随着連接(jiē)器可靠性要求(qiú)越(yuè)來越(yuè)高，連接(jiē)器(qì)的端子作(zuò)爲決(jué)定連接器電(diàn)力和信号傳(chuán)輸性能的(de)關鍵(jiàn)組件，往往(wǎng)是連接器設(shè)計(jì)的重中之重。大家一般(bān)對連接(jiē)器的(de)插拔力、保(bǎo)持力有所了解(jiě)，但是正向力作爲連接器的另(lìng)一個關(guān)鍵性能(néng)指标，往(wǎng)往(wǎng)大多(duō)數人不太了解(jiě)。本文将爲(wèi)你詳(xiáng)細介紹什(shí)麽是“正向(xiàng)力”。

一、正向力定義

正向力(lì)（英文：normal force）主要來自(zì)于兩連(lián)接(jiē)器插接時插座的端子梁因與(yǔ)插頭(tóu)配合(hé)産生的位(wèi)移，由該位(wèi)移産(chǎn)生的彈性恢複(fú)力就是(shì)端子正(zhèng)向(xiàng)力。

圖1：插針與(yǔ)插座配合(hé)示意(yì)圖（f表示正向力(lì)）

圖2：端子(zǐ)受壓産(chǎn)生位移(yí)示(shì)意圖(tú)

二、正向力(lì)影響因素

正(zhèng)向力與(yǔ)接觸電阻有什麽關(guān)系了？從圖3我們可(kě)以直觀(guān)看出随着正向(xiàng)力增(zēng)大(dà)，接觸電(diàn)阻變小，在100g力時(shí)接觸電(diàn)阻趨于(yú)穩定，保持(chí)在5mΩ。

圖(tú)3：正向(xiàng)力和接觸(chù)電阻

正向(xiàng)力對(duì)于連(lián)接(jiē)器的影響是多(duō)個因素的，包(bāo)括插拔力(lì)，磨損，接觸(chù)彈性部上的壓(yā)力（彈(dàn)片應力），連接器(qì)殼體(tǐ)上(shàng)的壓力(lì)（塑膠應力），接觸(chù)電阻(zǔ)。增加(jiā)正向(xiàng)力對以(yǐ)上前四(sì)項産(chǎn)生不利影(yǐng)響，而隻對一項(xiàng)産生(shēng)緩和(hé)因素(sù)。增加正向(xiàng)力提(tí)高了磨擦(cā)力，也(yě)增大了插拔力(lì)及磨(mó)損(sǔn)率。緩和(hé)因素是增(zēng)加磨(mó)擦力同樣提高(gāo)了端子接(jiē)觸部的機械穩定性(xìng)，這是(shì)一個有利的因素，因爲它(tā)減少了(le)接觸面(miàn)的潛在不穩定(dìng)性，降低了它在端子接觸面或(huò)其附近出現腐(fǔ)蝕性(xìng)物(wù)質或污染影響的敏感程度(dù)。增加正向(xiàng)力使得在(zài)端子(zǐ)彈性(xìng)部上的壓(yā)力變大，這(zhè)樣反過來也對連接(jiē)器殼(ké)體産生一個更(gèng)高的壓力(lì)，在(zài)連接器(qì)殼體(tǐ)上的高壓力導緻殼體(tǐ)更易發(fā)生變(biàn)形，這樣可能影(yǐng)響彈性部(bù)的固持位(wèi)置，進(jìn)而影響(xiǎng)正(zhèng)向力(lì)。從這一點來看，顯示出(chū)增加正向力總的來講對連接性能産(chǎn)生不利影響。

