随着連接(jiē)器可靠性(xìng)要求越來(lai)越高，連接(jie)器的端子(zi)作爲決♌定(dìng)連接器電(dian)力和信号(hao)傳輸性能(neng)的關鍵組(zǔ)‼️件，往🚩往是(shi)連接器設(shè)計的☔重中(zhong)之重。大家(jia)一般對連(lián)接器的插(chā)拔力、保持(chi)力有所了(le)解，但是正(zheng)向力作爲(wèi)連接器的(de)另一個關(guān)鍵性能指(zhi)标，往往大(da)多數人不(bú)太了解。本(běn)文将爲你(nǐ)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(lian)接器插接(jie)時插座的(de)😍端子梁因(yin)與插頭配(pei)合産生的(de)位移，由該(gai)位移産生(sheng)的彈性恢(hui)複力就是(shì)端子正向(xiang)力。

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

圖(tu)2：端子受壓(ya)産生位移(yi)示意圖

二、正向(xiàng)力影響因(yīn)素

正(zhèng)向力與接(jiē)觸電阻有(you)什麽關系(xì)了？從圖3我(wo)們可以直(zhí)觀💋看出⭐随(suí)🌍着正向力(lì)增大，接觸(chù)電阻變小(xiao)，在100g力時接(jie)觸電阻🛀🏻趨(qū)于穩定，保(bao)持在5mΩ。

圖3：正向力(li)和接觸電(dian)阻

正(zheng)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(li)（彈片應力(lì)），連接器殼(ké)體上的壓(ya)力（塑膠🌈應(ying)力✌️），接觸電(dian)阻。增加正(zheng)向力對以(yǐ)上前🧑🏾‍🤝‍🧑🏼四項(xiàng)産生不利(lì)影響，而隻(zhī)對一項産(chǎn)生緩和因(yin)素。增加正(zhèng)向力提高(gao)了磨擦力(li)，也增大了(le)插拔力及(ji)磨損率。緩(huan)和因素是(shi)增加磨擦(ca)力同樣提(ti)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(wèi)它減少💘了(le)接觸面的(de)潛在不穩(wen)定🔱性，降低(di)了它在端(duan)子接觸面(miàn)或其附近(jin)出現腐蝕(shí)性物質或(huo)污染影響(xiang)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(guò)來也對連(lián)接器殼體(ti)産生一🔴個(ge)更高的壓(ya)力，在連接(jie)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(lai)講對連✊接(jie)性能産生(sheng)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(suo)示😍，接觸電(diàn)阻随着正(zheng)向力增加(jia)而減少。增(zēng)加的正向(xiang)力對接觸(chu)📧電阻大小(xiǎo)的必然影(yǐng)響是，接觸(chù)面積增加(jia)，則接觸電(dian)阻減小🔱。另(ling)外，接🧑🏽‍🤝‍🧑🏻觸阻(zu)力的穩定(dìng)性同樣通(tōng)過兩種影(yǐng)響随着正(zhèng)向力的增(zeng)加而🔱增加(jia)。首先，增加(jia)磨擦力提(tí)高了接觸(chù)面的機械(xiè)穩定性，以(yǐ)及随🌈之産(chan)生的對🤟抗(kang)端子接觸(chu)面不穩定(ding)的阻力。其(qi)次，在端子(zǐ)區域裏的(de)這種增加(jia)同樣提高(gao)了接觸面(miàn)的抗💋腐蝕(shí)能力。一個(gè)連接器的(de)“最優化”正(zheng)向力來自(zì)于較高正(zheng)向力對機(jī)械性能所(suǒ)帶來的不(bú)利影響與(yu)端子磨擦(ca)力有利影(ying)響間的權(quan)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(miàn)在不同應(yīng)用環💯境下(xià)的穩定性(xing)。

三、材(cái)料性能和(hé)正向力

材料性(xìng)能是決定(dìng)端子正向(xiàng)力的基礎(chu)，假如把端(duan)子近似視(shi)爲一懸臂(bì)梁（梁的一(yī)端爲固定(dìng)支座，另一(yī)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(bi)梁模型

