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(lián)♌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(bao)持力🍓有所了解，但(dàn)是正向力作爲連(lian)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(xiáng)細👈介紹什麽是“正(zhèng)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(cha)接時插座的端子(zǐ)🔞梁因與🐇插頭配合(hé)産生的位移，由該(gai)位移産生的彈性(xing)恢複力🌐就是端子(zi)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(xiang)力影響因素

正向力(lì)與接觸電阻有什(shí)麽關系了？從圖3我(wo)們可以直觀看🍉出(chū)随🔱着正向力增大(da)，接觸電阻變小，在(zai)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(li)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(lian)接器殼體上的壓(ya)力🔞（塑膠應力），接觸(chù)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(su)是增加磨擦力同(tong)樣提高了端子接(jie)觸部的機械穩定(ding)性，這是一個有利(lì)的因素，因爲它減(jian)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(wū)染影響的敏感程(chéng)度。增加正向力使(shi)得在端子彈性㊙️部(bù)上的壓力變大，這(zhè)樣反過來也對連(lian)接器殼體産生一(yi)個更高的壓力，在(zài)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(bú)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(jiē)觸面積增加，則接(jiē)觸電⛷️阻減小。另外(wai)，接觸阻力📐的穩定(dìng)性同樣通過兩種(zhǒng)影響随着正向力(li)的增加而增加。首(shou)先，增加磨擦力🏒提(tí)高了接觸面的機(jī)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(zhong)增加同樣提高了(le)接觸面的抗腐蝕(shí)能力。一個連接器(qi)的“最優化”正向力(lì)來自于較😍高正向(xiàng)力☁️對機械性能所(suǒ)帶來的不利影響(xiǎng)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(mo)之破壞和端子接(jie)觸面在不同應用(yong)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(ding)端子正向力的基(jī)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(zi)由端），如圖4，根據懸(xuan)臂梁理論，可得到(dào)端子的正向力計(jì)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(dàn)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(xíng)狀來調整正向力(li)的大小，并進而控(kong)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(xiàng)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(zhèng)向力損失主要有(you)兩個方面：永久變(bian)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(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(xing)變形産生的，還有(yǒu)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(li)的減少，導緻正向(xiang)力的減少。端🈲子在(zài)正向力作用下會(huì)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(shì)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(li)的減少。就連接器(qi)而言，我們可以定(dìng)義爲在連接器使(shi)🆚用期間，随着時間(jian)的延續，正向力會(hui)以一持續的偏💋差(cha)而削減。換句話說(shuō)，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(cǐ)時✊應力松弛就更(geng)爲明顯了。圖5論證(zhèng)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(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(zhi)，應力松弛的速度(dù)與♉設計選💯擇的材(cai)料和施加的應力(lì)以及應用的環境(jing)🛀溫度☂️相關，應力🛀🏻松(song)弛依賴于時間和(hé)溫度。

圖(tú)5：溫度與正向力關(guan)系

五、正向力測試介(jiè)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(bèi)：連接器插拔力試(shi)驗機。

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

圖6：連接器(qi)插拔力試驗機

注意(yì)就連接器組成的(de)情形而言，若測試(shi)方向受塑膠本體(ti)屏‼️蔽阻礙，則須破(pò)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(jie)

綜(zong)述連接器正向力(li)是連接器的重要(yao)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(zǔ)，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(qi)插拔力變🔞大，端子(zǐ)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(jiè)面穩定的要求，正(zhèng)向力越小越好。根(gēn)據業界常用設計(ji)标準，鍍金接觸🌈區(qū)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(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(hé)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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