随着連接(jiē)器可靠性(xing)要求越來(lái)越高，連接(jiē)器的端子(zǐ)💜作☂️爲決定(dìng)連接器電(dian)力和信号(hào)傳輸性能(néng)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(cha)拔力、保持(chi)力有所了(le)解，但是正(zheng)向力作爲(wei)連接器的(de)另一個關(guān)鍵性能指(zhǐ)标，往往大(dà)多數人不(bu)太了解。本(běn)文将爲你(ni)詳細介紹(shào)什麽是“正(zhèng)向力”。

一、正向力(lì)定義

正向力（英(ying)文：Normal Force）主要來(lai)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(gāi)位移産生(shēng)的彈🙇‍♀️性恢(huī)複力♊就是(shì)端子正向(xiang)力。

圖1：插針(zhen)與插座配(pei)合示意圖(tu)（F表示正向(xiàng)力）

圖(tú)2：端子受壓(yā)産生位移(yi)示意圖

二、正向(xiàng)力影響因(yin)素

正(zheng)向力與接(jiē)觸電阻有(yǒu)什麽關系(xì)了？從圖3我(wo)們可以直(zhi)🐅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(jiē)觸電阻趨(qu)于🌈穩定⁉️，保(bǎo)持😍在5mΩ。

圖3：正向力(li)和接觸電(diàn)阻

正(zhèng)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(jie)觸彈性部(bù)上的壓力(li)（彈片應力(li)），連接器♊殼(ké)體上的♋壓(ya)力（塑膠應(yīng)力），接觸電(dian)阻。增加正(zheng)向力對以(yi)上前四項(xiang)産生不利(li)影響，而💞隻(zhī)對一🏃‍♂️項産(chan)生緩和🌈因(yin)素。增加正(zheng)向力提高(gao)了磨擦力(lì)，也增大👌了(le)插拔力及(ji)磨損率。緩(huǎn)😘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(dìng)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(dī)了它在端(duan)子接觸面(mian)或其附⚽近(jìn)出現腐蝕(shi)性物質或(huo)污染影❤️響(xiǎng)的敏感程(cheng)度。增加正(zhèng)向力使得(de)在端子彈(dan)性部上👅的(de)壓力變大(da)，這樣反過(guò)來也對連(lian)接器殼體(ti)産生一🌈個(ge)更高的壓(ya)力，在連接(jiē)器殼體上(shàng)的高壓力(lì)導緻殼🐇體(ti)更易發生(sheng)變形，這樣(yang)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(chu)增加正向(xiàng)力總的來(lai)講對連接(jiē)性能産生(shēng)不利影響(xiang)。

然而(er)增加正向(xiàng)力卻可以(yi)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(jiā)而減少。增(zēng)加的正向(xiang)力對✔️接觸(chù)電阻大小(xiao)的必然影(yǐng)響是，接觸(chu)面積增加(jiā)，則接觸電(dian)阻減小。另(lìng)外，接觸阻(zǔ)力🎯的穩定(ding)性同樣通(tōng)過兩種影(ying)響随着正(zhèng)向力的增(zeng)加而增加(jia)。首先，增加(jiā)磨擦力提(ti)高了接觸(chu)面的機械(xie)穩定性，以(yǐ)及随之産(chǎn)生的對抗(kàng)端子接觸(chu)面不穩定(dìng)的阻力。其(qí)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(zi)于較☂️高正(zhèng)向力🥰對機(jī)械性能🤟所(suo)帶來🔞的不(bu)利影響與(yu)端子磨擦(cā)力有利影(ying)響間的權(quan)衡。最小正(zheng)向力必須(xū)能夠保證(zheng)氧化膜🍓之(zhī)破壞和端(duān)🌈子接觸面(miàn)在不同應(yīng)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(xiàng)力的基礎(chǔ)，假如把端(duan)子近似視(shi)爲一懸臂(bi)梁（梁的一(yī)端爲固定(ding)支座，另一(yi)端爲自由(yóu)端），如圖4，根(gen)據懸臂梁(liang)理論，可得(de)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(kuān)度,T=端子厚(hòu)度,L=端子㊙️長(zhǎng)度

