随着連(lian)接器可靠(kao)性要求越(yue)來越高，連(lian)接器的端(duan)子作爲決(jue)定連接器(qi)電力和信(xin)号傳輸性(xing)能的關鍵(jian)組件，往🔅往(wang)是連接器(qi)設計的重(zhong)中之重。大(da)家一般對(dui)連♉接器的(de)插拔力、保(bao)持力有所(suo)了‼️解，但是(shi)正向力作(zuo)爲連接器(qi)的另一個(ge)關鍵性能(neng)指标，往往(wang)大多數人(ren)不太了解(jie)。本文将爲(wei)你詳細介(jie)紹什麽是(shi)“正向力”。

一、正向(xiang)力定義

正向力(li)（英文：Normal Force）主要(yao)來自于兩(liang)連接器插(cha)接時插座(zuo)的端子梁(liang)因🧑🏾‍🤝‍🧑🏼與插頭(tou)配合産生(sheng)的位移，由(you)該位移産(chan)生的彈性(xing)恢複力就(jiu)是端子正(zheng)向力。

圖1：插(cha)針與插座(zuo)配合示意(yi)圖（F表示正(zheng)向力）

圖2：端子受(shou)壓産生位(wei)移示意圖(tu)

二、正(zheng)向力影響(xiang)因素

正向力與(yu)接觸電阻(zu)有什麽關(guan)系了？從圖(tu)3我們可以(yi)直觀看出(chu)💰随着正向(xiang)力增大，接(jie)觸電阻變(bian)小，在100g力時(shi)接觸電阻(zu)趨于穩定(ding)👄，保持在5mΩ。

圖3：正向(xiang)力和接觸(chu)電阻

正向力對(dui)于連接器(qi)的影響是(shi)多個因素(su)的，包括插(cha)拔力，磨損(sun)，接觸彈性(xing)部上的壓(ya)力（彈片應(ying)力），連接器(qi)殼體上的(de)💋壓力（塑膠(jiao)應力👉），接觸(chu)電阻。增加(jia)正向力對(dui)以上前四(si)項産🔱生不(bu)利影響，而(er)隻對一項(xiang)産生緩和(he)因素。增加(jia)正向力提(ti)高了磨擦(ca)力，也增大(da)了插拔力(li)及磨損率(lü)。緩和因素(su)是增🌏加磨(mo)擦力同樣(yang)提高了端(duan)子接觸部(bu)的🎯機械穩(wen)定性，這是(shi)一個有利(li)的因素，因(yin)爲它減少(shao)了接觸面(mian)的潛✊在不(bu)穩定性，降(jiang)低了它在(zai)端子接觸(chu)面或其附(fu)📐近出現腐(fu)蝕性物🐪質(zhi)或污染影(ying)響的敏感(gan)程度。增加(jia)正向力使(shi)得在端子(zi)彈性部上(shang)的壓力變(bian)大，這樣反(fan)過來也對(dui)連接器殼(ke)體産生一(yi)個更高的(de)壓力，在連(lian)接器殼體(ti)上的高壓(ya)力導緻殼(ke)🚩體更🈲易發(fa)生變形，這(zhe)樣可能影(ying)❤️響彈性部(bu)的固持位(wei)置，進而影(ying)響正向力(li)。從這一點(dian)來看，顯示(shi)出增加正(zheng)向力總的(de)來講對連(lian)接性能産(chan)生不利影(ying)響。

然(ran)而增加正(zheng)向力卻可(ke)以抵消這(zhe)些不利影(ying)響，正如圖(tu)3所示，接觸(chu)電阻随着(zhe)正向力增(zeng)加而減少(shao)。增加的正(zheng)向力對接(jie)觸電阻大(da)小的必然(ran)影響是，接(jie)觸面積增(zeng)加，則接觸(chu)電阻減小(xiao)。另外，接⛹🏻‍♀️觸(chu)阻力㊙️的穩(wen)定性同樣(yang)通過兩種(zhong)影響随着(zhe)正向力👈的(de)增加而增(zeng)加。首先，增(zeng)加磨擦力(li)提高了接(jie)觸面的機(ji)械穩定性(xing)，以及随之(zhi)産生的對(dui)🐆抗端子接(jie)觸面不穩(wen)定的阻力(li)。其次，在端(duan)子區域裏(li)的這種增(zeng)加同樣提(ti)高了接觸(chu)面的抗腐(fu)蝕能力。一(yi)個連接器(qi)的“最優化(hua)”正向力💃來(lai)自于較高(gao)正向力對(dui)機械性能(neng)所帶來的(de)不利影響(xiang)與端子磨(mo)擦力有利(li)影響♍間的(de)權衡。最小(xiao)正向力必(bi)須能夠保(bao)證氧化膜(mo)‼️之破壞和(he)端子接觸(chu)面在不同(tong)應用環境(jing)下的穩定(ding)性。

三(san)、材料性能(neng)和正向力(li)

材料(liao)性能是決(jue)定端子正(zheng)向力的基(ji)礎，假如把(ba)端子近似(si)視爲一懸(xuan)臂梁（梁的(de)一端爲固(gu)定支座，另(ling)一端爲自(zi)由端🔅），如圖(tu)4，根據懸臂(bi)梁理論，可(ke)得到端子(zi)的正💯向力(li)計算公式(shi)。

（公式(shi)1）

圖4：懸(xuan)臂梁模型(xing)

