随着連接器可(kě)靠性要求越來(lái)越高，連接器的(de)端子🐇作爲決定(ding)連接器電力和(hé)信号傳輸性能(neng)的關鍵組件，往(wang)往是🔞連接器設(she)計的📱重中之重(zhong)。大家一般對連(lian)接器的🌐插拔力(lì)、保持力有所了(le)🈲解，但是正向力(li)作爲❗連接器的(de)另一個關鍵性(xing)能指标，往往大(da)多數人不太了(le)解。本文将爲你(nǐ)詳細👨‍❤️‍👨介紹什麽(me)是“正向力”。

一、正(zheng)向力定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連接器(qi)插接時插座的(de)端子梁因🚩與插(cha)頭配合産生的(de)位移，由該位移(yi)産生👉的彈性恢(hui)💃🏻複力就是端子(zi)正向力。

圖1：插針(zhen)與插座配合示(shì)意圖（F表示正向(xiàng)力）

圖2：端子受壓(ya)産生位移示意(yi)圖

二、正向力影(ying)響因素

正向力(li)與接觸電阻有(yǒu)什麽關系了？從(cóng)圖3我們可以直(zhi)觀看出随着正(zheng)向力增大，接觸(chù)電阻變小，在100g力(lì)時🔞接觸電阻趨(qu)于穩定，保持在(zài)5mΩ。

圖3：正向力和接(jie)觸電阻

正向力(li)對于連接器的(de)影響是多個因(yin)素的，包括插拔(ba)力，磨損，接觸彈(dan)性部上的壓力(lì)（彈片應力），連接(jiē)器殼體上的壓(ya)力😄（塑膠☔應力☎️），接(jiē)觸電阻。增加正(zhèng)向力對以上前(qián)😘四項産生不利(lì)影響，而隻對一(yi)🚶項産生緩和👨‍❤️‍👨因(yin)素。增加正向力(lì)提高了磨擦力(lì)，也增大了插拔(ba)力🏃及磨損率。緩(huǎn)和因素是增加(jia)磨擦力同樣提(tí)高了端子接觸(chù)部的機❄️械穩定(dìng)性，這是一個有(yǒu)利的因素，因爲(wèi)它減少了接觸(chu)面的潛在不穩(wěn)定性，降低了它(ta)在端子接觸面(miàn)或其附近出現(xian)腐蝕性物質或(huò)污染影響的敏(min)感程度。增加正(zhèng)向力使✉️得在端(duān)子彈性部上的(de)壓力變大，這樣(yang)✌️反過來🌈也對連(lian)接器殼體産生(sheng)一個更高的壓(ya)力，在連接器殼(ké)體上的高壓力(li)導緻殼體更易(yì)發生變形，這樣(yang)可💘能影響彈性(xing)部的固持位置(zhì)，進而影⛱️響正向(xiàng)力。從這一點來(lái)看，顯示出增加(jia)正向力總的來(lai)講對連接性能(neng)産生不利影響(xiǎng)。

然而增加正向(xiàng)力卻可以抵消(xiao)這些不利影響(xiang)，正如圖3所❤️示，接(jie)觸電阻随着正(zhèng)向力增加而減(jiǎn)少。增加的正向(xiang)力對接觸電阻(zǔ)大小的必然影(ying)響是，接觸面積(ji)增加，則接觸電(dian)阻減小。另外，接(jiē)觸阻力的穩定(dìng)性同樣通過兩(liang)種影響随着正(zheng)向力的增加而(ér)增加。首先，增加(jia)磨擦力提高了(le)接觸面的機械(xiè)穩🈲定性，以及随(suí)📧之産生的對抗(kang)端子接觸面不(bú)穩定的阻力。其(qi)次，在端子區域(yù)裏的這種增加(jiā)❤️同樣提高了接(jie)觸面的抗腐蝕(shi)能力。一個連接(jiē)👌器的“最優化”正(zhèng)向力來自于較(jiào)高正向力對機(jī)械性能所帶來(lai)的不利影響與(yu)端子磨擦力有(you)利影響間的權(quán)衡。最小正向力(li)必須能夠保證(zhèng)氧化膜之破壞(huài)和端子接觸面(mian)在不同應用環(huán)境下的穩定性(xìng)。

三、材料性能和(hé)正向力

材料性(xing)能是決定端子(zǐ)正向力的基礎(chǔ)，假如把端子近(jìn)似視爲一懸臂(bì)梁（梁的一端爲(wèi)固定支座，另一(yi)端✏️爲自由端😘），如(ru)圖4，根據懸臂梁(liang)理論，可得到端(duan)子的正⁉️向力計(ji)✍️算公式。

