随着連(lián)接器可(ke)靠性要(yào)求越來(lai)越高，連(lian)接器的(de)端子作(zuo)爲決定(dìng)連接器(qì)電力和(he)信号傳(chuán)輸性能(neng)的關鍵(jian)組件，往(wang)往是連(lian)接器設(shè)計的重(zhong)中之重(zhòng)。大家一(yi)般對連(lián)接器的(de)插拔力(li)、保持力(li)有所了(le)📐解，但是(shì)💯正向力(li)作爲連(lian)接器的(de)另一個(ge)關💞鍵性(xing)能指标(biāo)，往往大(dà)多數人(rén)不太了(le)解。本文(wen)📧将爲你(ni)詳細介(jie)紹什麽(me)是“正向(xiang)力”。
一、正(zhèng)向力定(ding)義
正向(xiang)力（英文(wen)：Normal Force）主要來(lái)自于兩(liang)連接器(qi)插接時(shi)插座的(de)端子梁(liáng)因與插(cha)頭配合(hé)産生的(de)位移，由(you)該位移(yí)産生的(de)彈📐性恢(hui)複力就(jiu)是端子(zi)正向力(li)。
圖1：插針(zhen)與插座(zuo)配合示(shi)意圖（F表(biao)示正向(xiang)力）
圖2：端(duan)子受壓(ya)産生位(wei)移示意(yì)圖
二、正(zhèng)向力影(ying)響因素(sù)
正向力(lì)與接觸(chù)電阻有(yǒu)什麽關(guān)系了？從(cong)圖3我們(men)可以🧡直(zhi)🤟觀看出(chu)随着正(zhèng)向力增(zeng)大，接觸(chu)電阻變(bian)小，在100g力(lì)時接觸(chu)電阻🐅趨(qū)于❓穩定(ding)，保持在(zai)5mΩ。
圖3：正向(xiang)力和接(jiē)觸電阻(zu)
正向力(li)對于連(lian)接器的(de)影響是(shì)多個因(yin)素的，包(bāo)括插拔(ba)力，磨損(sǔn)，接觸彈(dan)性部上(shang)的壓力(li)（彈片應(yīng)力），連接(jiē)器殼體(ti)上的壓(ya)力（塑膠(jiāo)應力），接(jie)觸電阻(zǔ)。增加正(zheng)向力對(duì)以上前(qián)四項産(chan)👅生不利(li)影響，而(ér)隻對一(yī)項産生(shēng)緩和因(yin)素。增加(jia)正向力(li)提高了(le)磨擦力(lì)，也增大(dà)㊙️了插拔(bá)力及磨(mo)損率。緩(huǎn)和因素(su)是增加(jia)磨擦力(lì)同樣提(tí)高了端(duān)子接觸(chu)部的機(ji)💰械穩定(ding)性，這是(shi)一個有(yǒu)利的因(yīn)素，因爲(wei)它減少(shao)了接觸(chu)面的潛(qian)在不穩(wěn)定性，降(jiàng)低了它(tā)在端子(zǐ)接觸面(mian)或其附(fù)近出現(xian)腐蝕性(xìng)物☁️質或(huò)污染影(ying)響的敏(min)感⭕程度(du)。增加正(zhèng)向力使(shi)得在端(duan)子彈性(xìng)部上的(de)壓力變(bian)大，這樣(yàng)反過來(lái)也對連(lian)接器殼(ké)體産生(sheng)一個更(gèng)高的壓(yā)力，在連(lián)接器殼(ke)體上的(de)高壓力(lì)導緻殼(ké)㊙️體更易(yi)發生變(bian)形，這樣(yàng)可能影(ying)響🌈彈性(xìng)部的固(gu)持位👉置(zhì)，進而影(yǐng)響正向(xiang)力。從這(zhè)一點來(lái)看，顯示(shi)出增加(jiā)正向力(lì)總的來(lai)講對連(lián)接性能(neng)産生不(bu)利影響(xiang)。
然而增(zēng)加正向(xiàng)力卻可(ke)以抵消(xiāo)這些不(bu)利影響(xiang)，正如圖(tú)3所⭐示，接(jie)觸電阻(zu)随着正(zhèng)向力增(zēng)加而減(jiǎn)少。增加(jiā)的正向(xiang)力對接(jiē)觸電阻(zu)大小的(de)必然影(ying)響是，接(jie)觸面積(jī)❓增加，則(zé)🔅接觸電(dian)🍉阻減小(xiǎo)。另外，接(jie)⚽觸阻力(li)的穩定(dìng)性同🔞樣(yàng)通過兩(liǎng)種影響(xiang)随着正(zhèng)向力的(de)增加而(ér)增加。