然(rán)而增加正向力(lì)卻可(kě)以抵(dǐ)消這些不利(lì)影響，正(zhèng)如圖3所示(shì)，接觸(chù)電阻随着正向(xiàng)力增(zēng)加而減少(shǎo)。增加(jiā)的正向力(lì)對(duì)接觸(chù)電阻大(dà)小的(de)必然(rán)影響(xiǎng)是，接觸面(miàn)積增(zēng)加，則(zé)接(jiē)觸電阻(zǔ)減小。另外，接觸(chù)阻力的穩定性(xìng)同樣通過兩種影響(xiǎng)随着正向(xiàng)力的增(zēng)加而增(zēng)加。首先(xiān)，增(zēng)加磨(mó)擦力提(tí)高了接(jiē)觸面的機械穩(wěn)定性，以及(jí)随之(zhī)産生(shēng)的(de)對抗端(duān)子接觸面(miàn)不穩定的阻力(lì)。其次(cì)，在端子(zǐ)區域裏(lǐ)的這種增加同(tóng)樣提(tí)高了接觸面的(de)抗腐蝕能(néng)力。一個連(lián)接器(qì)的“最(zuì)優化”正向(xiàng)力來自(zì)于(yú)較高(gāo)正向力對機械(xiè)性能所帶來的(de)不利影響與端(duān)子磨擦力有利(lì)影響(xiǎng)間的權衡(héng)。最小正向力必須能夠保證氧(yǎng)化膜之(zhī)破壞和(hé)端子接(jiē)觸面在(zài)不同(tóng)應用(yòng)環境下的(de)穩定(dìng)性。

三(sān)、材料(liào)性能和正(zhèng)向力

材料(liào)性能(néng)是決定(dìng)端(duān)子正(zhèng)向力(lì)的基(jī)礎，假(jiǎ)如把端(duān)子近似(sì)視爲(wèi)一懸臂梁(liáng)（梁的一端(duān)爲固(gù)定支座，另(lìng)一端爲自(zì)由(yóu)端），如圖4，根據懸臂(bì)梁理(lǐ)論，可(kě)得到端子的正向力計算(suàn)公式。

（公式1）

圖4：懸臂梁模(mó)型

其中(zhōng)d=梁位移量,e=材料(liào)彈性系(xì)數,w=端子寬度(dù),t=端子厚度(dù),l=端子(zǐ)長度(dù)

該等(děng)式包括三個要(yào)素﹕梁位移、彈性(xìng)系數和(hé)端(duān)子的(de)幾何形(xíng)狀，其中每個要素都是獨(dú)立(lì)的。當(dāng)材料(liào)選定後，材(cái)料厚(hòu)度t,材料的彈性(xìng)系數e即(jí)固定不變，可以(yǐ)通過改(gǎi)變端子的(de)幾何形狀來(lái)調整(zhěng)正(zhèng)向力的大(dà)小，并(bìng)進而(ér)控制(zhì)端子接觸(chù)面間的電阻，以(yǐ)确保電力(lì)傳遞及信号傳遞的(de)穩(wěn)定性。

四(sì)、正向(xiàng)力的損失(shī)

對于(yú)連接(jiē)器的失效，正向(xiàng)力的損失(shī)，會造成端(duān)子接(jiē)觸(chù)界面的(de)機械穩(wěn)定性降(jiàng)低。正向力損(sǔn)失(shī)主要(yào)有(yǒu)兩個方面：永久變(biàn)形和應力(lì)松弛。

永久(jiǔ)變形(xíng)是指端子(zǐ)梁由(yóu)于塑(sù)性變(biàn)形而偏離原始(shǐ)位置，查看公式(shì)1，永久(jiǔ)變形造成(chéng)梁偏移d減(jiǎn)少，因此正向力(lì)降低(dī)。

對于(yú)偏移(yí)，有一(yī)種是設(shè)計偏移(yí)的塑(sù)性變形(xíng)産生的，還有(yǒu)一種(zhǒng)是插(chā)拔(bá)過(guò)程中(zhōng)的過(guò)應(yīng)力，通常是(shì)因爲不正确(què)的插拔引起的(de)。

應力(lì)松弛的結(jié)果是應(yīng)力(lì)的減(jiǎn)少，導緻正向力(lì)的減少。端子在(zài)正向力作用下(xià)會發生彈性變(biàn)形，産(chǎn)生内(nèi)應力(lì)。懸(xuán)臂梁上的正(zhèng)向力f與應力σ間(jiān)的計(jì)算公式如(rú)下：

