随着連(lian)接器可靠性(xing)要求越來越(yue)高，連接器的(de)端子🏃🏻作爲決(jue)定連接器電(dian)力和信号傳(chuán)輸性能的關(guān)鍵組件，往往(wang)是連接器設(she)計的🔞重中之(zhi)重。大家一般(bān)對連‼️接器的(de)插拔力、保持(chi)力有所了解(jiě)，但是正向力(lì)作爲🏃🏻連接器(qi)的🛀另一個關(guan)鍵性能指标(biāo)，往往大多數(shu)人不♉太了解(jie)。本文将爲你(nǐ)詳細✔️介紹什(shi)麽是“正向力(lì)”。

一、正向力(li)定義

正向(xiàng)力（英文：Normal Force）主要(yào)來自于兩連(lian)接器插接時(shi)插座的端子(zi)🔴梁🔆因與插頭(tou)配合産生的(de)位移，由該位(wei)移産生的彈(dan)性恢複力就(jiù)是端子正向(xiàng)力。

圖1：插(chā)針與插座配(pei)合示意圖（F表(biǎo)示正向力）

圖2：端子(zǐ)受壓産生位(wei)移示意圖

二、正向力影(yǐng)響因素

正(zheng)向力與接觸(chù)電阻有什麽(me)關系了？從圖(tu)3我們可以直(zhí)❌觀看出随着(zhe)正向力增大(da)，接觸電阻變(biàn)小，在100g力時接(jie)觸電阻趨于(yu)穩定💋，保持在(zai)5mΩ。

圖3：正(zheng)向力和接觸(chu)電阻

正向(xiàng)力對于連接(jiē)器的影響是(shì)多個因素的(de)，包括插拔🔞力(lì)⛷️，磨損☎️，接觸彈(dàn)性部上的壓(yā)力（彈片應力(li)），連接器殼體(tǐ)上的壓力（塑(sù)膠應力），接觸(chù)電阻。增加正(zheng)向力對以上(shàng)前四項産🐪生(sheng)不利🌈影響，而(ér)隻對一項産(chǎn)生緩和因素(sù)。增加正向力(lì)提高了磨擦(ca)🐆力，也增大了(le)插拔力❗及磨(mo)損率。緩♍和因(yīn)素是增加磨(mo)擦力同樣提(ti)高了端🔴子接(jiē)觸部的機械(xiè)穩定性，這是(shi)一個有利的(de)因素，因爲它(tā)減少了接觸(chù)面的潛在不(bu)穩定性，降低(dī)了它在端🌍子(zi)接觸面或其(qi)附近出現腐(fǔ)蝕性物質或(huo)污染影響的(de)敏感程度。增(zēng)加正🌐向力使(shi)得在端子彈(dàn)性部上的壓(ya)力變大，這樣(yang)反過來也對(dui)連接器殼體(ti)産生一🔴個更(gèng)高的壓力，在(zai)連接器殼體(ti)上的高壓力(li)導緻殼體更(gèng)易發生變形(xing)，這樣可能影(yǐng)響彈性部的(de)固持位置，進(jìn)而影✍️響正向(xiàng)力。從這一點(diǎn)來看，顯示出(chū)增加正向力(li)總的來講對(dui)連接性能産(chǎn)生不✉️利影響(xiǎng)。

然而增加(jiā)正向力卻可(ke)以抵消這些(xie)不利影響，正(zheng)如圖3所📞示，接(jiē)💁觸電阻随着(zhe)正向力增加(jia)而減少。增加(jia)的正向力對(dui)接觸電阻大(da)小🔞的必然影(yǐng)響是，接觸面(miàn)積增加，則接(jiē)觸電阻減小(xiǎo)。另外，接🚩觸阻(zu)力的穩定性(xing)同樣通過兩(liang)種影響随着(zhe)正向力的增(zēng)加而增加。首(shou)先，增加磨擦(ca)力提高了接(jie)觸面的機械(xiè)穩💞定性，以及(ji)随💜之産生的(de)對抗端子接(jie)觸面不穩定(ding)的阻力。其次(cì)，在端子區域(yù)裏的這種增(zeng)加同樣提高(gao)了接觸面的(de)抗☎️腐蝕能力(lì)。一個連接👨‍❤️‍👨器(qì)的“最優化”正(zheng)向力來自于(yú)較高正向力(li)對機械性能(néng)🌏所帶來的不(bu)利影響與端(duān)子磨擦力有(you)利影響間的(de)權衡。最小正(zheng)向力必須能(néng)夠💃🏻保證氧化(huà)膜之破壞和(he)端子接觸面(miàn)在不同應用(yòng)環境下的穩(wěn)定性。

三、材(cai)料性能和正(zheng)向力

材料(liao)性能是決定(ding)端子正向力(lì)的基礎，假如(ru)把端子近似(si)😄視爲📧一懸臂(bì)梁（梁的一端(duān)爲固定支座(zuo)，另一端✌️爲自(zì)由端），如圖4，根(gen)據懸臂梁理(li)論，可得到端(duān)子的正向力(li)計算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模(mó)型