首(shǒu)先⚽，增加(jia)磨擦力(lì)提高了(le)接觸面(mian)的機械(xiè)穩定性(xing)，以及随(suí)之産生(sheng)的對抗(kàng)端子接(jie)觸面不(bú)穩定的(de)阻力。其(qí)🐆次，在端(duān)子區域(yù)🌈裏的這(zhè)種增加(jiā)同樣提(ti)高了接(jiē)觸面的(de)抗腐蝕(shi)能力。一(yī)個連接(jiē)🏃🏻器的“最(zuì)優化”正(zheng)向力來(lái)自于較(jiao)高正向(xiang)力對機(ji)械性能(néng)所帶來(lai)的不利(lì)影響與(yǔ)端子磨(mo)擦力有(yǒu)利影響(xiǎng)☁️間的權(quan)衡。最小(xiǎo)正向力(li)♻️必須能(neng)夠保證(zhèng)氧化膜(mó)之破壞(huai)和端子(zǐ)接觸面(mian)在不同(tong)應用環(huan)👄境下的(de)穩定性(xing)。
三、材料(liao)性能和(he)正向力(li)
材料性(xing)能是決(jué)定端子(zǐ)正向力(lì)的基礎(chǔ)，假如把(bǎ)端子近(jin)似視爲(wei)一懸臂(bì)梁（梁的(de)一端爲(wei)固定支(zhi)座，另一(yī)端爲自(zì)由端），如(rú)圖4，根據(ju)懸臂梁(liang)理論，可(kě)得到端(duān)子的正(zheng)向力計(jì)算公式(shì)。
（公式1）
圖(tú)4：懸臂梁(liang)模型
其(qí)中D=梁位(wei)移量,E=材(cai)料彈性(xing)系數,W=端(duān)子寬度(dù),T=端子厚(hòu)度,L=端子(zǐ)長度
該(gai)等式包(bāo)括三個(ge)要素﹕梁(liáng)位移、彈(dàn)性系數(shu)和端子(zǐ)的幾何(hé)❓形⛷️狀，其(qi)中每個(ge)要素都(dōu)是獨立(li)的。當材(cái)料選定(dìng)🔞後，材料(liào)厚度T,材(cai)🍓料的彈(dan)性系數(shu)E即固定(ding)不變，可(kě)以通過(guò)改變端(duan)子的📐幾(ji)何形✔️狀(zhuàng)來調整(zheng)正向力(lì)的大小(xiǎo)，并進而(er)控制🌈端(duan)子接觸(chù)🈲面間的(de)電阻，以(yǐ)确保電(dian)力傳遞(di)✍️及信号(hao)傳遞的(de)穩定性(xìng)。
四、正向(xiang)力的損(sun)失
對于(yú)連接器(qi)的失效(xiao)，正向力(lì)的損失(shi)，會造成(chéng)端子接(jiē)觸界面(mian)❗的機械(xiè)穩定性(xing)降低。正(zhèng)向力損(sǔn)失主要(yào)有兩🚶個(ge)方🧡面：永(yǒng)久變形(xing)和🏃♀️應力(li)松弛。
永(yǒng)久變形(xing)是指端(duan)子梁由(you)于塑性(xing)變形而(ér)偏離原(yuán)始🌈位置(zhì)，查看公(gōng)🔴式1，永久(jiu)變形造(zao)成梁偏(pian)移D減少(shǎo)，因此正(zhèng)向力降(jiang)低。
對于(yu)偏移，有(you)一種是(shi)設計偏(piān)移的塑(sù)性變形(xing)産生的(de)，還💰有✊一(yi)🔞種是插(chā)拔過程(cheng)中的過(guo)應力，通(tong)常是因(yīn)爲不正(zhèng)确的插(chā)拔引起(qi)的。
應力(li)松弛的(de)結果是(shì)應力的(de)減少，導(dao)緻正向(xiang)力的減(jiǎn)少✍️。端子(zǐ)在正向(xiang)力作用(yòng)下會發(fā)生彈性(xìng)變形，産(chǎn)生内應(yīng)力🔴。懸臂(bi)梁上的(de)正📐向力(lì)F與應力(lì)σ間的計(ji)算公式(shi)如下：
（公(gong)式2）
公式(shì)表明了(le)任何的(de)應力減(jiǎn)少都會(hui)導緻正(zheng)向力的(de)減🈲少。就(jiù)連接器(qi)而言，我(wǒ)們可以(yi)定義爲(wèi)在連接(jie)器使用(yong)期間，随(sui)着時間(jiān)的延續(xù)，正向力(lì)會以一(yī)持續的(de)偏😄差而(er)削減。換(huan)句話說(shuō)，僅僅是(shi)由于端(duān)子懸臂(bi)梁受到(dao)了因其(qí)配合偏(piān)移而産(chǎn)生的應(yīng)力，而其(qi)所受正(zheng)向力✂️的(de)削減可(ke)看作是(shì)時間和(he)溫度雙(shuāng)重作㊙️用(yong)的結果(guǒ)。當🔞連接(jie)器的工(gōng)作溫度(dù)升高，此(ci)時應力(li)松弛就(jiu)更爲明(ming)顯了。圖(tú)5論證了(le)其關系(xì)。當懸臂(bì)梁位于(yú)其最大(dà)偏差0.005 英(ying)寸時，在(zai)96小時内(nèi)，正向力(lì)會随着(zhe)溫度的(de)👉升高而(er)減小。