該(gai)等式包括(kuo)三個要素(sù)﹕梁位移、彈(dan)性系數和(he)端子的幾(ji)✌️何形狀，其(qí)中每個要(yao)素都是獨(dú)立的。當材(cai)料選定後(hou)，材料厚🥰度(du)T,材料的💋彈(dan)性系數E即(jí)固定不變(bian)，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(jin)而控制端(duan)子接觸面(miàn)間的電阻(zǔ)，以确保電(dian)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(qì)的失效，正(zheng)向力的損(sǔn)失，會造成(cheng)端子接觸(chù)界面的機(jī)🌈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(duān)子梁由于(yu)塑性變形(xíng)而偏離原(yuan)始位置，查(chá)看公式1，永(yong)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(shì)插拔過程(chéng)中的過應(yīng)力，通常是(shì)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(zhì)正向力的(de)減少。端子(zǐ)在正向力(lì)作用下會(hui)發生彈性(xìng)變形，産生(shēng)内應力。懸(xuán)臂🌈梁上的(de)正向力F與(yǔ)應力σ間的(de)計算公式(shì)如下：

（公式2）

公式表明(ming)了任何的(de)應力減少(shǎo)都會導緻(zhì)正向力的(de)減少。就連(lian)接器而言(yán)，我們可以(yi)定義爲在(zài)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(pian)♍差而削🚩減(jiǎn)。換句話說(shuo)，僅🈲僅是由(yóu)于端子懸(xuan)臂梁受到(dào)了因其配(pei)合偏移而(er)産生的應(ying)力，而其所(suo)受正向力(li)👈的削減可(kě)看🈲作是時(shí)間和溫度(du)雙重作🛀🏻用(yòng)的結果。當(dang)✏️連接器的(de)工作溫度(dù)升高，此時(shi)應力松弛(chi)就更爲明(míng)⛱️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(chà)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(jiǎn)小。

應(ying)力松弛是(shi)不可避免(miǎn)的，隻能控(kòng)制，應力松(song)弛的速度(du)與🍉設計選(xuan)擇的材料(liao)和施加的(de)應力以及(jí)應用的環(huan)境溫度相(xiang)關，應力松(song)弛依賴于(yú)時間和溫(wēn)度。

圖(tú)5：溫度與正(zheng)向力關系(xì)

五、正(zheng)向力測試(shi)介紹

正向力測(cè)試參照标(biao)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(shì)連接器母(mǔ)端彈片的(de)位移-力對(dui)應值，就是(shì)連接器母(mu)端彈片下(xià)壓多少毫(hao)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試(shì)驗機

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

圖7：剖(pou)開的連接(jiē)器

圖8:根據(ju)設計位移(yí)執行測試(shi)

圖9：繪(hui)制位移-力(li)曲線圖

六.總結(jié)

綜述(shù)連接器正(zheng)向力是連(lián)接器的重(zhong)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(shi)其接觸可(ke)靠性與正(zhèng)🐆向力🏃成正(zheng)比，提高正(zheng)向力可以(yi)減小接觸(chù)電阻，可以(yi)改善連接(jiē)器振❌動時(shi)信号瞬斷(duan)問題，但是(shi)正向🔴力過(guo)大，将使連(lián)接器插拔(bá)力變大，端(duan)子變形産(chǎn)生的内應(yīng)力對其疲(pí)勞壽命也(yě)将産生不(bú)利影響。最(zui)優正向力(li)取決于受(shòu)影響因素(sù)的平衡。隻(zhi)⛷️要能保證(zheng)接觸電阻(zǔ)和☎️界面穩(wen)定的要求(qiu)，正向力越(yue)小越好。根(gēn)據業界常(cháng)用設計标(biāo)準，鍍金接(jie)觸🏃🏻區設計(jì)值建議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面(miàn)作可分💰離(li)界面🚶爲了(le)減少磨損(sun)腐蝕，會加(jiā)大正向力(li)，設計值一(yī)般要求高(gao)于150gf。選擇合(he)适的材料(liao)和幾何形(xing)狀是基礎(chu)，設計時不(bú)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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