随着連接(jiē)器可靠性(xing)要求越來(lai)越高，連接(jiē)器的端子(zi)作爲決⭐定(dìng)連接器電(dian)力和信号(hào)傳輸性能(néng)的關鍵組(zu)件，往往是(shi)連接器設(she)計的重中(zhong)之重。大家(jia)一般對連(lian)接器的插(chā)拔力、保持(chi)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(zhǐ)标，往往大(da)✊多數人不(bú)太了解。本(ben)文🚶‍♀️将爲你(ni)詳細☀️介紹(shao)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(lai)自于兩連(lian)接器插接(jiē)時插座的(de)端♋子梁🏃‍♂️因(yīn)🔴與😄插頭配(pèi)合産生的(de)位移，由該(gai)位移産生(sheng)的彈性恢(huī)複力就是(shi)端子正向(xiang)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(yi)示意圖

二、正向(xiang)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(zhi)觀看☎️出随(suí)着正向力(lì)增大，接觸(chu)電阻變小(xiǎo)，在100g力時接(jiē)觸電阻趨(qū)于穩定，保(bǎo)持在5mΩ。

圖3：正向力(lì)和接觸電(diàn)阻

正(zheng)向力對于(yú)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(bu)上的壓力(lì)（彈片應力(li)），連接器殼(ke)體上的壓(ya)力（塑膠應(ying)力），接觸電(diàn)阻。增加正(zheng)向力對以(yi)上前四項(xiang)産生不利(lì)影響，而隻(zhi)對一項産(chǎn)生緩和因(yīn)素。增加😘正(zhèng)向力提高(gāo)了磨擦力(lì)，也增大了(le)插拔力及(ji)磨損率。緩(huan)和因素是(shi)增加磨擦(cā)力同樣提(tí)高了端🏃‍♂️子(zǐ)接觸部的(de)機械穩定(ding)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(di)了它在端(duan)子接觸面(mian)或其附近(jin)出現腐蝕(shi)性物質🔞或(huo)污染影響(xiǎng)的敏感程(chéng)度。增加正(zhèng)向力使🔴得(de)在端子彈(dan)性部上的(de)壓力變大(dà)，這樣反過(guo)來也對連(lián)接器殼體(tǐ)産生一㊙️個(gè)更高的壓(yā)力，在連接(jiē)器殼體上(shang)的高壓力(li)導緻殼體(ti)更易發生(sheng)變形，這樣(yàng)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(lai)看，顯示出(chū)增加正向(xiàng)力總的來(lái)講對連接(jie)性能産生(sheng)不⭐利影響(xiǎng)。

然而(er)增加正向(xiang)力卻可以(yǐ)抵消這些(xiē)不利影響(xiǎng)，正如圖3所(suo)示，接觸電(diàn)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(ying)響是，接觸(chù)面積增加(jia)，則接觸電(diàn)阻減小。另(ling)外，接觸阻(zǔ)力🌐的穩定(dìng)性同🐉樣通(tōng)過兩種影(ying)響随着正(zhèng)向力的增(zeng)加而增加(jiā)。首先🚩，增加(jia)磨擦力提(ti)高了接觸(chù)🈲面的機械(xiè)穩定性，以(yi)及随之産(chǎn)生的對抗(kàng)端子接觸(chu)面不穩定(ding)的阻力。其(qi)次，在❤️端子(zi)區域裏的(de)這種增加(jia)☎️同樣提高(gao)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(zi)于較🔱高正(zheng)向力對機(ji)械性能🥰所(suǒ)帶來的不(bú)利影響與(yu)端子磨擦(cā)力有利影(yǐng)響間的權(quan)衡。最小正(zheng)向力✊必須(xū)能夠🙇🏻保證(zheng)氧化膜之(zhi)破壞和端(duān)子接觸面(mian)在不同應(ying)用環💁境下(xià)的穩定性(xìng)。

三、材(cai)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(chǔ)，假如把端(duan)子近似視(shì)爲💜一懸臂(bì)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(ji)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂(bì)梁模型

其中D=梁(liang)位移量,E=材(cai)料彈性系(xì)數,W=端子寬(kuan)度,T=端子厚(hou)度,L=端子長(zhǎng)度

該(gai)等式包括(kuò)三個要素(su)﹕梁位移、彈(dàn)性系數和(he)端子的‼️幾(ji)何⭕形✉️狀，其(qi)中每個要(yao)素都是獨(du)立的。當材(cái)料選定😍後(hòu)，材💛料厚度(du)T,材料的彈(dàn)性系數E即(ji)固定不變(bian)，可以通過(guo)改變端子(zǐ)的幾何形(xing)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻狀來調整(zheng)正向力的(de)大小，并💞進(jin)而控制端(duān)子接觸面(miàn)間的電阻(zu)，以确保電(diàn)力傳遞👉及(ji)信号傳遞(di)的穩定性(xing)。

