随着連接器可靠性要求越來越(yuè)高，連接器的端子作爲決定連(lián)接器電力和信(xìn)号傳(chuán)輸性能的關鍵組件，往往是連接器設計的重中之重。大家一般對(duì)連接器的插拔力、保持力有所了解，但是正向力作爲連接器的另(lìng)一個關鍵性能指标，往往大多數人不太了解。本(běn)文将爲你詳細介紹什麽是“正向力”。

一、正向力定義

正向力（英文：Normal Force）主要來自于兩連(lián)接器插接時插座的端(duān)子梁(liáng)因(yīn)與插頭(tóu)配合産生的位移，由該位移産生的彈性恢複力就是端子正向力。

圖1：插針與插座配合示意圖（F表示正向力(lì)）

圖2：端(duān)子受壓産生位移示意圖

二、正(zhèng)向力影響因素

正向(xiàng)力與接觸電阻有什麽關系了？從圖3我們可以直觀看出随着正向力增大，接觸電(diàn)阻變(biàn)小，在100g力時接觸電(diàn)阻(zǔ)趨于(yú)穩定，保持(chí)在5mΩ。

圖(tú)3：正向力和接(jiē)觸電阻

正向(xiàng)力對(duì)于連接器的影響是多個因素的，包括插拔力，磨(mó)損，接觸彈性(xìng)部上(shàng)的壓力（彈片應力），連接器殼體上的壓力(lì)（塑膠應力），接觸電阻。增加正向力對以上前四項産生不利影(yǐng)響，而(ér)隻對一項産生(shēng)緩和因素。增加正向力提高了磨擦力，也增大了插拔力(lì)及磨損(sǔn)率。緩和因素是增加磨擦力同樣提高了端子(zǐ)接觸部的機械穩定性，這是一個(gè)有利的因素，因爲它減少了接觸面的潛在不穩定性，降低了它在(zài)端子接觸面或(huò)其附近出現腐蝕(shí)性物(wù)質或(huò)污染影響的敏感程度。增加正向(xiàng)力使(shǐ)得在端子彈性部上的壓(yā)力變大，這樣反過來也(yě)對(duì)連接器殼體産生一個更高的壓力，在連接器(qì)殼體上的高壓力導(dǎo)緻殼體更易發生變形，這樣可能影響彈性部的固持位置，進而影響正向力。從這(zhè)一點(diǎn)來看，顯示出增加正向力總的來講對連接性能産生不利影響。

然而增加正向力(lì)卻可以抵消這些不利影響，正如圖(tú)3所示(shì)，接觸電阻随着正向力增加而(ér)減少。增加的正向力(lì)對接觸電(diàn)阻大(dà)小的必(bì)然影響(xiǎng)是，接觸面積增加，則接觸電阻(zǔ)減小。另外，接觸阻力的穩定性同樣通過兩種影響随(suí)着(zhe)正向(xiàng)力的增加而增加。首(shǒu)先，增加磨擦力(lì)提高了接觸面的機械穩定性，以及随之産生的對抗端子接觸面不穩定的阻力。其次，在端子區域裏的這種增加同樣提高(gāo)了接(jiē)觸面的抗腐蝕能力。一個連接器的“最優化”正向力來自于較高正(zhèng)向力對機械性能所帶來的不利(lì)影響與端子磨擦力有利(lì)影響間的權衡。最小正向力必(bì)須能夠(gòu)保證氧化膜之破壞和端子接觸面(miàn)在不同應用環境下(xià)的穩定性。

三、材料性能和正(zhèng)向(xiàng)力

材料性能是決(jué)定端子正向力的基礎，假如把端子近似(sì)視爲一懸臂梁（梁的一端爲固定支座，另一端(duān)爲自由端(duān)），如(rú)圖4，根據懸臂梁理(lǐ)論，可得到端子的正向力計算(suàn)公式。

（公式(shì)1）

圖4：懸臂梁(liáng)模型

其中D=梁位移量,E=材料(liào)彈性系數,W=端子(zǐ)寬度,T=端子(zǐ)厚度(dù),L=端子長度

該等式包括(kuò)三個要素﹕梁位移(yí)、彈性系數和端子的幾何形狀，其中每個要(yào)素(sù)都是獨立的。當材料選(xuǎn)定(dìng)後，材料厚度T,材料的彈性(xìng)系數E即固定不變，可以通過改變端子的幾何(hé)形狀來調整正向力的大小，并(bìng)進而控制端子接觸面間的電阻，以(yǐ)确保電力傳遞及(jí)信号傳遞的穩定性。

