移，有一種(zhong)是設計偏移(yí)的塑性變形(xíng)産生的📐，還❗有(you)一種是插拔(ba)過程中的過(guò)應力，通常是(shì)因爲不正确(que)的插拔引🔞起(qi)的。

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

（公(gōng)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(jiù)🔆連㊙️接器而言(yan)，我們可以定(dìng)義爲在連接(jie)器使用期間(jiān)，随着時間的(de)👌延續，正向力(lì)會以一持續(xù)的偏差而削(xue)🏃🏻‍♂️減。換句話說(shuo)，僅僅是由于(yu)端子懸臂梁(liáng)受到🎯了因其(qí)配合偏移而(ér)産生的應力(lì)，而其所🧑🏾‍🤝‍🧑🏼受正(zheng)向力的削減(jiǎn)可看⭐作是時(shi)間和溫度雙(shuang)重作用的結(jie)果。當♈連接器(qì)的工❤️作溫度(dù)升高，此時🌂應(ying)力松弛就更(geng)爲明顯了。圖(tu)5論證了其關(guan)系。當💘懸臂梁(liáng)位于其最大(da)偏差0.005 英寸時(shi)，在96小時内，正(zheng)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(zhī)能控制，應力(li)松弛的速度(du)與設計🌈選擇(ze)的材料和施(shī)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(he)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(can)照标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。

常(chang)用測試設備(bei)：連接器插拔(ba)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(duān)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(jie)器組成的情(qíng)形而言，若測(ce)試方向受塑(sù)🔞膠本體屏蔽(bì)阻礙，則須破(po)壞連接器塑(sù)膠本體，但是(shi)不要動端子(zi)原始夾持固(gù)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(zheng)向力是連接(jiē)器的重要參(cān)數之一，我們(men)在設計🏃‍♂️選型(xíng)的時候要關(guān)注。連接器使(shi)用時其接觸(chù)可靠性♉與正(zhèng)向力成正比(bi)，提高正向力(li)可以減小接(jiē)觸電阻，可以(yǐ)改善連接器(qì)振動時信号(hào)瞬斷問題，但(dàn)是正向力過(guo)大，将💞使連接(jie)器插拔力變(biàn)大，端子變形(xing)産生的内🥰應(yīng)力對其疲勞(láo)壽命也将産(chan)生不利影響(xiang)。最優正向🔱力(lì)取決于受影(yǐng)響因素的平(píng)衡。隻要能✍️保(bǎo)證接觸電阻(zǔ)和界面穩定(dìng)的要求，正向(xiàng)力越小越好(hǎo)。根據業界常(cháng)用設☁️計标準(zhǔn)，鍍金接觸區(qu)設計值建議(yì)在50~100gf 。鍍錫表面(mian)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(bān)要求高于150gf。選(xuǎn)擇合适的材(cái)料和幾何🏃‍♂️形(xing)狀是基礎，設(she)計時不斷調(diào)整參數，結🧑🏽‍🤝‍🧑🏻合(hé)測試驗證，取(qu)的最優正向(xiàng)力。

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