随着連接器可(kě)靠性要求越來(lái)越高，連接器的(de)端子㊙️作🐇爲決定(dìng)❄️連接器電力和(he)信号傳輸性能(néng)的關鍵組件，往(wǎng)往是連接🍓器設(shè)計的重中之重(zhòng)。大家一般對連(lián)接器的插拔力(lì)、保持力有所了(le)解，但是正向力(lì)作爲連接器的(de)另一個關鍵性(xìng)能指标，往往大(da)多數人不🌈太了(le)解。本文将爲你(nǐ)詳細✌️介紹什麽(me)是✌️“正向力”。

一、正(zheng)向力定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要來(lai)自于兩連接器(qi)插接時插座的(de)端子梁因🈲與插(chā)頭配合産生的(de)位移，由該位移(yi)産生的彈性恢(huī)😘複力就是端子(zǐ)正向力。

圖1：插針(zhēn)與插座配合示(shì)意圖（F表示正向(xiàng)力）

圖2：端子受壓(yā)産生位移示意(yì)圖

二、正向力影(yǐng)響因素

正向力(li)與接觸電阻有(yǒu)什麽關系了？從(cong)圖3我們可以直(zhí)觀看🌏出随🔴着正(zhèng)向力增大，接觸(chù)電阻變小，在100g力(li)時接觸電阻趨(qu)于🔞穩定，保持在(zai)5mΩ。

圖3：正向力和接(jie)觸電阻

正向力(li)對于連接器的(de)影響是多個因(yīn)素的，包括插拔(ba)力，磨損，接觸彈(dan)性部上的壓力(lì)（彈片應力），連接(jie)器🐪殼體上的壓(yā)力（塑膠🌐應力），接(jie)觸電阻。增加正(zheng)向力對以上前(qian)四項産生不利(li)☂️影響，而隻對一(yī)項産生緩和因(yin)素。增加正向力(li)提高了磨擦力(lì)，也增大✍️了插拔(ba)力及磨損率。緩(huan)和因素是增加(jiā)磨擦力同樣提(tí)高了端子接觸(chu)部的機🌈械穩定(ding)性，這是一個有(you)利的因素，因爲(wèi)它減少㊙️了接觸(chù)面的潛🏃‍♂️在不穩(wěn)定👨‍❤️‍👨性，降低了它(tā)在端子接觸面(miàn)或其附❓近出現(xiàn)腐蝕性物質或(huò)污染影響的敏(mǐn)感程度。增加正(zheng)向力使⛷️得在端(duān)子彈性部上的(de)壓力變大，這樣(yang)反過來也對連(lian)接器殼🈲體産生(sheng)一個更高的壓(ya)力，在連接器殼(ké)體上的高壓力(lì)導緻殼體更易(yì)發生變形，這樣(yàng)可能影響彈性(xing)部的固持位🥵置(zhi)，進而影響正向(xiang)力。從這一點來(lai)看，顯示出增加(jiā)正向力總的來(lái)講對連接性能(neng)産生不利影響(xiǎng)。

然而增加正向(xiang)力卻可以抵消(xiao)這些不利影響(xiǎng)，正如圖3所示，接(jiē)觸電阻随着正(zhèng)向力增加而減(jiǎn)少。增加的正向(xiang)力對接觸電阻(zǔ)💰大小的必然影(ying)響是，接觸面積(ji)💔增加，則接觸電(diàn)阻減小。另外，接(jie)觸阻力的穩定(ding)性同樣通過兩(liǎng)種影響随着正(zhèng)向力的增加而(er)增加。首先🥵，增加(jiā)磨擦力💯提高了(le)接觸⭐面的機械(xiè)穩定性，以及随(sui)之産生的對抗(kang)端子接觸面不(bu)穩定的阻力。其(qí)次，在端子區域(yù)裏的這種增加(jia)同樣提高了接(jie)觸面的抗🔴腐蝕(shí)能力。一個連接(jiē)🙇🏻器的“最優化”正(zheng)向力來自于較(jiào)高正向力對機(ji)械性能所帶來(lai)的不利影響與(yu)端子🚩磨擦力有(you)利影響間的權(quan)衡。最小正向力(li)必須能夠保證(zheng)氧化膜之破壞(huai)和端子接觸面(mian)在不同應用環(huán)境下的穩定性(xìng)。

三、材料性能和(he)正向力

材料性(xing)能是決定端子(zǐ)正向力的基礎(chǔ)，假如把端子近(jin)似視爲一懸臂(bì)梁（梁的一端爲(wei)固定支座，另一(yī)端爲自由端），如(rú)圖4，根據懸臂梁(liang)理論，可得到端(duan)子的正🐅向力計(ji)算公式。

