随着連接器可(kě)靠性要求越來(lai)越高，連接器的(de)端子作❗爲決定(dìng)🔆連接器電力和(hé)信号傳輸性能(néng)的關鍵組件，往(wǎng)往是連接器設(she)計的重中之重(zhòng)。大家一般對連(lián)接器的插拔力(li)、保持力有所了(le)解，但是正向力(li)作爲連接器的(de)另一個關鍵性(xìng)能指标，往往大(da)多數人不太了(le)解。本文将爲你(ni)詳細介紹什麽(me)是“正向力”。

一、正(zheng)向力定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器(qì)插接時插座的(de)端👄子梁因與插(chā)頭配合産生的(de)位移，由該位移(yí)産生㊙️的彈性恢(hui)複力就是🔴端子(zi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻正向力。

圖1：插針(zhēn)與插座配合示(shi)意圖（F表示正向(xiàng)力）

圖2：端子受壓(ya)産生位移示意(yì)圖

二、正向力影(ying)響因素

正向力(li)與接觸電阻有(yǒu)什麽關系了？從(cong)圖3我們可以直(zhi)‼️觀看👅出随着正(zhèng)向力增大，接觸(chù)電阻變小，在100g力(lì)時👣接觸電阻趨(qu)于穩定💔，保持在(zai)5mΩ。

圖3：正向力和接(jiē)觸電阻

正向力(lì)對于連接器的(de)影響是多個因(yin)素的，包括插拔(bá)力💁，磨損✊，接觸彈(dàn)性部上的壓力(lì)（彈片應力），連接(jiē)器殼體上的壓(ya)力（塑膠應力），接(jie)觸電阻。增加正(zhèng)向力對以上前(qián)四項産生不利(lì)🌏影響，而🛀隻對一(yi)項産生緩和因(yin)素。增加正向力(lì)提高了磨擦力(lì)，也增大了插拔(ba)力☀️及磨損率。緩(huǎn)和因素是增加(jiā)磨擦力同樣提(ti)高了端🔅子接觸(chu)部的機械穩定(ding)性，這是🌈一個有(you)利的因素，因爲(wei)它減少了接觸(chù)面的潛在不穩(wen)定性，降低了它(tā)在端子接觸面(mian)或其附🤞近出現(xian)腐蝕性物質或(huò)污染影響的敏(min)感程度。增加正(zhèng)向力使得在端(duan)子彈性部上‼️的(de)壓力變大，這樣(yang)反過來也對連(lián)接器殼體産生(sheng)一個更高的壓(yā)力，在連接器殼(ké)體上的高壓力(li)導緻殼體更易(yì)發生變形，這樣(yàng)可能影響🥰彈性(xing)部的固持位置(zhì)，進而影響正向(xiang)力。從這一點來(lai)看，顯示出增加(jia)正向力總的來(lai)講對連接性能(neng)産生不♍利影響(xiǎng)。

然而增加正向(xiàng)力卻可以抵消(xiao)這些不利影響(xiǎng)，正如圖3所示，接(jie)👣觸♍電阻随着正(zhèng)向力增加而減(jian)少。增加的🍓正向(xiang)力對接觸電阻(zǔ)大小的必然影(yǐng)響是，接觸面積(jī)增加，則🔆接觸電(diàn)阻減小。另外，接(jiē)觸阻力的穩定(dìng)性同✂️樣通過兩(liang)🔞種影響随着正(zhèng)向力的增加而(er)增加。首先🔱，增加(jiā)磨擦力提高了(le)接觸👌面的機械(xiè)穩定性，以及随(sui)之産生的對抗(kàng)端子接觸面不(bu)穩定的阻力。其(qi)次，在端子區域(yu)裏的這種增加(jiā)㊙️同樣提高♻️了接(jie)觸面的抗腐蝕(shí)能力。一個連接(jie)器的“最優化”正(zhèng)向力來自于較(jiao)🐆高正向力對機(jī)械性能所帶來(lái)的不利影響與(yu)端子磨擦力有(yǒu)利影響間的權(quan)衡。最小正向力(lì)❤️必須能夠保證(zheng)氧化膜之破壞(huài)和端子接觸面(miàn)在不同應用環(huan)境下的穩定性(xing)。

三、材料性能和(hé)正向力

材料性(xing)能是決定端子(zi)正向力的基礎(chu)，假如把端子近(jin)似視爲一懸臂(bi)梁（梁的一端爲(wei)固定支座，另一(yī)端爲自由端），如(rú)圖4，根據懸臂梁(liáng)理論，可得到端(duan)子的正向力計(jì)算公式。

（公式1）

圖(tu)4：懸臂梁模型

其(qi)中D=梁位移量,E=材(cai)料彈性系數,W=端(duan)子寬度,T=端子厚(hou)度,L=端子🚶‍♀️長度

該(gai)等式包括三個(gè)要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子(zǐ)的幾何形狀🐪，其(qí)✨中每個要素都(dou)是獨立的。當材(cai)料選定🏃🏻後，材料(liào)厚🔞度T,材料的彈(dàn)性系數E即固定(dìng)不變，可以通過(guò)改變端子的幾(ji)何形狀來調整(zhěng)正向力的大小(xiǎo)，并進而控制端(duān)子接觸面間的(de)電💰阻，以确保電(diàn)力傳遞⛱️及信号(hao)傳遞的穩定性(xing)。

