随着連接(jiē)器可靠性要求越(yuè)來越高，連接器的(de)端子作爲決定連(lian)♈接器電力和信号(hao)傳輸性能的關鍵(jiàn)組件，往往是連接(jiē)器設計的♻️重中之(zhi)重。大家一般對連(lian)接器的插拔力、保(bǎo)持力有所了解，但(dan)是正向力作爲連(lián)接器的另一個關(guān)鍵性能指标，往往(wǎng)大多數人不太了(le)解。本文将爲你詳(xiang)細🔴介紹什麽是“正(zheng)向力”。

一、正向力定義(yi)

正(zhèng)向力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器插(chā)接時插座的端👌子(zǐ)梁🈲因與插頭配合(hé)産生的位移，由該(gāi)位移産生的彈性(xìng)恢複力就是端子(zǐ)正向力。

圖1：插針與插座(zuò)配合示意圖（F表示(shi)正向力）

圖2：端子受壓産生(shēng)位移示意圖

二、正向(xiàng)力影響因素

正向力(lì)與接觸電阻有什(shi)麽關系了？從圖3我(wǒ)們可以直👅觀看出(chū)随着正向力增大(dà)，接觸電阻變小，在(zai)100g力時接觸電阻趨(qu)于穩定🌐，保持在5mΩ。

圖3：正向力(li)和接觸電阻

正向力(lì)對于連接器的影(ying)響是多個因素的(de)，包括插拔♻️力，磨損(sun)♌，接觸彈性部上的(de)壓力（彈片應力），連(lián)接器殼體上的壓(yā)力（塑膠應力），接觸(chu)電阻。增加正向力(lì)對以上前四項産(chǎn)生不利影響，而❤️隻(zhi)對一項産生緩和(he)因素。增加正向力(lì)提高了磨擦力，也(yě)增大了插拔力及(jí)磨損率。緩和因素(sù)是增加磨擦力同(tóng)🥵樣提高了端子接(jie)觸部的機🛀🏻械穩定(dìng)性，這是一個有利(lì)的因素，因爲它減(jian)少了接觸面的潛(qián)在不穩定性，降低(di)了它在端子接觸(chù)面或其附🙇🏻近出現(xiàn)腐蝕性物質或污(wu)染影響的敏感程(chéng)度。增加正向力使(shǐ)得在端子彈性部(bù)上的壓力變大，這(zhe)樣反過來也對連(lián)接器殼體産生一(yī)個更高的壓力，在(zai)連接器殼體上的(de)高壓力導緻殼體(tǐ)更易發生變形，這(zhè)樣可能影🈚響彈性(xing)部的固持位置，進(jin)而影🔅響正向力。從(cong)這一點來看，顯示(shì)出增加正向力總(zǒng)的來講對連接性(xìng)能産生不利影響(xiǎng)。

然(ran)而增加正向力卻(que)可以抵消這些不(bu)利影響，正如圖3所(suo)✊示，接觸電阻随着(zhe)正向力增加而減(jiǎn)少。增加的正向🔴力(lì)對接觸電阻大小(xiǎo)🌈的必然影響是，接(jie)觸面積增加，則接(jiē)觸電阻減小。另外(wài)，接觸阻力的穩定(dìng)性同樣通過兩種(zhǒng)影響随着正向力(lì)的增加而增加。首(shou)先，增加磨擦力提(tí)高了接觸面的機(ji)械穩🆚定性，以及随(suí)💞之産生的對抗端(duan)子接觸面不穩定(dìng)的阻力。其次，在📧端(duan)子區域裏的這種(zhǒng)增加同樣提高了(le)接觸面的抗腐蝕(shi)能力。一個連接器(qi)的“最優化”正向力(li)來自于較👣高正向(xiàng)力對機械性能🤟所(suo)帶來的不利影響(xiǎng)與端子磨擦力有(you)利影響間的權衡(héng)。最小正向力必須(xū)能夠保證氧化膜(mo)之破壞和端♊子接(jiē)觸面在不同應用(yòng)環境下的穩定性(xing)。

三(sān)、材料性能和正向(xiàng)力

材料性能是決定(dìng)端子正向力的基(jī)礎，假如把端子近(jìn)似視爲一懸臂梁(liang)（梁的一端爲固定(ding)支座，另一端爲自(zi)🙇‍♀️由端），如圖4，根據懸(xuan)臂🔴梁理論，可得到(dao)端子的正向力計(jì)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模型(xíng)

