随着連接(jiē)器可靠性(xìng)要求越來(lai)越高，連接(jie)器的端子(zǐ)作爲決定(ding)連接器電(diàn)力和信号(hao)傳輸性能(neng)的關鍵組(zǔ)件，往往是(shi)連接器設(she)計的重中(zhong)之重。大家(jiā)一般對連(lian)接器的插(cha)拔力、保持(chí)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(zhi)㊙️标，往往大(da)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(li)定義

正向力（英(yīng)文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連(lián)接器插接(jiē)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(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(tu)2：端子受壓(ya)産生位移(yi)示意圖

二、正向(xiàng)力影響因(yīn)素

正(zheng)向力與接(jie)觸電阻有(yǒu)什麽關系(xì)了？從圖3我(wǒ)們可以🛀直(zhí)觀看出随(suí)着正向力(li)增大，接觸(chu)電阻變小(xiao)，在100g力時接(jie)觸電阻✏️趨(qū)于穩定🌂，保(bao)持在5mΩ。

圖3：正向力(li)和接觸電(dian)阻

正(zhèng)向力對于(yu)連接器的(de)影響是多(duō)個因素的(de)，包括插拔(bá)🈚力，磨👅損，接(jie)觸彈性部(bù)上的壓力(li)（彈片應力(li)），連接器殼(ke)體上的🔴壓(ya)力（塑膠應(ying)力），接觸電(dian)阻。增加正(zheng)向力對以(yǐ)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(jí)磨損率。緩(huǎn)㊙️和因素是(shì)增加磨擦(ca)力同樣提(ti)高了端子(zi)接觸部的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻機械穩定(ding)性，這是一(yī)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(shi)性物質或(huo)污染影響(xiang)的敏感程(chéng)度。增加正(zhèng)⭐向力使✏️得(de)在端子彈(dàn)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(gè)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(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(cóng)這一點來(lai)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(xiǎng)。

然而(er)增加正向(xiàng)力卻可以(yǐ)抵消這些(xie)不利影響(xiǎng)，正如圖3所(suǒ)示，接觸電(dian)阻随着正(zhèng)向力增加(jiā)而減少。增(zeng)加的正向(xiàng)🍉力對接觸(chù)電阻大小(xiao)的必然影(ying)響是，接觸(chu)面積增加(jia)，則接觸電(diàn)阻減小。另(lìng)外，接觸阻(zǔ)力的穩定(dìng)性同樣通(tong)過兩種影(yǐng)響随着正(zhèng)向力的增(zēng)加而增加(jia)。首先，增加(jiā)磨擦力提(tí)高了接觸(chù)🚶面的機械(xiè)穩定性，以(yi)及随🌍之産(chan)生的對抗(kàng)🚩端子接觸(chu)面不🏃穩定(dìng)的阻力。其(qi)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(gè)連接📞器的(de)“最優化”正(zheng)向📞力來自(zì)于較⛷️高正(zhèng)向力對機(ji)械性能所(suo)帶來😍的不(bú)利影響與(yǔ)端子磨擦(cā)力有利影(ying)響間的權(quan)衡。最小正(zhèng)向力🐆必須(xū)能夠保證(zhèng)氧化膜之(zhi)破壞和端(duān)子接觸面(miàn)在不同應(ying)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(dìng)端子正向(xiang)力的基礎(chu)，假如把端(duan)子近似🥵視(shì)爲一懸臂(bi)梁（梁的一(yi)端爲固定(dìng)支座，另一(yī)端爲自由(yóu)端），如圖㊙️4，根(gen)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(liáng)位移量,E=材(cai)料彈性系(xì)數,W=端子寬(kuān)度,T=端子厚(hou)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(yào)素都是獨(dú)立的。當材(cái)料選定後(hòu)，材料厚度(du)T,材料的彈(dan)性系數E即(ji)固定不變(biàn)，可以通過(guo)改變端子(zǐ)的幾何形(xing)狀來調♈整(zhěng)正向力的(de)大小，并進(jin)而控制端(duan)子接觸面(mian)間的電阻(zu)，以确保電(dian)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(qi)的失效，正(zheng)向力的損(sǔn)失，會造成(cheng)端子接觸(chù)界面🌈的機(ji)械穩定性(xing)降低。正向(xiàng)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(bian)形是指端(duan)子梁由于(yú)塑性變形(xing)而偏離原(yuán)始位🔞置，查(cha)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(jiang)低。