（公式1）

圖(tu)4：懸臂梁模型

其(qí)中D=梁位移量,E=材(cai)料彈性系數,W=端(duān)子寬度,T=端子厚(hòu)度,L=端子長度

該(gāi)等式包括三個(gè)要素﹕梁位移、彈(dàn)性系數和端子(zi)的幾何形狀🙇🏻，其(qí)中每個要素都(dōu)是獨立的。當材(cai)料選定♈後，材料(liao)厚度T,材料的彈(dàn)性系數E即固定(dìng)不變，可以通過(guò)改變端子的幾(jǐ)何形🐕狀來調整(zheng)正向🌈力的大小(xiao)，并進而控制端(duan)子接觸面間的(de)電阻，以确保電(dian)力傳遞及信号(hào)傳遞的穩定性(xìng)。

四、正向力的損(sǔn)失

對于連接器(qi)的失效，正向力(li)的損失，會造成(cheng)端子接觸界面(mian)🈲的機械穩定性(xìng)降低。正向力損(sun)失主要有兩💜個(ge)方🧑🏽‍🤝‍🧑🏻面：永久變🌈形(xing)和應力松弛。

永(yǒng)久變形是指端(duan)子梁由于塑性(xing)變形而偏離原(yuán)始♍位置🈲，查看公(gong)式1，永久變形造(zao)成梁偏移D減少(shao)，因此正向力🔴降(jiàng)低。

對于偏移，有(yǒu)一種是設計偏(piān)移的塑性變形(xíng)産生的，還✌️有一(yi)🏃種是插拔過程(cheng)中的過應力，通(tong)常是因爲不正(zheng)确✉️的插拔引🐇起(qi)的。

應力松弛的(de)結果是應力的(de)減少，導緻正向(xiàng)力的減少。端子(zǐ)在正🤞向力作用(yòng)下會發生彈性(xing)變形，産生内應(ying)力🈲。懸臂🤩梁上的(de)正向力F與應力(lì)σ間的計算公式(shì)如下：

（公式2）

公式(shi)表明了任何的(de)應力減少都會(huì)導緻正向力的(de)減少👈。就連接器(qì)而言，我們可以(yi)定義爲在連接(jie)器使用期間，随(suí)着時🔞間的延續(xù)，正向力會以一(yī)持續的偏差而(ér)削減。換句話說(shuo)，僅僅是由于端(duan)子懸臂梁受到(dao)🈲了因其配合偏(pian)移而産生的應(yīng)🍓力，而其所受正(zheng)向力的削減可(ke)看作是時間和(he)溫度雙重作用(yong)的結果。當連接(jie)器的工👨‍❤️‍👨作溫度(dù)升高，此時應力(lì)松弛就更爲明(ming)顯了。圖5論證了(le)其關系。當懸臂(bì)梁位于其最大(da)偏差0.005 英✉️寸時，在(zài)96小時内，正向力(li)會随着溫度的(de)升高而減小。

應(ying)力松弛是不可(ke)避免的，隻能控(kòng)制，應力松弛的(de)速度與設計選(xuǎn)擇的材料和施(shī)加的應力以及(ji)應用的環境溫(wen)度相關，應力松(sōng)弛依賴于時間(jian)和溫度。

圖5：溫度(du)與正向力關系(xi)

五、正向力測試(shi)介紹

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

常(chang)用測試設備：連(lian)接器插拔力試(shì)驗機。

目的：測試(shi)連接器母端彈(dan)片的位移-力對(duì)應值，就是連接(jie)器母端彈片下(xià)壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連(lián)接器插拔力試(shì)驗機

注意就連(lian)接器組成的情(qing)形而言，若測試(shì)方向受塑膠本(běn)體☀️屏‼️蔽阻礙，則(ze)須破壞連接器(qì)塑膠本體，但是(shì)不要動端子原(yuán)始夾持固定性(xìng)能爲原則。

圖7：剖(pou)開的連接器

圖(tu)8:根據設計位移(yí)執行測試

圖9：繪(huì)制位移-力曲線(xian)圖

六.總結

綜述(shù)連接器正向力(lì)是連接器的重(zhòng)要參數之一，我(wǒ)們在設❗計選型(xing)的時候要關注(zhu)。連接器使用時(shí)其接✂️觸可靠性(xing)與正向力💃🏻成正(zhèng)比，提高正向力(li)可以減小接觸(chu)電阻，可以改善(shàn)連接器振動時(shi)信号瞬斷問題(tí)，但是正向力過(guò)大，将使連接器(qi)插拔力變大，端(duān)子變形産生的(de)内應力對其疲(pi)✔️勞壽命也将産(chǎn)生不利影響。最(zuì)優正向力取決(jue)于受影響因素(sù)的平衡。隻要能(néng)保證接觸電阻(zu)和界面穩定的(de)要求，正向力越(yue)小越好。根據業(ye)界常用設計标(biāo)準，鍍金接觸⛹🏻‍♀️區(qū)設計值建議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面作可(kě)分離界面爲了(le)減少磨損腐蝕(shí)，會加大正向力(lì)，設計值一般要(yao)求高于150gf。選擇合(hé)适的材料和幾(ji)何🏃形狀是基礎(chu)，設計時不斷調(diao)整參數，結🥰合測(ce)試驗證，取的最(zuì)優正向力。

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