随着連(lián)接器可靠性(xing)要求越來越(yue)高，連接器的(de)端子作爲決(jué)定連🏃‍♂️接器電(dian)力和信号傳(chuán)輸性能的關(guan)鍵組件，往往(wǎng)是連接器設(shè)💔計的重中之(zhī)重。大家一般(ban)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(guān)🌍鍵性能指标(biāo)，往往大多數(shù)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(lì)定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要(yao)來自于兩連(lián)接器插接時(shi)插座的端🛀子(zi)梁因🍓與插頭(tóu)配合産生的(de)位移，由該位(wèi)移産生的彈(dàn)性恢複力就(jiu)是端子🔴正向(xiàng)力。

圖1：插(chā)針與插座配(pei)合示意圖（F表(biao)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(zhèng)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(xiang)力對于連接(jiē)器的影響是(shi)多個因素的(de)，包括插拔力(lì)，磨損，接觸彈(dan)性部上的壓(yā)力（彈片應力(lì)），連接器🍓殼體(ti)上的壓力（塑(su)膠🌈應力），接觸(chù)電阻。增加正(zheng)向力對以上(shang)前四項産🧡生(shēng)不利影響，而(er)👅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(mó)損率。緩和因(yin)素是增🐇加磨(mo)擦力同樣提(tí)高了端子接(jie)觸部的機械(xie)穩定性，這是(shì)一個有利的(de)因素，因爲它(tā)減少了接觸(chu)面的潛在不(bu)穩定性，降低(di)了它在端子(zǐ)接觸面或其(qi)附🆚近出現腐(fu)蝕性物質或(huò)污染影響的(de)敏感程度。增(zeng)加正🔞向力使(shi)得在端子彈(dan)性部上♈的壓(yā)力變大，這樣(yàng)反過來也對(dui)連接器殼體(ti)産生一👌個更(geng)高的壓力，在(zài)連接器殼☎️體(tǐ)上的高壓力(lì)導緻殼💘體更(geng)易發生變形(xing)，這樣可能影(ying)響彈性部的(de)固持位置，進(jìn)而影響正向(xiang)力。從這一點(diǎn)來看，顯示出(chū)增加正向力(lì)總的來講對(duì)連接性能産(chǎn)生不利影響(xiǎng)。

然而增加(jiā)正向力卻可(kě)以抵消這些(xie)不利影響，正(zhèng)如圖3所示，接(jie)觸電阻随着(zhe)正向力增加(jia)而減少。增加(jia)的正向🐉力對(duì)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(xiao)。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(zeng)加而增加。首(shǒu)先😘，增加磨擦(cā)力👅提高了接(jiē)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(ci)，在端子區域(yù)裏的這種增(zēng)加同樣提高(gao)🆚了接觸面的(de)抗腐蝕能力(li)。一個連接🔞器(qì)的“最優化”正(zhèng)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(yǒu)利影響間的(de)權衡。最小正(zheng)向力必須能(neng)夠😄保證氧化(hua)膜之破壞和(hé)端子接觸面(miàn)在不同應用(yong)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(rú)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(duan)子的正向力(lì)計算公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模(mo)型

其中D=梁(liang)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(zhǎng)度

該等式(shì)包括三個要(yào)素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端(duan)子的幾何形(xíng)狀，其中每個(ge)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(kě)以通過改變(biàn)端子的幾何(he)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(zǔ)，以确保👄電力(li)傳遞及信号(hao)傳遞的穩定(dìng)性。

四、正向(xiàng)力的損失

對于連接器(qi)的失效，正向(xiàng)力的損失，會(huì)造成端子接(jie)觸界面的🥰機(ji)械穩定性降(jiàng)低。正向力損(sǔn)失主要有兩(liang)🔴個方面：永久(jiǔ)變形和應力(li)松弛。

永久(jiu)變形是指端(duān)子梁由于塑(su)性變形而偏(piān)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(shao)，因此正向力(lì)降低。

對于(yú)偏移，有一種(zhǒng)是設計偏移(yí)的塑性變形(xing)産生的，還有(yǒu)一♊種是插拔(ba)過程中的過(guò)應力，通常是(shi)因爲不正确(que)的插拔引起(qi)的。

應力松(song)弛的結果是(shì)應力的減少(shǎo)，導緻正向力(lì)的減少⛹🏻‍♀️。端🔞子(zǐ)在正向力作(zuo)用下會發生(shēng)彈性變形，産(chǎn)生内應力。懸(xuan)臂梁上🔆的正(zhèng)❄️向力F與應力(li)σ間的計算公(gōng)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(yán)，我們可以定(ding)義爲在連接(jie)器使用期❓間(jiān)，随着時間的(de)💜延續，正向力(lì)會以一持續(xù)的偏差而削(xue)減。換句話說(shuo)，僅僅是由于(yu)端子懸臂梁(liang)受到㊙️了因其(qi)配🌏合偏移而(er)産生的應♉力(lì)，而其所受正(zhèng)向力的削減(jian)可看作是時(shi)間和溫度雙(shuāng)重作用的結(jie)果。當連接器(qì)的工🏃作溫度(du)升高，此時應(yīng)力松弛就更(geng)爲明顯了。圖(tu)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(bu)可避免的，隻(zhi)能控制，應力(li)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(guan)🤞，應力松弛依(yi)賴于時間和(hé)溫度。

圖5：溫度與正(zhèng)向力關系

五、正向力測(cè)試介紹

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

常(chang)用測試設備(bei)：連接器插拔(ba)力試驗機。

目的：測試連(lián)接器母端彈(dàn)片的位移-力(lì)對應值，就是(shi)連接器母端(duan)彈片下壓多(duo)少毫米對應(ying)的力值。

圖(tú)6：連接器插拔(bá)力試驗機

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

圖7：剖開(kāi)的連接器

圖8:根據設(she)計位移執行(háng)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(jie)器的重要參(can)數之一，我們(men)在設🏃計選型(xing)的時候要關(guān)注。連接器使(shi)用時其接觸(chu)可靠性與正(zhèng)向力成正比(bǐ)，提高正向力(lì)可以減小接(jiē)觸電阻，可以(yi)⁉️改善連接器(qi)振動時信号(hào)瞬斷問題，但(dan)是正向力過(guò)大，将使連接(jie)器插拔力變(biàn)大，端子變形(xíng)産生的内🚶應(ying)力對其疲勞(láo)壽命也将♉産(chǎn)生不利影☁️響(xiang)。最優正向力(lì)取決于受影(yǐng)響因素的平(ping)衡。隻💋要能保(bǎo)證接觸電阻(zu)和界面穩定(dìng)的要求，正向(xiang)力越小越好(hao)♍。根據業界常(cháng)用設計标準(zhǔn)，鍍金接觸☂️區(qu)設計值建議(yì)在50~100gf 。鍍錫表面(miàn)作可分離界(jie)面爲了減少(shao)磨損腐蝕，會(hui)加大正向力(li)，設計值一般(ban)要求高于150gf。選(xuǎn)擇合适的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻材(cái)料和幾何形(xíng)狀是基礎⛹🏻‍♀️，設(shè)計時不斷調(diào)整參數，結合(hé)測試驗證，取(qu)的最優正向(xiàng)力。

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