随着連接(jie)器可靠性(xìng)要求越來(lái)越高，連接(jie)器的端子(zi)作爲決定(dìng)連接器電(diàn)力和信号(hào)傳輸性能(neng)的關鍵組(zu)件，往🏃🏻‍♂️往是(shì)連接器設(she)計的重中(zhōng)之重。大家(jia)一般對連(lián)接器的插(cha)拔力、保持(chí)力有所了(le)解，但是㊙️正(zhèng)向力作爲(wei)⛱️連接器的(de)另一個關(guan)鍵性能指(zhi)标，往往大(dà)多數人不(bú)太了解。本(běn)文将爲你(ni)詳細😄介紹(shao)什麽是“正(zhèng)向力”。

一、正向力(lì)定義

正向力（英(yīng)文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連(lián)接器插接(jiē)時插座的(de)端子梁💋因(yīn)與插頭配(pèi)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(zhen)與插座配(pèi)合示意圖(tu)（F表示正向(xiàng)力）

圖(tu)2：端子受壓(ya)産生位移(yí)示意圖

二、正向(xiàng)力影響因(yīn)素

正(zheng)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(sui)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(dian)阻

正(zheng)向力對于(yu)連接器的(de)影響是多(duo)個因素的(de)，包括插拔(bá)力，磨🔞損，接(jiē)觸彈性部(bù)上的壓力(li)（彈片應力(li)），連接器👉殼(ké)體上的壓(yā)力👄（塑膠應(ying)力），接觸電(dian)阻。增加正(zheng)向力對以(yi)上前四項(xiàng)産生不利(lì)♈影響，而隻(zhi)對一項産(chan)生緩和因(yin)素。增加正(zheng)向力提高(gao)了磨擦力(li)，也增大了(le)插拔力及(jí)磨損率。緩(huan)和因素是(shì)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(yi)個有利的(de)因素，因爲(wei)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(mian)或其附近(jin)出現腐蝕(shí)性物🏃‍♂️質⁉️或(huò)污染影響(xiang)的敏感程(chéng)度。增加正(zheng)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(jiē)器殼體上(shang)的高壓力(li)導緻殼🧑🏾‍🤝‍🧑🏼體(ti)更易發生(shēng)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(cong)這一點來(lái)看，顯示出(chu)增加正向(xiang)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(xiang)力卻可以(yǐ)抵消這些(xie)不利影響(xiang)，正如🤟圖3所(suǒ)示，接觸電(dian)阻随着正(zheng)向力增加(jia)而減少。增(zēng)加的正向(xiang)力對接觸(chù)電阻😘大小(xiao)的必然影(ying)響是，接觸(chu)面積增加(jiā)，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(zēng)加而增加(jia)。首先，增加(jia)磨擦力🔴提(tí)高了接觸(chù)面的機械(xie)穩定性，以(yi)及随之産(chǎn)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(jiā)同樣提高(gao)☁️了接觸面(miàn)的抗腐蝕(shí)能力。一個(ge)連接🎯器的(de)“最優化”正(zheng)向力來自(zì)于較⭐高正(zheng)向力對機(ji)械性能所(suǒ)帶來的不(bú)利影響與(yǔ)端子磨擦(ca)力有利影(yǐng)響間的權(quan)衡。最小正(zhèng)向力必須(xū)能夠保證(zhèng)氧化膜之(zhī)破壞和端(duan)子🎯接觸面(mian)在不同應(ying)用環境下(xià)的穩定性(xing)。

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(duān)子近似視(shì)🌈爲一懸臂(bì)梁（梁的一(yī)端爲固定(ding)支座，另一(yi)端爲自由(you)端🏃🏻），如圖4，根(gēn)據懸臂梁(liáng)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(bi)梁模型

其中D=梁(liáng)位移量,E=材(cái)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(kuò)三個要素(su)﹕梁位移、彈(dàn)性系數和(hé)端子的幾(jǐ)何形狀，其(qi)中每個要(yao)素都是獨(du)立的。當材(cai)料選定後(hòu)，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(guo)改變端子(zi)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(mian)間的電阻(zǔ)，以确保電(diàn)力傳遞及(ji)信号傳遞(di)的穩定性(xing)。

