随着連接(jiē)器可靠性(xing)要求越來(lái)越高，連接(jiē)器的端子(zi)作爲決定(ding)🌈連接器電(diàn)力和信号(hào)傳輸性能(néng)的關鍵組(zǔ)🏃件，往往是(shi)連接🍉器設(shè)計的重中(zhōng)之重。大家(jiā)一般對連(lian)接器的插(chā)拔力💋、保持(chí)力有所了(le)解，但是✂️正(zhèng)向力作爲(wèi)連接器的(de)另一個關(guan)鍵性能指(zhi)标，往往大(da)💘多數人不(bu)太了解。本(běn)文🐅将爲你(ni)詳細介紹(shào)什麽是“正(zheng)向力”。

一、正向力(li)定義

正向力（英(yīng)文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連(lián)接器插接(jiē)時插座的(de)⛱️端子梁因(yīn)🐆與插頭配(pei)合産生的(de)位移，由該(gai)位移産生(shēng)的彈⁉️性恢(huī)複力就是(shi)端子正向(xiàng)力。

圖1：插針(zhēn)與插座配(pèi)合示意圖(tu)（F表示正向(xiang)力）

圖(tu)2：端子受壓(yā)産生位移(yí)示意圖

二、正向(xiàng)力影響因(yin)素

正(zheng)向力與接(jie)觸電阻有(you)什麽關系(xì)了？從圖3我(wǒ)們可以直(zhí)♍觀看出随(suí)🔞着正向力(lì)增大，接觸(chu)電阻變小(xiao)，在100g力時接(jie)觸電阻趨(qu)于🐇穩定，保(bǎo)持在5mΩ。

圖3：正向力(li)和接觸電(diàn)阻

正(zhèng)向力對于(yu)連接器的(de)影響是多(duō)個因素的(de)，包括插拔(ba)力，磨損，接(jiē)觸彈性部(bù)上的壓力(lì)（彈片應力(lì)），連接器殼(ké)體上的壓(yā)力（塑膠應(ying)力），接觸電(diàn)阻。增加正(zheng)向力對💚以(yǐ)上前👈四項(xiàng)産生不利(lì)🤟影響，而隻(zhi)對一項産(chǎn)生緩和因(yin)素。增加正(zhèng)向力提高(gao)了磨擦力(lì)，也增大了(le)插拔力及(ji)磨損率。緩(huǎn)💃🏻和因素是(shi)增加磨擦(cā)力同樣提(ti)高了端子(zǐ)接觸部的(de)機械穩定(dìng)性，這是一(yī)個有利的(de)因素，因爲(wei)它減少了(le)接觸面的(de)潛在不穩(wěn)定性，降低(dī)了它在🚶‍♀️端(duān)子接觸面(mian)或其附近(jìn)出現腐蝕(shí)性物質或(huo)污染影響(xiǎng)的敏感程(chéng)度。增加正(zhèng)向力使得(dé)在端子彈(dàn)性🤩部上的(de)壓力變大(dà)，這樣反過(guo)來也對連(lián)接器殼🍉體(ti)産生一個(gè)更高的壓(ya)力，在連接(jiē)器殼體上(shang)的高壓力(li)導緻殼♈體(tǐ)更易發生(shēng)變形，這樣(yang)可🏃🏻能影響(xiǎng)彈性部的(de)固持位置(zhi)，進而影響(xiǎng)正向力。從(cóng)這一點來(lái)看，顯示出(chu)增加正⭐向(xiang)力總的來(lái)講對連接(jiē)性能産生(shēng)不利影響(xiang)。