其中(zhong)D=梁位移量(liang),E=材料彈性(xing)系數,W=端子(zi)寬度,T=端子(zi)厚度,L=端子(zi)❗長度

該等式包(bao)括三個要(yao)素﹕梁位移(yi)、彈性系數(shu)和端子的(de)幾何🔞形狀(zhuang)，其中每個(ge)要素都是(shi)獨立的。當(dang)材料選定(ding)後，材料厚(hou)度T,材😍料的(de)彈性🧡系數(shu)E即固定不(bu)變，可以通(tong)過改變端(duan)子的幾何(he)形狀來調(diao)整正向力(li)的大小，并(bing)進而控制(zhi)端子接觸(chu)面間的電(dian)阻，以确保(bao)電力傳遞(di)及信号傳(chuan)遞的穩定(ding)性。

四(si)、正向力的(de)損失

對于連接(jie)器的失效(xiao)，正向力的(de)損失，會造(zao)成端子接(jie)觸界面的(de)機械穩定(ding)性降低。正(zheng)向力損失(shi)主要有兩(liang)😍個方面：永(yong)♉久變形和(he)應力♉松弛(chi)。

永久(jiu)變形是指(zhi)端子梁由(you)于塑性變(bian)形而偏離(li)原始💯位💜置(zhi)💔，查看公式(shi)1，永久變形(xing)造成梁偏(pian)移D減少，因(yin)此正向力(li)降低。

對于偏移(yi)，有一種是(shi)設計偏移(yi)的塑性變(bian)形産生的(de)，還有一種(zhong)是插拔過(guo)程中的過(guo)應力，通常(chang)是因爲不(bu)正确💁的插(cha)拔引起的(de)。

應力(li)松弛的結(jie)果是應力(li)的減少，導(dao)緻正向力(li)的減🌈少。端(duan)子在正向(xiang)力作用下(xia)會發生彈(dan)性變形，産(chan)生内應力(li)❗。懸臂梁上(shang)的正向力(li)F與應力σ間(jian)的計算公(gong)式如下：

（公式2）

公式表(biao)明了任何(he)的應力減(jian)少都會導(dao)緻正向力(li)的減少⚽。就(jiu)連接😘器而(er)言，我們可(ke)以定義爲(wei)在連接器(qi)使用期間(jian)，随着時間(jian)的延續，正(zheng)向力會以(yi)一持續的(de)偏⛷️差而削(xue)減。換句🏃🏻‍♂️話(hua)說，僅僅是(shi)由于端子(zi)懸臂梁受(shou)到了因其(qi)配合偏移(yi)而産生的(de)應力，而其(qi)所🍉受正向(xiang)力🌂的削減(jian)可看♊作是(shi)時間和🌈溫(wen)度雙重作(zuo)用的結果(guo)。當📱連接器(qi)的工作溫(wen)度升高，此(ci)時應力松(song)弛就更爲(wei)明顯了。圖(tu)5論證了其(qi)關系。當懸(xuan)臂梁位于(yu)其最大偏(pian)差0.005 英📞寸時(shi)，在96小時内(nei)，正向力會(hui)随着溫度(du)的升高而(er)減小。

應力松弛(chi)是不可避(bi)免的，隻能(neng)控制，應力(li)松弛的速(su)度與設計(ji)選擇的材(cai)料和施加(jia)的應力以(yi)及應用的(de)環境溫度(du)相關📧，應力(li)松弛依賴(lai)于時間和(he)溫度。

圖5：溫度與(yu)正向力關(guan)系

五(wu)、正向力測(ce)試介紹

正向力(li)測試參照(zhao)标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。

常用測試(shi)設備：連接(jie)器插拔力(li)試驗機。

目的：測(ce)試連接器(qi)母端彈片(pian)的位移-力(li)對應值，就(jiu)是連接器(qi)母端🐆彈片(pian)下壓多少(shao)毫米對應(ying)的力值。

圖6：連接(jie)器插拔力(li)試驗機

注意就(jiu)連接器組(zu)成的情形(xing)而言，若測(ce)試方向受(shou)塑膠本體(ti)屏蔽阻礙(ai)，則須破壞(huai)連接器塑(su)膠本體，但(dan)是不要動(dong)端子原始(shi)夾持固🐇定(ding)性能爲原(yuan)則。

圖(tu)7：剖開的連(lian)接器

圖8:根(gen)據設計位(wei)移執行測(ce)試

圖(tu)9：繪制位移(yi)-力曲線圖(tu)

六.總(zong)結

綜(zong)述連接器(qi)正向力是(shi)連接器的(de)重要參數(shu)之一，我㊙️們(men)在🍉設計選(xuan)型的時候(hou)要關注。連(lian)接器使用(yong)時其接觸(chu)可靠性與(yu)正向力♋成(cheng)正比，提高(gao)正向力可(ke)以減小接(jie)觸電🏃阻，可(ke)以改善連(lian)⛹🏻‍♀️接器振動(dong)時信号瞬(shun)斷問題☔，但(dan)是正向力(li)過大，将🚶使(shi)連接器插(cha)拔力變大(da)，端子變🐉形(xing)産生的内(nei)應力對其(qi)疲🍓勞壽命(ming)也将産生(sheng)不利影響(xiang)。最優正向(xiang)力取決于(yu)受影響㊙️因(yin)素的平衡(heng)。隻要能保(bao)證接觸電(dian)阻和界面(mian)穩定的要(yao)求，正向力(li)越小越好(hao)🚩。根據業界(jie)常用設☔計(ji)标準，鍍金(jin)接觸區設(she)計值建🌐議(yi)在50~100gf 。鍍錫表(biao)面作可分(fen)離界面🥰爲(wei)了減少磨(mo)損腐蝕，會(hui)加大正向(xiang)力，設計值(zhi)一般要求(qiu)高于150gf。選擇(ze)合适的材(cai)料和幾何(he)形狀是基(ji)礎，設計時(shi)不斷調整(zheng)參數，結合(he)測🏃🏻試驗證(zheng)，取的最優(you)正向力。

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