随着連接(jiē)器可靠性(xing)要求越來(lai)越高，連接(jie)器的端子(zǐ)作爲決定(ding)連接器電(dian)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(jiā)一般對連(lián)接器的插(chā)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(da)多數人不(bu)太了解。本(běn)文将爲你(nǐ)詳細介紹(shao)什麽是👣“正(zheng)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(lian)接器插接(jie)時插座的(de)端子梁因(yin)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(zhēn)與插座配(pèi)合示意圖(tu)（F表示正向(xiàng)力）

圖(tú)2：端子受壓(yā)産生位移(yí)示意圖

二、正向(xiang)力影響因(yīn)素

正(zhèng)向力與接(jie)觸電阻有(you)什麽關系(xi)了？從圖3我(wo)們可以💯直(zhí)觀😍看出随(suí)着正向力(li)增大，接觸(chù)電阻變小(xiao)，在100g力時接(jie)觸電阻趨(qū)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(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(lì)（彈片應力(lì)），連接器殼(ke)體上的壓(yā)力🌈（塑膠🌈應(ying)力），接觸電(diàn)阻。增加正(zhèng)向力對以(yǐ)上前四項(xiang)産生不利(li)影響，而隻(zhī)對一項産(chǎn)生緩和因(yīn)素。增加正(zheng)向力提高(gāo)了磨擦力(li)，也增大了(le)插拔力及(jí)磨損率。緩(huǎn)和因素是(shi)增加磨擦(cā)力同樣提(ti)高了端子(zi)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(wěn)定性，降低(di)了它在端(duan)子接觸面(miàn)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(zhèng)向力使得(dé)在端子彈(dàn)性部上的(de)壓力變大(dà)，這樣反過(guo)來也對連(lián)接器殼體(ti)産生一🈚個(ge)更高的壓(yā)力，在連接(jie)器殼體上(shang)的高壓力(lì)導緻殼體(ti)更易發生(sheng)變形，這樣(yang)可能影響(xiang)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(chū)增加正向(xiàng)力總的來(lái)講對連接(jie)性能産生(shēng)不🔴利影響(xiang)。

然而(ér)增加正向(xiàng)力卻可以(yi)抵消這些(xiē)不利影響(xiang)，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(zeng)加的正向(xiang)力對接觸(chu)電阻大小(xiao)的必然影(ying)響是，接觸(chu)面積⚽增加(jiā)，則接觸電(diàn)🚶‍♀️阻減小。另(ling)外，接觸阻(zǔ)力的穩定(ding)性同❌樣通(tong)過兩🚩種影(ying)響随着正(zhèng)向力的增(zeng)加而增加(jia)。首先❌，增加(jia)磨擦力提(tí)高了接觸(chu)面的機械(xiè)穩定性，以(yǐ)及随🙇‍♀️之産(chan)生的對抗(kàng)端子接觸(chù)面不穩定(ding)的阻力。其(qí)次，在端子(zi)區域裏的(de)這🈲種增加(jiā)同樣提高(gao)了接觸面(mian)的抗腐蝕(shi)能力。一個(ge)連接器的(de)“最優化”正(zhèng)向🌈力來自(zì)于較🤩高正(zhèng)向力對機(ji)械性能所(suǒ)帶來的不(bú)利影響與(yu)端子磨擦(ca)力有利影(yǐng)響間的權(quán)衡。最小正(zheng)向力必須(xū)能夠保證(zhèng)氧化膜之(zhi)破壞和端(duān)子💰接觸面(mian)在不同應(yīng)用環⁉️境下(xià)的穩定性(xìng)。

三、材(cái)料性能和(hé)正向力

材料性(xìng)能是決定(ding)端子正向(xiang)力的基礎(chu)，假如把端(duān)子近似視(shì)爲一懸臂(bi)梁（梁的一(yi)端爲固定(ding)支座，另一(yī)端💰爲自由(you)端），如圖4，根(gēn)據懸臂梁(liang)理論，可得(dé)到端子的(de)正向力計(jì)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂(bì)梁模型