然而(ér)增加正向(xiàng)力卻可以(yǐ)抵消這些(xiē)不利影響(xiang)，正如⭐圖3所(suǒ)示，接觸電(dian)阻随着正(zhèng)向力增加(jia)而減少。增(zeng)加的正向(xiang)力對🐇接觸(chu)電阻大小(xiao)的必然影(yǐng)響是，接觸(chù)面積增加(jiā)，則接觸電(dian)阻減小。另(lìng)外，接觸阻(zu)力的穩定(ding)性同樣通(tong)過兩種影(yǐng)響随着正(zheng)向力的增(zēng)加而增加(jiā)。首先，增加(jia)磨擦力⭕提(ti)高了接觸(chu)面的機械(xie)穩定性，以(yǐ)及随之産(chǎn)生的對🈲抗(kang)端子接觸(chù)面不穩定(ding)的阻力。其(qi)次，在端子(zi)區域裏的(de)這種增加(jiā)同樣提高(gāo)了接觸面(miàn)的抗腐蝕(shi)能力。一個(ge)連接🌍器的(de)“最優化”正(zhèng)向力來自(zì)于較高正(zheng)向力對機(jī)械性能所(suo)帶來的不(bu)利影響與(yǔ)端子磨擦(ca)力有利影(yǐng)響間的權(quán)衡。最小正(zhèng)向力🌈必須(xu)能夠保證(zheng)氧化膜之(zhi)破壞和端(duan)♌子接觸面(mian)在不同應(yīng)用環🧑🏾‍🤝‍🧑🏼境下(xia)♊的穩定性(xing)。

三、材(cái)料性能和(he)正向力

材料性(xìng)能是決定(ding)端子正向(xiang)力的基礎(chu)，假如把端(duān)子近似視(shì)爲一懸臂(bi)梁（梁的一(yī)端爲固定(dìng)支座，另一(yi)端💛爲自♌由(you)端），如圖4，根(gēn)據⁉️懸臂✍️梁(liáng)理論，可得(dé)到端子的(de)正向力計(jì)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂(bì)梁模型

其中D=梁(liáng)位移量,E=材(cai)料彈性系(xì)數,W=端子寬(kuan)度,T=端子厚(hòu)度✍️,L=端⭐子長(zhǎng)度

該(gai)等式包括(kuò)三個要素(su)﹕梁位移、彈(dan)性系數和(he)端子的幾(jǐ)何🤩形狀，其(qí)中每個要(yào)素都是獨(dú)立的。當材(cái)料選定後(hòu)，材料厚☀️度(dù)T,材料的彈(dàn)性系數E即(jí)固定不變(bian)，可以通過(guò)改變端子(zǐ)的幾何形(xíng)狀來調整(zhěng)正向力的(de)大小，并進(jìn)而控制端(duān)子接觸面(miàn)間的電阻(zǔ)，以确保電(diàn)力傳遞👈及(ji)信号傳遞(dì)的穩定性(xing)。

四、正(zheng)向力的損(sun)失

對(duì)于連接器(qì)的失效，正(zhèng)向力的損(sǔn)失，會造成(chéng)端子接♌觸(chù)界面的機(ji)械穩定性(xìng)降低。正向(xiang)力損失主(zhu)要有兩個(ge)方🐆面：永📱久(jiu)變形和🐕應(yīng)力松弛。

永久變(biàn)形是指端(duan)子梁由于(yu)塑性變形(xing)而偏離原(yuan)始位置，查(chá)看公式1，永(yong)久變形造(zao)成梁偏移(yi)D減少，因此(ci)正向力☎️降(jiang)低。

對(duì)于偏移，有(you)一種是設(shè)計偏移的(de)塑性變形(xíng)産生的，還(hái)有一種是(shi)插拔過程(cheng)中的過應(ying)力，通常是(shi)因爲不正(zhèng)确的插⁉️拔(ba)引起的。

應力松(sōng)弛的結果(guo)是應力的(de)減少，導緻(zhì)正向力的(de)減少☂️。端子(zi)🏃‍♀️在🔞正向力(li)作用下會(huì)發生彈性(xing)變形，産生(sheng)内應力。懸(xuán)臂梁上的(de)正向力F與(yu)應力σ間的(de)計算公式(shì)如下：