對(duì)于偏移，有(yǒu)一種是設(she)計偏移的(de)塑性變形(xing)産生的，還(hái)有一種是(shi)☀️插拔過程(cheng)中的過應(yīng)力，通常是(shì)因爲不🥰正(zhèng)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(zhi)正向力的(de)減少。端子(zi)在❗正向力(li)作用下會(huì)發生彈性(xing)變形，産生(shēng)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(shi)如下：

（公式2）

公式表明(ming)了任何的(de)應力減少(shao)都會導緻(zhi)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(shi)用期間，随(suí)☂️着時間的(de)延續，正向(xiàng)力會以一(yī)持續的偏(piān)差而削減(jian)。換句話說(shuo)，僅僅是由(you)于端子懸(xuán)臂梁受到(dao)🌈了因其配(pei)合偏移而(ér)🐉産生的應(yīng)🌈力，而其所(suo)受正向力(li)的削減可(ke)看✊作是時(shí)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(qi)最大偏差(cha)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(jian)小。

應(yīng)力松弛是(shì)不可避免(mian)的，隻能控(kong)制，應力松(song)弛的速度(dù)😘與🏃‍♂️設計選(xuan)擇的材料(liao)和施加的(de)應力以及(jí)應用的環(huán)境㊙️溫度相(xiàng)關❄️，應力松(song)弛🧡依賴于(yú)時間和溫(wen)度。

圖(tu)5：溫度與正(zheng)向力關系(xì)

五、正(zhèng)向力測試(shì)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(she)備：連接器(qì)插拔力試(shi)驗機。

目的：測試(shì)連接器母(mu)端彈片的(de)位移-力對(duì)應值，就是(shì)連接器母(mǔ)端彈片下(xia)壓多少毫(hao)米對應的(de)力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試(shi)驗機

注意就連(lian)接器組成(chéng)的情形而(ér)言，若測試(shi)方向受塑(sù)膠本體屏(píng)蔽😍阻礙，則(ze)須破壞連(lian)接器塑膠(jiāo)本體，但是(shì)不要動端(duan)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(ju)設計位移(yí)執行測試(shi)

圖9：繪(huì)制位移-力(lì)曲線圖

六.總結(jié)

綜述(shu)連接器正(zheng)向力是連(lian)接器的重(zhòng)要參數之(zhi)一，我們在(zài)㊙️設計選型(xíng)的時候要(yào)關注。連接(jie)器使用時(shí)其接☂️觸可(kě)靠性與正(zhèng)向力成正(zhèng)👌比，提高正(zhèng)向力可以(yi)減小接觸(chù)電阻，可以(yi)改善連㊙️接(jie)器振動時(shi)信✉️号瞬斷(duàn)問題，但是(shì)正向力過(guo)大，将使連(lián)接器插拔(ba)力變🥵大，端(duān)子變形産(chan)生的内應(yīng)力對其疲(pi)勞壽命也(ye)将産生不(bu)利影🔞響。最(zuì)優正向力(lì)取決于受(shou)影響因素(sù)的平衡。隻(zhī)要能保證(zheng)接觸㊙️電阻(zu)和界面穩(wen)🧡定的要求(qiu)✉️，正向力越(yue)小越♍好。根(gēn)據業界常(chang)用設計标(biāo)準，鍍金接(jiē)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(li)，設📱計值一(yī)般要求高(gao)于150gf。選擇合(hé)适的材料(liào)和幾何形(xing)狀是基礎(chu)，設計時不(bu)斷調整參(cān)數，結合測(cè)試驗證，取(qu)的最優正(zhèng)向力。

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