應(yīng)力松弛(chí)是不可(ke)避免的(de)，隻能控(kong)制，應力(lì)松弛的(de)速度💃🏻與(yu)🌏設計選(xuan)☎️擇的材(cái)料和施(shī)加的應(yīng)力以及(ji)應用的(de)環境🚩溫(wēn)度相關(guan)，應力松(sōng)弛依賴(lài)于時間(jiān)和溫度(dù)。
圖5：溫度(du)與正向(xiang)力關系(xì)
五、正向(xiàng)力測試(shi)介紹
正(zheng)向力測(ce)試參照(zhào)标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。
常(chang)用測試(shi)設備：連(lian)接器插(chā)拔力試(shi)驗機。
目(mu)的：測試(shi)連接器(qì)母端彈(dàn)片的位(wèi)移-力對(duì)應值，就(jiu)是連接(jie)器母端(duān)彈片下(xia)壓多少(shao)毫米對(duì)應的力(li)值。
圖6：連(lian)接器插(cha)拔力試(shì)驗機
注(zhu)意就連(lián)接器組(zǔ)成的情(qing)形而言(yán)，若測試(shi)方向受(shou)塑膠本(ben)體屏蔽(bì)阻礙，則(zé)須破壞(huài)連接器(qì)塑膠本(ben)體，但是(shì)🛀不要動(dòng)端子原(yuán)始夾👅持(chí)固定性(xing)能爲原(yuan)則。
圖7：剖(pōu)開的連(lian)接器
圖(tu)8:根據設(she)計位移(yi)執行測(cè)試
圖9：繪(hui)制位移(yi)-力曲線(xian)圖
六.總(zǒng)結
綜述(shu)連接器(qi)正向力(li)是連接(jie)器的重(zhong)要參數(shu)之一，我(wo)們在設(she)計選型(xíng)的時候(hou)要關注(zhù)。連接器(qi)使用時(shi)其接觸(chù)可靠性(xìng)與正向(xiàng)力成正(zheng)比，提高(gao)正向力(lì)可以減(jiǎn)小接觸(chù)電阻，可(ke)以改善(shan)連接器(qi)振動時(shi)信号瞬(shun)斷問題(tí)，但是正(zhèng)向力過(guo)大，将使(shi)連接器(qi)插拔力(lì)變🔞大，端(duān)子變形(xing)産生的(de)内應力(li)對其疲(pí)勞壽命(ming)也将産(chan)生不利(li)影響。最(zuì)優正向(xiang)力取決(jue)于受影(ying)響因素(sù)的平衡(heng)。隻要能(néng)保證接(jie)觸電阻(zǔ)和🙇🏻界面(mian)穩定的(de)要求，正(zhèng)向力越(yue)小越好(hao)。根據業(ye)界常用(yong)設計标(biāo)準，鍍金(jīn)接觸區(qū)🤩設計值(zhi)建🚶議在(zài)50~100gf 。鍍錫表(biǎo)面作可(ke)分離界(jiè)面爲了(le)減少磨(mó)損腐蝕(shi)，會加大(dà)正向力(li)，設計值(zhi)一般要(yao)求高于(yú)150gf。選擇合(he)适的材(cai)料和幾(ji)何形狀(zhuàng)是基礎(chu)，設計時(shi)不斷調(diào)整參數(shu)，結合測(ce)🈚試驗證(zhèng)，取的最(zui)優正向(xiàng)力。
壯壯(zhuàng)優選目(mu)前已積(jī)累了大(da)量連接(jiē)器DPA（物理(li)破壞性(xìng)物❤️理分(fèn)析🍉）分析(xi)經驗，通(tong)過各種(zhǒng)技術手(shǒu)段，來識(shi)物料的(de)固有可(ke)靠性💞隐(yin)患和使(shǐ)🈲用風險(xiǎn)，對物料(liao)的物理(lǐ)可靠性(xing)進行整(zhěng)體♉評估(gū)，如果您(nín)有⛷️連接(jiē)器的認(rèn)證需求(qiu)，壯壯優(you)選💘可幫(bāng)助您進(jìn)行專業(ye)👅可靠的(de)分析。
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