其中D=梁(liang)位移量,E=材(cái)料彈性系(xi)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(ji)何形狀，其(qi)中每個要(yao)素都是獨(dú)立的。當材(cai)料選定後(hòu)，材料厚👅度(dù)T,材料的彈(dàn)性系數E即(ji)固定不變(biàn)，可以通♍過(guò)改變端子(zǐ)的幾何形(xing)狀來調🌈整(zheng)正向👄力的(de)大小，并㊙️進(jìn)而控制端(duan)子接觸面(miàn)間的電阻(zǔ)，以确保電(dian)力傳遞及(jí)信号傳遞(di)🎯的穩定性(xìng)。

四、正(zheng)向力的損(sǔn)失

對(dui)于連接器(qi)的失效，正(zhèng)向力的損(sǔn)失，會造成(cheng)端子接觸(chu)👉界💋面的機(jī)械穩定性(xing)降低。正向(xiang)力損失主(zhǔ)要有兩⭐個(gè)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(yú)塑性變形(xíng)而偏離原(yuán)始位置，查(chá)看公式1，永(yǒng)久變形造(zào)成梁偏移(yí)D減少，因此(cǐ)正向力降(jiàng)低。

對(dui)于偏移，有(you)一種是設(she)計偏移的(de)塑性變形(xíng)産生的，還(hái)有一種是(shi)插拔過程(chéng)中的過應(ying)力，通常是(shi)因爲不正(zheng)确⭕的插拔(ba)引起的。

應力松(sōng)弛的結果(guǒ)是應力的(de)減少，導緻(zhi)正向力的(de)減少。端子(zi)在正♈向力(li)作用下會(huì)發生彈性(xìng)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(ming)了任何的(de)應力減少(shao)都會導緻(zhì)正向力的(de)減🌂少。就連(lian)👄接器而言(yan)，我們可以(yi)定義爲在(zai)連接器使(shǐ)用期間，随(sui)🔴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(you)于端子懸(xuán)臂梁受到(dao)了因其配(pei)合偏移而(er)産生的應(yīng)力，而其所(suǒ)💘受正向力(lì)的削減可(kě)看❤️作是時(shí)間和溫度(dù)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(míng)顯了。圖5論(lùn)證了其關(guān)系。當懸臂(bi)梁位于其(qí)最大偏差(chà)0.005 英寸時，在(zài)96小時内，正(zhèng)向力會随(suí)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(kong)制，應力松(sōng)弛的速度(dù)與💛設計選(xuǎn)🚶擇的材料(liao)和施加的(de)應力以及(ji)應用的環(huán)境溫度相(xiang)關，應力👉松(song)弛依賴于(yú)時間和溫(wen)度。

圖(tú)5：溫度與正(zhèng)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(shi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼連接器母(mu)💚端彈片下(xia)壓多少毫(hao)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qì)插拔力試(shi)驗機

注意就連(lián)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(ze)須破壞連(lian)接器塑膠(jiao)本體，但是(shi)不要動端(duān)子原始夾(jia)持固定性(xing)能爲原則(zé)。

圖7：剖(pōu)開的連接(jie)器

圖8:根據(jù)設計位移(yí)執行測試(shì)

圖9：繪(hui)制位移-力(lì)曲線圖

六.總結(jie)

綜述(shù)連接器正(zheng)向力是連(lian)接器的重(zhòng)要參數之(zhī)一，我們在(zai)⭐設計選型(xíng)的時候要(yao)關注。連接(jie)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(yǐ)減小接觸(chù)電阻，可以(yi)改善連🔞接(jiē)器振動時(shí)信号瞬斷(duan)問題，但是(shì)正向力過(guo)大，将使連(lian)接器插拔(ba)力變大，端(duan)子變形産(chǎn)生的内應(ying)力對其疲(pí)勞壽命也(yě)将産生不(bú)利影✉️響。最(zuì)優正向力(li)取決于受(shou)影響🏃因素(su)的平衡。隻(zhī)要能保證(zheng)接觸電阻(zu)和界面穩(wen)定的要求(qiu)，正向力越(yuè)小越好。根(gēn)據業界常(cháng)用設計标(biao)準，鍍金接(jie)觸❗區設計(ji)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(sun)腐蝕，會加(jiā)大正向力(lì)，設計值一(yi)般要求高(gāo)于150gf。選擇合(hé)适的🐕材料(liao)和幾何形(xíng)狀是基礎(chǔ)，設計時不(bu)斷調整參(cān)數，結🈚合測(cè)試驗證，取(qǔ)的最優正(zhèng)向力。

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