四、正(zheng)向力的損(sun)失

對(duì)于連接器(qi)的失效，正(zhèng)向力的損(sun)失，會造成(chéng)端子接觸(chu)🥰界面的機(ji)🥰械穩定性(xìng)降低。正向(xiang)力損失主(zhu)要有兩個(gè)方面：永🏒久(jiǔ)變形和應(ying)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(yǒng)久變形造(zào)成梁偏移(yi)D減少，因此(cǐ)正向力降(jiàng)低。

對(duì)于偏移，有(yǒu)一種是設(she)計偏移的(de)塑性變形(xíng)産生的，還(hai)有一種是(shi)插拔過程(cheng)中的過應(yīng)力，通常是(shi)因爲不🌍正(zheng)确的插拔(bá)引起的。

應力松(song)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(shi)如下：

（公式2）

公式表明(míng)了任何的(de)應力減少(shao)都會導緻(zhi)正向力的(de)減少。就連(lián)♈接器而言(yan)，我們可以(yi)定義爲在(zài)連接器使(shǐ)用期間，随(suí)着時間的(de)😍延續，正向(xiàng)力會以一(yi)持續的偏(piān)差而削減(jiǎn)。換句話說(shuo)，僅僅是由(yóu)于端子懸(xuán)臂梁受到(dao)了因其配(pei)合偏移而(er)産生的應(ying)力，而其所(suǒ)受正向力(li)的削減可(kě)看作是時(shí)間和溫度(du)雙重作用(yong)的結果。當(dang)連接器的(de)工☁️作溫度(du)升高，此時(shi)應力松弛(chi)就更🏒爲明(ming)顯了。圖5論(lun)證了其🤟關(guan)系。當懸臂(bi)梁位于其(qí)最大偏差(cha)0.005 英💘寸時，在(zài)96小時内，正(zheng)向力會随(sui)着溫度的(de)😘升高而減(jian)🈲小。

應(yīng)力松弛是(shi)不可避免(mian)的，隻能控(kòng)制，應力松(song)弛的速度(dù)與設計選(xuǎn)👨‍❤️‍👨擇的材料(liào)和施加的(de)應力以及(jí)應用的環(huan)境溫度相(xiàng)關，應力松(sōng)弛💜依賴于(yu)時間和溫(wen)度。

圖(tú)5：溫度與正(zheng)向力關系(xi)

五、正(zheng)向力測試(shì)介紹

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

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

目的：測試(shi)連接器母(mǔ)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(háo)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試(shi)驗機

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

圖7：剖(pou)開的連接(jie)器

圖8:根據(ju)設計位移(yi)執行測試(shi)

圖9：繪(hui)制位移-力(li)曲線圖

六.總結(jie)

綜述(shu)連接器正(zheng)向力是連(lian)接器的重(zhòng)要參數之(zhi)一，我們在(zai)設計選✊型(xing)的時候要(yao)關注。連接(jiē)器使用時(shí)其接觸可(ke)靠性與正(zheng)👄向力‼️成正(zhèng)🏃‍♀️比，提高正(zhèng)向力可以(yi)減小接觸(chù)電阻，可以(yi)改善連接(jiē)器振動時(shí)信号瞬斷(duàn)問題，但是(shì)正向力過(guo)大，将🌂使連(lian)接器插拔(bá)力變♊大，端(duān)子變形産(chǎn)生的内應(yīng)力對其疲(pí)勞壽命也(ye)将産生不(bu)利影響。最(zuì)優正向力(lì)取決于受(shòu)影響因素(su)的平衡。隻(zhi)♍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(gēn)據業界常(cháng)用設計标(biāo)準，鍍金接(jiē)觸區✊設計(jì)值建♋議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面(mian)作可分🈲離(li)界面爲了(le)減少磨損(sǔn)腐蝕⛱️，會加(jia)大正向力(lì)，設計值一(yī)般要求高(gāo)于150gf。選擇合(hé)适的🌂材料(liào)和幾何形(xíng)狀是基礎(chu)，設🈲計時不(bú)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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