（公式2）

公式表明(míng)了任何的(de)應力減少(shao)都會導緻(zhì)正向力的(de)減少。就連(lián)接器而言(yán)，我們可以(yi)定義爲在(zài)連接器使(shǐ)用期間，随(sui)着時間的(de)延續💔，正向(xiang)力會以一(yi)持續的偏(pian)差而削🐆減(jian)。換句話說(shuo)，僅🏒僅是由(yóu)于端子懸(xuán)臂梁受到(dào)了因其配(pèi)合偏移而(ér)産生的應(yīng)❤️力，而其所(suo)受正向力(li)的削減可(kě)看作是時(shí)間和溫度(du)雙重作用(yòng)的結果。當(dāng)🈚連接器的(de)工🔴作溫度(dù)升高，此時(shí)應力松弛(chí)就更🐅爲明(ming)顯了。圖5論(lùn)證了其關(guān)系。當懸臂(bì)梁位于其(qi)最大偏差(cha)0.005 英⁉️寸時，在(zai)96小時内，正(zhèng)😄向力會随(suí)着溫度的(de)💋升高而減(jiǎn)小。

應(ying)力松弛是(shì)不可避免(miǎn)的，隻能控(kòng)制，應力松(sōng)弛的速度(du)與設㊙️計選(xuǎn)擇的材料(liào)和施加的(de)應力以及(ji)應用的環(huán)境💜溫度相(xiang)關，應力松(sōng)弛依賴于(yu)時間和溫(wen)度。

圖(tu)5：溫度與正(zheng)向力關系(xi)

五、正(zheng)向力測試(shi)介紹

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

常(cháng)用測試設(shè)備：連接器(qì)插拔力試(shi)驗機。

目的：測試(shi)連接器母(mu)端彈片的(de)位移-力對(dui)應值，就是(shì)連接器母(mǔ)⭕端👌彈片下(xià)壓多少毫(hao)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試(shi)驗機

注意就連(lián)接器組成(cheng)的情形而(er)言，若測試(shi)方向受塑(sù)膠本體屏(píng)蔽阻礙，則(ze)須破壞連(lian)接器塑膠(jiāo)本體，但是(shì)不要動端(duan)子原始夾(jiá)持固定性(xing)能爲原則(zé)。

圖7：剖(pou)開的連接(jiē)器

圖8:根據(jù)設計位移(yi)執行測試(shi)

圖9：繪(hui)制位移-力(lì)曲線圖

六.總結(jie)

綜述(shu)連接器正(zheng)向力是連(lián)接器的重(zhòng)要參數之(zhī)一，我們在(zài)設計選型(xíng)的時候要(yào)關注。連接(jiē)器使用時(shí)其接觸可(kě)靠性與正(zheng)向力成正(zheng)比，提高正(zhèng)向力可以(yǐ)減小接觸(chu)電阻，可以(yi)改善連接(jie)器振動時(shi)信号瞬斷(duàn)問題，但是(shi)正向力過(guò)大，将使連(lián)接器🙇‍♀️插拔(ba)力變大，端(duan)子變👌形産(chǎn)生的内應(yīng)力對其疲(pi)勞壽命也(yě)将産生不(bu)利影💜響。最(zuì)優正向💰力(lì)取決于受(shou)影響因素(su)的平衡。隻(zhī)要能保證(zheng)接觸電阻(zǔ)和✊界面穩(wěn)定的要求(qiú)，正向力越(yue)小越好。根(gen)據業界常(cháng)用設計标(biāo)準，鍍金接(jiē)觸區設計(jì)值建議在(zài)50~100gf 。鍍錫表面(mian)作可分離(lí)界面爲了(le)減少磨損(sun)腐蝕❄️，會加(jia)大正向力(lì)，設計值一(yī)❤️般要求高(gao)于150gf。選🏃擇合(he)适的📐材料(liao)和幾何形(xíng)狀是基礎(chǔ)🏒，設計時不(bu)斷調整參(can)數，結❄️合測(cè)試驗證，取(qǔ)的最優正(zheng)向力。

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