四、正向力的損(sǔn)失

對于連接器(qì)的失效，正向力(li)的損失，會造成(cheng)端子接觸界面(mian)👌的♈機械穩定性(xìng)降低。正向力損(sǔn)失主要有兩個(ge)方面：永久變形(xíng)和應力🐪松弛。

永(yǒng)久變形是指端(duan)子梁由于塑性(xing)變形而偏離原(yuán)始位置㊙️，查看公(gong)式1，永久變形造(zào)成梁偏移D減少(shǎo)，因此正向力🤞降(jiang)低。

對于偏移，有(you)一種是設計偏(pian)移的塑性變形(xing)産生的，還有一(yī)🔞種是插拔過程(cheng)中的過應力，通(tōng)常是因爲不🚶‍♀️正(zhèng)确🔆的插拔引起(qi)的。

應力松弛的(de)結果是應力的(de)減少，導緻正向(xiàng)力的減少💋。端子(zi)在正向力作用(yong)下會發生彈性(xing)變形，産生内應(ying)力。懸臂梁上的(de)正向力F與應力(lì)σ間的計算公式(shì)如下：

（公式2）

公式(shi)表明了任何的(de)應力減少都會(hui)導緻正向力的(de)減少☎️。就連💜接器(qì)而言，我們可以(yǐ)定義爲在連接(jie)器使🌈用期間，随(suí)⛹🏻‍♀️着時間的延續(xù)💚，正向力會以一(yī)持續的偏差而(ér)削減。換句話說(shuō)，僅僅是由于端(duān)子懸臂梁受到(dao)了因其配合偏(piān)移而産生的應(yīng)力，而其所受正(zheng)向力的削減可(kě)看作是時間和(he)溫度雙重作用(yòng)的結果。當連接(jiē)器的工作溫度(du)升高，此時應力(lì)松弛就更🌈爲明(míng)🈲顯了。圖5論證了(le)其關系。當懸臂(bì)梁位于其最大(dà)偏差0.005 英🐆寸時，在(zài)96小時内，正向力(lì)會随着溫度的(de)升高而減小。

應(yīng)力松弛是不可(kě)避免的，隻能控(kong)制，應力松弛的(de)速✍️度✨與設計選(xuan)擇的材料和施(shi)加的應力以及(jí)應用的環境溫(wen)度相關，應力⁉️松(song)弛依賴于時間(jian)和溫度。

圖5：溫度(du)與正向力關系(xì)

五、正向力測試(shì)介紹

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

常(cháng)用測試設備：連(lián)接器插拔力試(shì)驗機。

目的：測試(shi)連接器母端彈(dan)片的位移-力對(dui)應值，就是連♋接(jiē)器♻️母端彈片下(xia)壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連(lián)接器插拔力試(shì)驗機

注意就連(lian)接器組成的情(qing)形而言，若測試(shì)方向受塑🌈膠本(ben)體👄屏蔽阻礙，則(ze)須破壞連接器(qi)塑膠本體，但是(shì)💯不要動端子原(yuán)👌始夾持固🥰定性(xìng)能爲原則。

圖7：剖(pōu)開的連接器

圖(tú)8:根據設計位移(yí)執行測試

圖9：繪(hui)制位移-力曲線(xiàn)圖

六.總結

綜述(shù)連接器正向力(li)是連接器的重(zhòng)要參數之一，我(wǒ)📐們在設💁計選型(xing)的時候要關注(zhu)。連接器使用時(shí)其接觸可靠性(xìng)與正向力成正(zhèng)比，提高正向力(li)可以減小接觸(chù)電阻，可以改善(shan)連接器振動時(shi)信号瞬斷問題(tí)，但是正向力過(guò)大，将⭐使連接器(qi)插拔力變大，端(duān)子變形産生的(de)内🧑🏾‍🤝‍🧑🏼應力對其疲(pí)勞壽命也将産(chǎn)生不利影響。最(zui)優正向力取決(jue)于受影響因素(su)的平衡。隻要能(néng)保證接觸電阻(zu)和界面穩定的(de)要求，正向力越(yue)小越好。根據業(yè)界常用設計标(biāo)準，鍍金接觸區(qū)設計值建議在(zài)50~100gf 。鍍錫☎️表面作可(kě)分離界面爲了(le)減少磨損👨‍❤️‍👨腐蝕(shi)⭐，會加大正向力(li)，設計值一般要(yao)求高于150gf。選擇合(he)适的材料和幾(ji)何形狀是基礎(chǔ)，設計時不斷調(diao)整參數，結🌈合測(cè)試驗證，取的最(zui)優正向力。

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