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(lian)接器電力和信号(hao)傳輸性能的關鍵(jiàn)組件，往往是連接(jie)器設👌計的重中之(zhi)重。大家一般對連(lián)♋接器的插拔力、保(bǎo)持力有所了解，但(dan)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(xiang)細介紹什麽是“正(zheng)向力”。

一、正向力定義(yi)

正(zhèng)向力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器插(cha)接時插座的♌端子(zǐ)梁因與插頭配合(he)産生的位移，由該(gai)位移産生的彈🤩性(xing)恢複力就是端子(zǐ)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(sheng)位移示意圖

二、正向(xiang)力影響因素

正向力(li)與接觸電阻有什(shi)麽關系了？從圖3我(wo)們可以直觀看出(chū)随着正向力增大(da)，接觸電阻變小，在(zai)100g力時接觸♊電阻趨(qū)于穩定，保持在5mΩ。

圖3：正向力(lì)和接觸電阻

正向力(li)對于連接器的影(yǐng)響是多個因素的(de)，包括插拔力，磨損(sun)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，接觸彈性部上的(de)壓力（彈片應力），連(lián)接器殼體🐅上的壓(ya)力（塑膠✍️應力），接觸(chu)電阻。增加正向力(lì)對以上前四項産(chan)生不利影響，而隻(zhī)對一項産生緩和(hé)因素。增加正向力(lì)提高了磨擦力，也(yě)增大了插拔力及(jí)磨損率。緩和因素(su)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(lì)的因素，因爲它減(jian)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(wū)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(lian)接器殼體産生一(yi)個更高的壓力，在(zai)連接器殼體上的(de)高壓力導緻殼體(tǐ)更🔞易發生變形，這(zhè)樣可能影響💃彈性(xing)部的固持位置，進(jin)而影🈲響正向力。從(cóng)這一點來看，顯示(shi)出增加正向力總(zǒng)的來講對連接性(xìng)能産生不利影響(xiang)。

然(ran)而增加正向力卻(què)可以抵消這些不(bú)利影響，正如圖3所(suo)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(xiao)的必然影響是，接(jiē)觸面積增加，則接(jie)觸電😄阻減小♊。另外(wài)，接觸阻力的穩定(ding)性同樣通過兩種(zhong)影響随着正向力(lì)的增加而增加。首(shǒu)先⛹🏻‍♀️，增加磨擦力🔱提(tí)高了接觸面的機(ji)械穩定性，以及随(sui)💃🏻之産生的對抗端(duān)子接觸面不穩定(ding)的阻力。其次，在端(duan)子區域⛷️裏的這種(zhǒng)增加‼️同樣提高了(le)接觸面的抗腐蝕(shí)能力。一個連接器(qi)的“最優化”正向♻️力(li)來自于較高正向(xiang)力對機械性能所(suǒ)帶來的不利影響(xiǎng)與端子磨擦力有(yǒu)利影響間的權衡(héng)。最小正向力必須(xū)能夠🌈保證氧化膜(mó)之破壞和端子接(jiē)觸面在不同應用(yong)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(ding)端子正向力的基(jī)礎，假如把端子⁉️近(jin)似視爲一懸臂梁(liáng)（梁的一端爲固定(ding)支座，另一端爲自(zì)由端），如圖4，根據懸(xuán)臂梁理論，可得到(dào)端子的正向力計(ji)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模型(xing)

其(qi)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(zǐ)長度

該等式包括三(sān)個要素﹕梁位移、彈(dàn)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(kong)制端子接觸面間(jian)的電阻，以确保♊電(diàn)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(li)的損失，會造成端(duan)子接觸界面🤞的機(jī)械穩定性降低。正(zheng)向力損失主要有(yǒu)兩🤟個方面：永久變(bian)形和應力松弛。

永久(jiu)變形是指端子梁(liang)由于塑性變形而(er)偏離原始位置，查(chá)看公式1，永久變形(xing)造成梁偏移D減少(shao)，因此正向力降低(dī)。

對(dui)于偏移，有一種是(shì)設計偏移的塑性(xìng)變形産生的，還有(you)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(sōng)弛的結果是應力(lì)的減少，導緻正向(xiàng)力的減少。端子在(zài)正向力作用下會(huì)發生彈性變形，産(chǎn)生内應力。懸臂梁(liang)上的正向力F與應(ying)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(shao)都會導緻正向力(lì)的減少。就連接器(qi)而言，我們可以定(dìng)義爲在連接器使(shi)用期間，随着時間(jian)的延續，正向力會(huì)以一持續的偏差(chà)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(chǎn)生的應力，而其所(suo)受正向力☁️的削減(jian)可看作是時間和(he)溫度雙重作🐪用的(de)結果。當🌈連接器的(de)工作♊溫度升高，此(ci)時應力松弛就更(geng)💋爲明👨‍❤️‍👨顯了。圖5論證(zheng)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(shí)内，正向力會随着(zhe)溫度的升高而減(jiǎn)小。

應力松弛是不可(kě)避免的，隻能控制(zhì)，應力松弛的速🛀🏻度(du)與設計選擇的材(cai)料和施加的應力(li)以及應用的☂️環境(jìng)溫度相關，應力⭕松(sōng)弛依賴于時間和(he)溫度。

圖(tu)5：溫度與正向力關(guān)系

五、正向力測試介(jie)紹

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

常用測試設備(bèi)：連接器插拔力試(shì)驗機。

目的：測試連接(jiē)器母端彈片的位(wèi)移-力對應值，就是(shi)⚽連接器母端彈片(piàn)下壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試驗機

注意(yi)就連接器組成的(de)情形而言，若測試(shì)方向受塑膠本體(tǐ)屏蔽阻礙，則須破(po)壞連接器塑膠本(běn)體，但是不要動端(duan)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(jì)位移執行測試

圖9：繪制位(wèi)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(zai)設計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻選型的時候(hòu)要關注。連接器使(shǐ)用時其接🔴觸可🍉靠(kao)性與正♋向力成正(zheng)比，提高正向力可(kě)以減小接觸電阻(zu)，可以改善連🔞接器(qì)振動時信号瞬斷(duan)問題🈲，但是正向☁️力(li)過大，将😘使連接器(qi)📐插拔力變大，端子(zi)變🚶‍♀️形産生的内應(yīng)力對其疲勞壽命(mìng)也将産生不利影(ying)🏃‍♂️響。最優正向力取(qu)決于受影響因素(su)的平衡。隻要能保(bao)證接觸電阻和界(jiè)面穩定的要求，正(zhèng)向力越小越好。根(gen)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(li)界面爲了減少磨(mó)損腐蝕🏃‍♀️，會加大正(zhèng)向力，設💘計值一般(ban)要求高于150gf。選擇合(hé)适的材料和幾何(hé)形狀是基礎，設計(ji)時不斷調整參數(shu)，結合測試驗證，取(qǔ)的最優正向力。

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