（公式1）

圖(tu)4：懸臂梁模型

其(qi)中D=梁位移量,E=材(cai)料彈性系數,W=端(duān)子寬度,T=端子厚(hou)度,L=端⛷️子長度

該(gai)等式包括三個(gè)要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子(zǐ)的幾❗何📐形狀，其(qí)中每個要素都(dōu)是獨立的。當材(cái)料選定後，材料(liào)厚☁️度T,材料的彈(dàn)性系數E即固定(ding)不變，可以通過(guò)改變端子的幾(jǐ)何形🏃‍♀️狀來調整(zhěng)正向力的大小(xiao)，并進而控制端(duan)子接觸面間的(de)電阻，以确保電(diàn)力傳遞🤟及信号(hào)傳遞的穩定性(xìng)。

四、正向力的損(sǔn)失

對于連接器(qi)的失效，正向力(li)的損失，會造成(cheng)端子接觸界面(miàn)的機❄️械穩定性(xing)降低。正向力損(sun)失主要有兩個(ge)方面：永久變形(xing)和應力松弛。

永(yong)久變形是指端(duan)子梁由于塑性(xìng)變形而偏離原(yuan)始位置👌，查看公(gōng)式1，永久變形造(zao)成梁偏移D減少(shǎo)，因此正向力降(jiang)低。

對于偏移，有(yǒu)一種是設計偏(piān)移的塑性變形(xing)産生的，還有一(yī)種🌈是♉插拔過程(chéng)中的過應力，通(tōng)常是因爲不正(zhèng)确👈的插拔引起(qǐ)的。

應力松弛的(de)結果是應力的(de)減少，導緻正向(xiang)力的減少。端子(zi)在正向力作用(yòng)下會發生彈性(xìng)變形，産生内應(ying)力☂️。懸臂梁上的(de)正向力F與應力(lì)σ間的計算公式(shì)如下：

（公式2）

公式(shì)表明了任何的(de)應力減少都會(hui)導緻正向力的(de)減少🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。就連接器(qì)而言，我們可以(yǐ)定義爲在連接(jie)器使用期間，随(suí)🈲着時間的延續(xu)，正向力會以一(yi)持續的偏差而(ér)削減。換句話說(shuō)，僅♋僅是由于端(duan)子懸臂梁受到(dao)了因其配合偏(pian)移而産生的應(ying)力，而其所受正(zhèng)向力👄的削減可(kě)看作是時間和(he)溫度雙重作用(yong)的結果。當🐕連接(jiē)器的工作溫度(du)升高，此時應力(lì)松弛就更爲明(míng)顯了。圖5論證了(le)其關系。當懸臂(bi)梁位于其最大(da)偏差0.005 英寸時，在(zai)96小時内，正👨‍❤️‍👨向力(lì)會随着溫度的(de)升高而減小。

應(ying)力松弛是不可(ke)避免的，隻能控(kong)制，應力松弛的(de)速度與👈設計選(xuǎn)擇的材料和施(shī)加的應力以及(jí)應用的🔞環境💃🏻溫(wēn)度相關，應力松(song)弛依賴于時間(jiān)和溫度。

圖5：溫度(dù)與正向力關系(xi)

五、正向力測試(shi)介紹

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

常(cháng)用測試設備：連(lian)接器插拔力試(shì)驗機。

目的：測試(shi)連接器母端彈(dan)片的位移-力對(duì)應值，就是🏒連接(jie)器💜母端🤞彈片下(xià)壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連(lián)接器插拔力試(shì)驗機

注意就連(lian)接器組成的情(qing)形而言，若測試(shì)方向受塑膠🏃🏻本(ben)體屏蔽✂️阻礙，則(ze)須破壞連接器(qì)塑膠本體，但是(shi)⭐不要動端子原(yuán)始夾持固🔱定性(xing)能爲原則。

圖7：剖(pou)開的連接器

圖(tu)8:根據設計位移(yi)執行測試

圖9：繪(hui)制位移-力曲線(xian)圖

六.總結

綜述(shu)連接器正向力(li)是連接器的重(zhong)要參數之一，我(wo)們在😄設👨‍❤️‍👨計選型(xing)的時候要關注(zhu)。連接器使用時(shi)其接觸可靠性(xìng)與正向力成正(zhèng)比，提高正向力(li)可以減小😍接觸(chù)電阻，可以改善(shàn)連接器振動時(shí)信号瞬斷問題(ti)，但是正向力過(guo)大，将使連接器(qi)🏃🏻插拔力變🌐大，端(duān)子變形産生的(de)内應力對其疲(pi)勞壽命也将産(chǎn)生不利影響。最(zui)優正向🌈力取決(jue)于受影響因素(su)的平衡。隻要能(néng)保證接觸💞電阻(zu)和界面穩定的(de)要求，正向力越(yue)小越🆚好。根據業(yè)界常用設計标(biāo)準，鍍金接觸區(qū)設計值建議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面作可(kě)分離界面爲了(le)減少磨損腐蝕(shi)，會加大正向力(li)，設計值一般要(yào)求高于150gf。選擇合(hé)适的💘材料和幾(ji)何💞形狀是基礎(chu)，設計時不斷調(diào)整參數，結合測(cè)試驗證，取的最(zui)優正向力。

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