四、正向力(lì)的損失

對于連接器的(de)失效，正向(xiàng)力的損失，會造成端子接觸界面的機械穩定性降低。正向力損失主要(yào)有兩(liǎng)個方面(miàn)：永久變形和應力松弛。

永久變形是指端子梁由于塑性變形而偏離原始位置，查看公式1，永久變形造成(chéng)梁偏移D減少，因此正向(xiàng)力降低(dī)。

對(duì)于偏移，有一種是設計(jì)偏移的塑(sù)性變形産生的，還(hái)有一(yī)種是插拔過程中的過應力(lì)，通常是因爲不正确的插拔引起的。

應力松弛的結果是應力的減少(shǎo)，導緻正向力的減少。端子(zǐ)在(zài)正向力作用下會發生彈性(xìng)變(biàn)形(xíng)，産生内應力。懸臂梁上的正向力F與應力σ間的計算公(gōng)式如下：

（公式2）

公式表明(míng)了任何的應力減少都會導緻正(zhèng)向力的減少。就連接器而言，我們可以定(dìng)義爲在連接器使用期間，随着時(shí)間的延續，正向力(lì)會以一持續的(de)偏差而削(xuē)減。換句話說，僅僅是由于端子懸臂梁受到了(le)因其配合偏移而産生的應力(lì)，而其所(suǒ)受正向力的削減可看(kàn)作是時間和溫度雙重作用的(de)結果。當連接器的工作溫度升(shēng)高，此時(shí)應力松弛就更爲明顯了。圖5論(lùn)證了其關系。當懸臂梁位于其最大偏差0.005 英(yīng)寸時，在96小時内，正向力會随着溫度的升(shēng)高而減(jiǎn)小。

應力(lì)松弛是不可避免的，隻能控制，應力松弛的速度與(yǔ)設計選擇的材料和施加的應力以及應用的環境溫度相關，應力松弛依賴于時間和溫度。

圖5：溫度與正向力關系

五(wǔ)、正向力測試介紹

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

常用測試設(shè)備(bèi)：連接器插拔力試驗(yàn)機。

目的：測試連(lián)接器母端(duān)彈片的位移-力對應值，就(jiù)是連接器母端彈片下壓多少毫米對應的力值。

圖6：連接(jiē)器插拔力試驗機

注意就連接(jiē)器組成的情形而(ér)言，若測試方向受塑膠本體屏蔽阻礙，則須(xū)破壞連接器(qì)塑膠本體，但是不(bú)要(yào)動端子(zǐ)原始夾持固定性能爲原(yuán)則。

圖7：剖開(kāi)的連接器

圖8:根據設計位移執行測試

圖9：繪制位移-力曲線圖

六.總結

綜述連(lián)接器正向力是連接器的重要(yào)參數之一，我們(men)在設計選型的時候要關注。連接器(qì)使用時其接觸(chù)可靠性與正向力成(chéng)正比，提高正向力可以減小接觸電(diàn)阻，可(kě)以改善連接器振動時信(xìn)号瞬(shùn)斷(duàn)問題，但是正向力過大，将使連接(jiē)器插拔力變大，端子變形産生的内應力對其(qí)疲勞(láo)壽命也(yě)将産生不利影(yǐng)響。最優正向力取(qǔ)決于受影響因(yīn)素的平衡。隻要能保(bǎo)證接觸電阻和(hé)界面穩(wěn)定的要求(qiú)，正向力越小(xiǎo)越好。根據業界常用設(shè)計标準，鍍金接觸區設計值建議(yì)在50~100gf 。鍍錫表面作可分(fèn)離界(jiè)面爲了減少磨損腐蝕，會加大(dà)正(zhèng)向力，設(shè)計值一般要求高于150gf。選擇合适的材料和幾何形狀是基礎，設(shè)計時不斷調整參(cān)數，結合(hé)測試驗證(zhèng)，取的最優正向力(lì)。

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