其(qi)中D=梁位移量,E=材料(liào)彈性系數,W=端子寬(kuān)度,T=端子厚度✌️,L=端子(zǐ)🔱長度

該等式包括三(san)個要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子的(de)幾何形狀，其中每(měi)個要素都是獨立(lì)的。當材料選定後(hou)，材料厚度T,材🙇‍♀️料的(de)🔴彈性系數E即固定(dìng)不變，可以通過改(gǎi)變端子的💋幾何形(xing)狀來調整正向力(lì)的大小，并進而控(kòng)制🈲端子接觸面間(jiān)的電阻，以确保電(diàn)力傳遞❓及信号傳(chuan)遞的穩定性。

四、正向(xiàng)力的損失

對于連接(jie)器的失效，正向力(lì)的損失，會造成端(duan)子接觸🏒界面的機(ji)械穩定性降低。正(zheng)向力損失主要有(yǒu)兩個方🈲面：永久變(biàn)形和應力松弛。

永久(jiu)變形是指端子梁(liáng)由于塑性變形而(er)偏離原始㊙️位置，查(chá)看公式1，永久變形(xing)造成梁偏移D減少(shǎo)，因此正向力降低(dī)。

對(duì)于偏移，有一種是(shì)設計偏移的塑性(xìng)變形産生的，還有(yǒu)一種是插拔過程(chéng)中的過應力，通常(cháng)是因爲不正确的(de)插拔引起的。

應力松(song)弛的結果是應力(li)的減少，導緻正向(xiàng)力的減少。端子在(zai)正向力作用下會(huì)發生彈性變形，産(chǎn)生内應力。懸臂梁(liang)上的正🔞向力F與應(yīng)力σ間的計算公式(shi)如下：

（公式2）

公式表明了(le)任何的應力減少(shǎo)都會導緻正向力(lì)的減少。就連接器(qì)而言，我們可以定(ding)義爲在連接器使(shǐ)用期間，随着時間(jian)的延續♻️，正向力會(huì)以一持續的偏差(cha)而削減。換句話說(shuō)，僅僅是由于端子(zi)懸臂梁受到了因(yīn)其配合偏移而産(chan)生的應力，而其所(suǒ)受正向力的削減(jiǎn)可看💔作是時間和(he)溫度雙重作用的(de)結果。當連接器的(de)工作溫度升高，此(ci)時🍉應力松弛就更(geng)爲明顯了。圖5論證(zheng)了其關系。當懸臂(bi)梁位☔于其最大偏(piān)差0.005 英寸時，在96小時(shi)内，正🐇向力會随着(zhe)溫度的升高而減(jiǎn)小。

應力松弛是不可(ke)避免的，隻能控制(zhi)，應力松弛的速度(dù)與設計選🍓擇的材(cái)料和施加的應力(li)以及應用的環境(jìng)溫度相關，應力松(sōng)弛依賴于時間和(he)溫度。

圖(tú)5：溫度與正向力關(guān)系

五、正向力測試介(jie)紹

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

常用測試設備(bèi)：連接器插拔力試(shì)驗機。

目的：測試連接(jiē)器母端彈片的位(wèi)移-力對應值，就是(shi)🐅連接器🍉母端彈片(pian)下壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連接器(qì)插拔力試驗機

注意(yì)就連接器組成的(de)情形而言，若測試(shì)方向受塑膠♈本體(ti)屏蔽阻礙，則須破(po)壞連接器塑膠本(ben)體，但是不要動端(duan)子原始夾🐉持固定(dìng)性能爲原則。

圖7：剖開(kai)的連接器

圖8:根據設計(jì)位移執行測試

圖9：繪制位(wei)移-力曲線圖

六.總結(jié)

綜(zōng)述連接器正向力(li)是連接器的重要(yào)參數之一，我們在(zài)設計選💔型的時候(hou)要關注。連接器使(shi)用時其接觸可靠(kào)性與正向力成正(zheng)比，提高正向力可(ke)以減小接觸電💛阻(zu)，可以改善連接器(qi)振動時信👄号瞬斷(duàn)問題，但是正向力(li)過大，将使連接器(qì)插拔力變大，端子(zi)變形産生的内應(yīng)力對其疲勞壽命(ming)也将💞産生不利影(ying)響。最優正向力取(qǔ)決于受影響因素(sù)的平衡。隻要能保(bao)證接觸電阻和✍️界(jie)面穩定的要求，正(zheng)向力越小越好。根(gen)據業界常用設🚶‍♀️計(ji)标準，鍍金接觸區(qu)設計值建議在50~100gf 。鍍(dù)錫♋表面作可分離(lí)界面爲了減少磨(mó)損腐蝕🌈，會加大正(zheng)向力，設計值一般(bān)要求高于150gf。選擇合(he)适的材料和幾何(he)形狀是基礎，設計(jì)時不斷調整參數(shù)，結🏃合測試驗證，取(qu)的最優正向力。

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