随着連接(jiē)器可靠性要求越(yue)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(zhī)重。大家一般對連(lián)❄️接器的插拔力、保(bao)持力‼️有所了🔞解，但(dàn)是正向力作爲連(lián)接器的另一個關(guan)鍵性能指标，往往(wang)大多數人不太了(le)解。本文将爲你詳(xiang)細介紹什麽是“正(zhèng)向力”。

一、正向力定義(yi)

正(zheng)向力（英文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連接器插(cha)接時插座的端㊙️子(zǐ)梁因與插頭配合(he)産生的位移，由該(gai)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(zuo)配合示意圖（F表示(shì)正向力）

圖2：端子受壓産生(sheng)位移示意圖

二、正向(xiàng)力影響因素

正向力(li)與接觸電阻有什(shi)麽關系了？從圖3我(wǒ)們可以直觀看出(chu)随着正向力增大(da)，接觸電阻變小，在(zài)100g力時接觸電阻趨(qū)于🏃‍♀️穩定，保持在5mΩ。

圖3：正向力(lì)和接觸電阻

正向力(li)對于連接器的影(yǐng)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(lian)接器殼體上的壓(ya)力（塑膠🏃🏻‍♂️應力☔），接觸(chù)電阻。增加正向力(li)對以上前四項産(chan)💋生不利影響，而💔隻(zhī)對一項産生緩和(hé)因素。增加正向力(li)提高了磨擦力，也(yě)增大了插拔力及(jí)磨損率。緩和因素(su)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(jiǎn)少了接觸面的潛(qian)在不穩定性，降低(di)了它在🏒端子接觸(chu)面或其附近出現(xian)腐蝕性物質或污(wu)染影響的敏感程(chéng)度。增加正向力使(shi)得在端子彈性部(bu)上的壓力變大，這(zhè)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(ti)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(cóng)這一點來看，顯⁉️示(shì)出增加正🌈向力總(zong)的來講對連接性(xing)能産生不利影響(xiang)。

然(rán)而增加正向力卻(què)可以抵消這些不(bú)利影響，正如圖3所(suǒ)❄️示，接觸🤩電阻随着(zhe)正向力增加而減(jian)少。增加的正向力(li)對接觸電阻大小(xiao)的必然影響是，接(jie)觸面積增加，則接(jie)觸電阻減小。另外(wai)，接觸阻力的穩定(dìng)性同樣通過兩種(zhong)影響随着正向力(lì)的增加而🌈增加。首(shou)先，增加磨擦力提(ti)高了接觸🧡面的機(ji)械穩定性，以及随(suí)之産生的對抗端(duān)子接觸面不穩定(dìng)的阻力。其次，在端(duān)子區域裏的這種(zhǒng)增加同樣提高了(le)接觸面的抗腐🤞蝕(shí)能力。一個連接器(qì)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(xiang)與端子磨擦力有(yǒu)利影響間的權衡(héng)。最小正向力必須(xū)能夠保證氧化膜(mó)之破壞和端子接(jiē)觸面在不同應用(yong)環境下🐉的穩定性(xing)。

三(san)、材料性能和正向(xiang)力

材料性能是決定(ding)端子正向力的基(ji)礎，假如把端子近(jìn)似視爲一懸臂梁(liáng)（梁的一端爲固定(ding)支座，另一端爲自(zì)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(xing)

其(qi)中D=梁位移量,E=材料(liao)彈性系數,W=端子寬(kuan)度,T=端子厚度,L=端子(zi)🏒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(mei)個要素都是獨立(li)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(ding)不變，可以通過改(gǎi)變端子的幾何形(xíng)☀️狀來調整正向力(li)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(chuán)遞的穩定性。

四、正向(xiang)力的損失

對于連接(jie)器的失效，正向力(li)的損失，會造成端(duan)子接觸界面🏃‍♂️的機(jī)械穩定性降低。正(zheng)向力損失主要有(yǒu)兩個方面：永久變(bian)形和應力⭐松弛。

永久(jiǔ)變形是指端子梁(liáng)由于塑性變形而(er)偏離原始✏️位置，查(cha)看公🙇🏻式1，永久變形(xing)造成梁偏移D減少(shao)，因此正向力🐅降低(di)。

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(sōng)弛的結果是應力(lì)的減少，導緻正向(xiang)力的減少。端子在(zài)正向力作用下會(hui)發生彈性變形，産(chan)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(jiān)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(yin)其配合偏移而📞産(chan)生的應力，而其所(suǒ)受正向力🆚的削減(jian)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(gèng)爲明顯了。圖5論證(zheng)了其⭐關系。當懸臂(bì)梁位于其最大偏(pian)差⭐0.005 英♈寸時，在96小時(shí)内，正向力會随着(zhe)溫度的升高而減(jiǎn)小。

應力松弛是不可(kě)避免的，隻能控制(zhì)，應力松弛的速度(dù)與設😄計選擇的材(cai)料和施加的應力(li)以及應用的環境(jing)🐪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(guan)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(bei)：連接器插拔力試(shi)驗機。

目的：測試連接(jie)器母端彈片的位(wei)移-力對應值，就是(shì)㊙️連接器母端彈片(piàn)下壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連接器(qi)插拔力試驗機

注意(yi)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(běn)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(kāi)的連接器

圖8:根據設計(jì)位移執行測試

圖9：繪制位(wèi)移-力曲線圖

六.總結(jié)

綜(zong)述連接器正向力(li)是連接器的重要(yào)參數之一，我們在(zai)設計🚶選✨型的時候(hòu)要關注。連接器使(shi)用時其接觸可靠(kao)性♊與正向力成正(zhèng)🌈比，提高正向力可(kě)以減小接觸電阻(zu)，可以改善連接器(qì)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(su)的平衡。隻要能保(bao)證接觸電阻和☔界(jiè)面穩🚶‍♀️定的要求，正(zhèng)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(du)錫表面作可分離(li)界面✏️爲了減少磨(mó)損腐蝕🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，會加大正(zheng)向力，設計值一般(ban)要求高于150gf。選擇合(he)适的材料和幾何(he)形狀是基礎，設計(ji)時不斷調整參數(shu)，結合測🏒試驗證，取(qu)的最優正向力。

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