四、正(zhèng)向力的損(sun)失

對(dui)于連接器(qì)的失效，正(zhèng)向力的損(sun)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(zhǔ)要有兩個(ge)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(yú)塑性變形(xíng)而偏離原(yuán)始位置，查(cha)看公式1，永(yǒng)久變形造(zào)成梁偏移(yi)D減少，因此(ci)正向力降(jiàng)低。

對(duì)于偏移，有(yǒu)一種是設(she)計偏移的(de)塑性變形(xíng)産生的，還(hai)有一種是(shi)🏃‍♂️插拔過程(cheng)中的過應(ying)力，通常是(shi)因爲不正(zhèng)确的插拔(bá)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(lì)作用下會(hui)發生彈性(xìng)變形，産生(sheng)内應力。懸(xuan)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(zhi)正向力的(de)減少。就連(lián)🌈接💞器而言(yan)，我們可以(yi)定義爲在(zài)連接器使(shǐ)用期間，随(suí)着時間的(de)延續，正向(xiang)力會以一(yī)持續的偏(pian)差而削減(jiǎn)。換句話說(shuō)，僅僅是由(you)于端子懸(xuan)臂梁受到(dao)了因其配(pei)❌合偏移而(ér)🐅産生的應(ying)💃力，而其所(suo)🈲受正向力(lì)✌️的削減可(kě)看作是時(shi)間和溫度(du)雙重作用(yong)的結果。當(dāng)連接器的(de)工作溫度(du)升高，此時(shí)應力松弛(chi)就更爲明(ming)✏️顯了。圖5論(lun)證了其關(guān)系。當懸臂(bì)梁位于其(qí)最大偏差(cha)0.005 英寸時，在(zai)96小時内，正(zheng)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(liào)和施加的(de)應力以及(jí)應用的🌈環(huán)境溫度相(xiang)關，應力✂️松(sōng)弛依賴于(yu)時間和溫(wen)度。

圖(tú)5：溫度與正(zhèng)向力關系(xì)

五、正(zhèng)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(shi)連接器母(mu)端彈片的(de)位移-力對(duì)應值，就是(shi)連接器母(mu)端彈片下(xia)壓多少毫(háo)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試(shi)驗機

注意就連(lián)接器組成(chéng)的情形而(ér)言，若測試(shi)方向受塑(sù)膠本體屏(ping)蔽阻礙，則(ze)須破壞連(lian)接器塑膠(jiao)本體，但是(shì)♊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(jiē)器

圖8:根據(jù)設計位移(yi)執行測試(shi)

圖9：繪(huì)制位移-力(li)曲線圖

六.總結(jié)

綜述(shu)連接器正(zhèng)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(yào)關注。連接(jie)器使用時(shí)其接觸可(ke)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻靠性與正(zhèng)向力成正(zheng)比，提高正(zhèng)向力可以(yǐ)減小接觸(chu)電❓阻，可以(yǐ)改善連🆚接(jiē)器振動時(shi)信🌏号瞬斷(duàn)問題，但是(shì)正向力過(guò)大，将使連(lian)接器插拔(bá)力變大，端(duan)子變㊙️形産(chan)生的内應(yīng)力對其疲(pí)🔱勞壽命也(ye)将産生不(bú)利影響。最(zuì)優正向✨力(li)取決于受(shòu)影響因素(su)的平衡。隻(zhī)要能👣保證(zheng)接觸電阻(zu)和界面穩(wěn)定的要求(qiu)，正向力越(yue)小越⭕好。根(gen)據業界常(chang)用設計标(biao)準，鍍金接(jie)觸區設計(jì)值建議在(zài)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(lì)，設計值一(yī)般要求高(gāo)于150gf。選擇合(he)适的材料(liao)和幾何🔞形(xíng)狀是基礎(chǔ)，設計時不(bu)斷調整參(can)數，結🐆合測(ce)試驗證，取(qu)的最優正(zhèng)向力。

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