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(bǎo)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(xiáng)細介紹什麽是“正(zheng)向力”。

一、正向力定義(yì)

正(zheng)向力（英文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連接器插(chā)接時插座的端💃子(zi)🔞梁因與插頭配合(he)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(sheng)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(wo)們可以直觀看出(chu)随着正向力增大(dà)，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(li)和接觸電阻

正向力(lì)對于連接器的影(yǐng)響是多個因素的(de)，包括插拔力，磨損(sǔn)，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(chu)電阻。增加正向力(li)對以上前四項産(chan)生不利影響，而隻(zhi)對一項産生緩和(hé)因素。增加正向力(lì)提☁️高了磨擦力，也(ye)增大了插拔力及(jí)磨損率。緩㊙️和因素(sù)是增加磨擦力同(tong)樣提高了端子接(jie)觸部的機械穩定(dìng)性，這是🔴一個有利(li)的因素，因爲它減(jiǎn)少了接觸面的潛(qian)在不穩定性，降低(dī)了它在端子接觸(chù)面或其附近出現(xian)腐蝕性物質或污(wū)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(lian)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(zhe)樣可能影響彈性(xing)部的固持位置，進(jìn)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(xìng)能産生不♌利影響(xiang)。

然(ran)而增加正向力卻(què)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(li)對接觸電阻大小(xiao)🔞的必然影響是，接(jiē)觸面積🐇增加，則接(jie)觸電阻減小。另外(wài)，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(shǒu)先，增加磨擦力提(ti)高了接觸面的機(jī)械穩定性，以及随(suí)💋之産生的對抗端(duān)子接觸面不穩定(ding)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(xiang)與端子🐅磨擦力有(yǒu)利影響👈間的權衡(héng)。最小正向力必須(xu)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(xìng)。

三(sān)、材料性能和正向(xiang)力

材料性能是決定(dìng)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(dìng)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(ji)算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模型(xing)

其(qí)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(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(hòu)，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(gai)變端子的幾何形(xing)狀來調整正向力(li)的大小，并進而控(kòng)制端子接觸面間(jian)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(jiē)器的失效，正向力(lì)的損失，會造成端(duān)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(ér)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(shǎo)，因此正⁉️向力降低(dī)。

對(duì)于偏移，有一種是(shi)設計偏移的塑性(xìng)變形産生的，還🌈有(you)💋一種是插拔過程(cheng)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(zai)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(qi)而言，我們可以定(ding)義爲在連接器使(shi)用期👣間，随着時間(jiān)的延續🏃‍♂️，正向力會(huì)以一持續的偏🔞差(chà)而削🔞減。換句話說(shuo)，僅僅是由于端子(zǐ)懸臂梁受到👄了因(yin)其配🔞合偏移而産(chǎn)生的應力，而其所(suo)受正向力的削減(jian)可看作是時間和(hé)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(zhèng)了其關系。當懸臂(bì)梁位❓于其最大偏(piān)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(jian)小。

應力松弛是不可(ke)避免的，隻能控制(zhì)，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(hé)溫度。

圖(tu)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(zhào)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(shi)連接器母端彈片(piàn)下壓多少毫米對(duì)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(tǐ)屏蔽阻礙，則須破(pò)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(wei)移-力曲線圖

六.總結(jié)

綜(zōng)述連接器正向力(lì)是連接器的重要(yao)參數之一，我🔴們🌂在(zai)設計選⛹🏻‍♀️型的時候(hou)要關注。連接器使(shǐ)用時其接觸可靠(kào)性與正向力成正(zhèng)比，提高正向力可(kě)以減小接觸電阻(zǔ)，可以改善連接器(qi)振動時信号瞬斷(duàn)問題，但是正向力(lì)過大，将使連接器(qi)插拔力變大，端子(zǐ)變形産生的内應(ying)力對其疲勞壽命(ming)也将産生不利影(ying)響。最優正向力取(qu)決于受影響因素(sù)的平衡。隻要能保(bǎo)證接觸電阻和界(jiè)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(li)界面🔅爲了減少磨(mo)損腐蝕，會加大正(zhèng)向力，設計值一般(bān)要求高于150gf。選擇合(hé)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(qǔ)的最優正向力。

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