其中D=梁(liáng)位移量,E=材料(liao)彈性系數,W=端(duān)子寬度,T=端子(zǐ)厚度✨,L=端💚子長(zhang)度

該等式(shi)包括三個要(yao)素﹕梁位移、彈(dàn)性系數和端(duān)子的幾何形(xing)狀，其中每個(gè)要素都是獨(du)立的。當材料(liao)選定🥵後，材💋料(liao)厚度T,材料的(de)❌彈性系數E即(jí)固定不變，可(ke)以通過改變(bian)端子的幾何(hé)形狀來調整(zhěng)正向✔️力的大(dà)小，并進而控(kong)制端子接觸(chù)面間的電阻(zu)，以确保電力(li)傳遞❄️及信号(hao)傳遞☀️的穩定(ding)性。

四、正向(xiàng)力的損失

對于連接器(qi)的失效，正向(xiang)力的損失，會(huì)造成端子接(jie)🐆觸🏃界面的機(jī)械穩定性降(jiàng)低。正向力損(sǔn)失主要有兩(liǎng)個方面：永💔久(jiǔ)變🔴形和應力(lì)松弛。

永久(jiu)變形是指端(duān)子梁由于塑(su)性變形而偏(pian)離原始💃位置(zhì)，查看公式1，永(yong)久變形造成(chéng)梁偏移D減少(shǎo)，因此正向力(lì)⁉️降低。

對于(yú)偏移，有一種(zhǒng)是設計偏移(yi)的塑性變形(xing)産生的，還有(yǒu)一種是插拔(bá)過程中的過(guo)應力，通常是(shì)因爲不正确(què)的插拔引起(qǐ)的。

應力松(sōng)弛的結果是(shi)應力的減少(shǎo)，導緻正向力(li)的減⛹🏻‍♀️少。端子(zǐ)在正向力作(zuo)用下會發生(shēng)彈性變形，産(chan)生内應力㊙️。懸(xuán)臂🥰梁上的正(zhèng)向力🐕F與應力(lì)σ間的計算公(gong)式如🔆下：

（公(gōng)式2）

公式表(biǎo)明了任何的(de)應力減少都(dōu)會導緻正向(xiàng)力的減少。就(jiù)🤞連‼️接器而言(yan)，我們可以定(dìng)義爲在連接(jiē)器使用期間(jian)，随着時🐇間的(de)延續，正向力(li)會以一持續(xu)的偏差而削(xuē)減。換句話說(shuo)，僅僅是由于(yu)端子懸臂梁(liang)受到了因其(qí)配合偏移而(er)産生的應力(lì)，而其所受正(zhèng)向力的削減(jiǎn)可看作是時(shí)間和溫度雙(shuang)重作用的結(jie)果。當🔞連接器(qì)的工作溫度(dù)升高，此時應(ying)力松弛就更(geng)爲明顯了。圖(tú)5論證了其關(guan)系。當懸臂梁(liang)位于其最大(da)偏差0.005 英寸時(shí)，在96小時内，正(zhèng)⚽向力會随着(zhe)溫度的升高(gāo)而減小。

應(ying)力松弛是不(bú)可避免的，隻(zhi)能控制，應力(lì)松弛的速度(dù)與設計💜選擇(ze)的材料和施(shī)加的應力以(yi)及應用的環(huán)境溫度相關(guān)，應力松弛💘依(yī)賴于時間和(hé)溫度。

圖5：溫度與正(zheng)向力關系

五、正向力測(ce)試介紹

正(zheng)向力測試參(cān)照标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。

常(cháng)用測試設備(bèi)：連接器插拔(ba)力試驗機。

目的：測試連(lian)接器母端彈(dàn)片的位移-力(li)對應值，就是(shi)連🌈接⛷️器母端(duān)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻彈片下壓多(duō)少毫米對應(yīng)的力值。

圖(tu)6：連接器插拔(ba)力試驗機

注意就連接(jiē)器組成的情(qíng)形而言，若測(cè)試方向受塑(sù)膠本體屏蔽(bì)㊙️阻礙，則須破(pò)壞連接器塑(su)膠本體，但是(shì)不要動端子(zi)原始夾持固(gu)定性能爲原(yuan)則。

圖7：剖開(kāi)的連接器

圖8:根據設(shè)計位移執行(hang)測試

圖9：繪制位移(yí)-力曲線圖

六.總結

綜(zōng)述連接器正(zhèng)向力是連接(jiē)器的重要參(can)數之一，我們(men)在設計選型(xíng)的時候要關(guān)注。連接器使(shi)用時其接觸(chù)可靠性與正(zhèng)向力成正比(bi)，提高正向力(lì)可以減小接(jie)觸電阻，可以(yǐ)❗改善連🌐接器(qì)振⛱️動時信号(hao)瞬斷問題，但(dàn)是正向力過(guo)大，将❓使連接(jie)器插拔力變(biàn)大，端子變🆚形(xíng)産生的内應(yīng)力對其疲勞(lao)壽命也将産(chan)生不利影🈚響(xiǎng)。最優正向🌂力(li)取決于受影(ying)響因素的平(píng)衡。隻要能保(bǎo)證接觸電阻(zu)和🌂界面穩定(ding)的要求，正向(xiang)力越小越好(hǎo)。根據業界常(cháng)用設計标準(zhun)，鍍金接觸區(qū)設計值建⭐議(yi)在50~100gf 。鍍錫表面(miàn)作可分🐆離界(jiè)面爲了減少(shao)磨損腐蝕，會(hui)加大正向力(lì)，設計值一般(ban)要求高于150gf。選(xuǎn)擇合适的材(cai)料和幾何形(xing)狀是基礎，設(she)計時不斷調(diào)整參數，結合(he)測試驗證，取(qu)的最優正向(xiàng)力。

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