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(jiē)器設計的重中之(zhī)重。大家一般對連(lián)接器的🏃🏻插拔力、保(bao)持力有所了解，但(dàn)是正向力作爲連(lián)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(zheng)向力”。
一、正向力定義(yì)
正(zheng)向力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器插(chā)接時插座的端子(zi)梁因與插頭配合(hé)産生的位移，由該(gāi)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(zuò)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(lì)與接觸電阻有什(shi)麽關系了？從圖3我(wǒ)們可以直觀看出(chū)随着正向力增大(dà)，接觸電阻變小，在(zài)100g力時接觸電阻趨(qu)于🔴穩定，保持在5mΩ。
圖3：正向力(lì)和接觸電阻
正向力(lì)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(ya)力（塑膠應力），接觸(chù)電阻。增加正向力(li)對以上前四項産(chan)生不利📐影響，而隻(zhi)對一項産生緩和(he)因素。增加正向力(lì)提⚽高了磨擦㊙️力，也(ye)增大了插拔力及(ji)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(qian)在不穩定🧑🏽🤝🧑🏻性，降低(di)了它在端子接觸(chu)面或其附近出現(xian)腐蝕性物質🌈或污(wu)染影響的敏感程(chéng)度。增加正向力使(shi)得在端子彈性部(bu)上🔞的壓力變大，這(zhè)樣🌍反過來也對連(lián)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(ti)更易發生變形，這(zhè)樣可能影🧑🏾🤝🧑🏼響彈性(xìng)部的固持位置，進(jin)而影響正向力。從(cong)這一點來看，顯示(shì)出增加正🈚向力總(zǒng)的來講🥰對連接性(xìng)能産生不利影響(xiǎng)。
然(ran)而增加正向力卻(que)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(li)對💘接觸電阻大小(xiǎo)的必然影響是，接(jiē)觸面積增加，則接(jiē)觸電阻減小。另外(wai)，接觸阻力的穩定(dìng)性同🤞樣通過兩種(zhong)影響随着正向力(li)的增加而增加。首(shǒu)先，增加磨擦力提(tí)高了接觸🔞面的機(jī)械穩定性，以及随(suí)之産生的對抗端(duan)子接觸面不穩定(ding)的阻力。其次，在端(duān)子區域裏的這🔞種(zhong)增加同樣提高了(le)接觸面的抗❗腐蝕(shi)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(suo)帶來的不利影響(xiang)與♊端子磨擦力有(yǒu)利影響間的權衡(heng)。最小正向力必須(xu)能夠保證氧化膜(mó)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(sān)、材料性能和正向(xiang)力
材料性能是決定(dìng)端子正向力的基(ji)礎，假如把端子👨❤️👨近(jìn)似🔴視🚶♀️爲🔴一懸臂梁(liang)（梁的一端爲固定(dìng)支座，另一端爲自(zì)由端），如圖🔞4，根據懸(xuán)臂梁理論，可得到(dao)端子的正向力計(jì)算公式。
（公式1）
圖4：懸臂梁模型(xíng)
其(qí)中D=梁位移量,E=材料(liao)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(dan)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(hou)，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(xíng)☂️狀來調整正向力(li)的大小，并☔進而控(kòng)制端子接觸面間(jiān)的電阻，以确保電(dian)力傳遞🍉及信号傳(chuán)遞的穩定性。
四、正向(xiàng)力的損失
對于連接(jie)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(bian)形和應力松弛。
永久(jiǔ)變形是指端子梁(liang)由于塑性變形而(ér)偏離原始位置，查(cha)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(dī)。
對(duì)于偏移，有一種是(shi)設計偏移的塑性(xing)變形産生的，還有(yǒu)👉一種是插拔過程(cheng)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(li)的減少，導緻正向(xiàng)力的減少。端子在(zai)正向力作用下會(hui)發生彈性變形，産(chǎn)生内應力。懸臂梁(liang)上的正向力F與應(yīng)力σ間的計算公式(shì)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(qì)而言，我們可以定(ding)義爲在連接器使(shi)用期間，随着時間(jiān)的延續，正向力會(huì)以一持續的偏🔞差(cha)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(suǒ)☎️受正向力的削減(jian)可看作是時間和(hé)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(bì)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(sōng)弛依賴于時間和(hé)溫度。
圖(tu)5：溫度與正向力關(guan)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(jiē)器母端彈片的位(wei)移-力對應值，就是(shì)連🤞接器母端彈片(piàn)下壓多少毫米對(duì)應的力值。
圖6：連接器(qi)插拔力試驗機
注意(yì)就連接器組成的(de)情形而言，若測試(shì)方向受塑膠🔞本體(ti)屏🐉蔽阻礙，則須破(pò)壞連接器塑膠本(ben)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(kāi)的連接器
圖8:根據設計(ji)位移執行測試
圖9：繪制位(wei)移-力曲線圖
六.總結(jie)
綜(zong)述連接器正向力(li)是連接器的重要(yao)參數之一，我📞們在(zài)設計選型的時候(hòu)要關注。連接器使(shi)用時其接觸可靠(kao)性與正🎯向力成正(zheng)比，提高正向力可(ke)以減小接觸電阻(zu)，可以改善連接器(qì)振動時信💞号瞬斷(duàn)問題，但是正向力(lì)過大，将使連接器(qì)插拔力變大，端子(zi)變形産生的内應(ying)力對其疲勞壽命(mìng)也将産生不利影(yǐng)響。最優正向力取(qǔ)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(zhèng)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(mó)損腐蝕，會加大正(zheng)向力，設🥰計值一般(ban)要求高于150gf。選擇合(he)适的💜材料和幾何(he)👅形狀是基礎，設計(ji)時不斷調整參數(shù)，結合測💘試驗證，取(qu)的最優正向力。
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