一篇(piān)文章教你認識連(lian)接器的核心
發布(bu)時間:2025-12-06 22:58:21
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
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)
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。
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。

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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