其中D=梁(liang)位移量,E=材(cái)料彈性系(xi)數,W=端子寬(kuan)度,T=端子厚(hòu)度,L=端子長(zhang)度

該(gai)等式包括(kuò)三個要素(sù)﹕梁位移、彈(dan)性系數和(he)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(hou)，材料厚度(du)T,材料的彈(dàn)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(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(zheng)向力的損(sǔn)失

對(duì)于連接器(qì)的失效，正(zhèng)向力的損(sun)失，會造成(cheng)端子接觸(chu)界面的機(ji)械穩定性(xing)降低。正向(xiang)力損失主(zhu)要有兩個(gè)方面：永📞久(jiǔ)變形和應(yīng)力松弛。

永久變(bian)形是指端(duan)子梁由于(yu)塑性變形(xíng)而偏離原(yuán)始位🧑🏾‍🤝‍🧑🏼置，查(chá)看公式1，永(yǒng)久變形造(zao)成梁偏移(yi)D減少，因此(ci)正向力降(jiang)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(chéng)中的過應(ying)力，通常是(shi)因爲不正(zhèng)确🏃‍♀️的插拔(ba)引起的。

應力松(song)弛的結果(guǒ)是應力的(de)減少，導緻(zhi)正向力的(de)減少♋。端子(zǐ)在正向力(lì)作用下會(hui)發生彈性(xing)變形，産生(sheng)内應力🔞。懸(xuan)臂💋梁上的(de)正向力F與(yu)應力σ間的(de)計算公式(shì)如🌈下：

（公式2）

公式表明(míng)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(yán)，我們可以(yǐ)定義爲在(zai)連接器使(shi)用期🌂間，随(suí)着時間的(de)延續，正向(xiàng)力會以一(yi)持續的偏(pian)差而削減(jian)。換句話說(shuō)，僅僅是由(you)🌈于端子懸(xuan)臂梁受到(dao)㊙️了因其配(pèi)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(yòng)的結果。當(dāng)✏️連接器的(de)工🔆作溫度(dù)升高，此時(shi)應力松弛(chí)就更📞爲明(ming)📞顯了。圖5論(lùn)證了其關(guān)系。當懸臂(bì)梁位于其(qi)最大偏差(chà)0.005 英寸時，在(zai)96小時内，正(zhèng)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(kòng)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(ji)應用的環(huán)境溫度相(xiang)關，應力松(song)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(zheng)向力測試(shì)介紹

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

常(chang)用測試設(she)備：連接器(qì)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(dui)應值，就是(shi)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(qì)插拔力試(shì)驗機

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

圖7：剖(pōu)開的連接(jie)器

圖8:根據(ju)設計位移(yi)執行測試(shi)

圖9：繪(hui)制位移-力(lì)曲線圖

六.總結(jie)

綜述(shù)連接器正(zheng)向力是連(lian)接器的重(zhong)要參數之(zhi)一，我們在(zai)設計選⛷️型(xing)的時候要(yao)關注。連接(jiē)器使用時(shí)其接觸可(ke)🔞靠性與正(zheng)向力成正(zhèng)比，提高正(zhèng)向力可以(yi)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(shi)正向力過(guo)大，将使連(lian)接器插拔(bá)力變大，端(duan)子變形産(chǎn)生的内應(ying)力對其疲(pí)勞壽命也(yě)将産生不(bu)利影㊙️響。最(zuì)優正向力(li)取決于受(shou)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(qiú)，正向力越(yue)小越☂️好。根(gēn)據業界常(chang)用設計标(biao)準，鍍金接(jie)觸區設計(ji)值建議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面(miàn)作可分離(lí)界面爲了(le)減少磨損(sǔn)腐蝕💃，會加(jia)大正向力(lì)，設計值一(yi)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(chu)❄️，設計時不(bú)斷調整參(cān)數，結🐅合測(cè)試驗證，取(qu)的最優正(zheng)向力。

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