（公式(shì)2）

公(gōng)式表(biǎo)明了(le)任何的應(yīng)力減少都(dōu)會導緻正向力(lì)的減(jiǎn)少。就連接(jiē)器而(ér)言，我們可以定(dìng)義爲在連(lián)接(jiē)器(qì)使用期間(jiān)，随着(zhe)時間的延續，正(zhèng)向力會(huì)以一持續(xù)的偏差而削(xuē)減。換句話(huà)說(shuō)，僅(jǐn)僅是(shì)由于(yú)端子懸臂梁受到了因其配合(hé)偏移而(ér)産生的應力(lì)，而其所受正向(xiàng)力的(de)削減(jiǎn)可看(kàn)作是時間和溫(wēn)度雙(shuāng)重作用的(de)結果。當連接器(qì)的工作(zuò)溫(wēn)度(dù)升(shēng)高，此時(shí)應力松(sōng)弛就更(gèng)爲明顯(xiǎn)了。圖5論證(zhèng)了其(qí)關系。當(dāng)懸臂梁(liáng)位于其最大偏(piān)差0.005 英(yīng)寸時，在96小(xiǎo)時内，正(zhèng)向力會(huì)随着(zhe)溫(wēn)度的升高而減小。

應力(lì)松弛是(shì)不可避免的(de)，隻能控制(zhì)，應力松弛的速度與設(shè)計選擇(zé)的材料和施加的應力(lì)以及應(yīng)用的環境溫度相關，應(yīng)力松弛(chí)依(yī)賴于時(shí)間和(hé)溫度。

圖(tú)5：溫度與(yǔ)正向力關(guān)系

五(wǔ)、正向力測(cè)試介紹

正向力測試(shì)參照(zhào)标準eia-364-04（normal force test procedure for electrical connectors）。

常用(yòng)測試設(shè)備(bèi)：連接(jiē)器插拔力試驗機。

目的：測試連(lián)接器母(mǔ)端(duān)彈(dàn)片(piàn)的位(wèi)移-力(lì)對應(yīng)值，就是(shì)連(lián)接器母端(duān)彈片下壓(yā)多(duō)少毫米對應(yīng)的力值。

圖6：連接(jiē)器插拔力試驗(yàn)機

注意就連接(jiē)器組成的(de)情形(xíng)而言，若測試方(fāng)向受塑膠本體屏蔽阻礙(ài)，則須(xū)破(pò)壞連接器塑(sù)膠本體，但是不(bú)要動端子(zǐ)原始(shǐ)夾持固(gù)定性能爲原則。

圖7：剖開(kāi)的連(lián)接器

圖8:根據設計位移執行測試

圖9：繪制位移(yí)-力曲線圖(tú)

六.總(zǒng)結(jié)

綜(zōng)述連(lián)接器正向力是連接器的重要參(cān)數之一，我們(men)在設計選型的(de)時候(hòu)要關注。連(lián)接器使用時其接觸可靠(kào)性與正(zhèng)向力成正比(bǐ)，提高正向(xiàng)力可以減(jiǎn)小接觸電(diàn)阻，可以(yǐ)改(gǎi)善連接器(qì)振(zhèn)動時信(xìn)号瞬斷問題，但(dàn)是正向(xiàng)力過大(dà)，将使連接(jiē)器插(chā)拔力(lì)變大(dà)，端子(zǐ)變形産(chǎn)生的内(nèi)應(yīng)力對其疲勞(láo)壽命(mìng)也将産生(shēng)不利(lì)影(yǐng)響。最優正向力(lì)取決于(yú)受影響(xiǎng)因素的平(píng)衡。隻(zhī)要能保(bǎo)證接觸電阻(zǔ)和(hé)界面穩定的要求，正(zhèng)向(xiàng)力越小(xiǎo)越好。根(gēn)據業界常用設計标準(zhǔn)，鍍金接觸(chù)區設(shè)計值(zhí)建議在50~100gf 。鍍錫表面作可分離界面(miàn)爲了減少磨損腐蝕，會加大正向力，設計值一(yī)般要求(qiú)高于(yú)150gf。選擇合适(shì)的材料和(hé)幾何(hé)形狀是基(jī)礎，設(shè)計時(shí)不斷調整參數(shù)，結合測試(shì)驗證，取(qǔ)的(de)最優正向力。

壯(zhuàng)壯優(yōu)選目前(qián)已積累了大(dà)量連接器(qì)dpa（物理(lǐ)破壞性物理分析）分析經驗，通過各(gè)種技(jì)術手段(duàn)，來(lái)識物(wù)料的固有(yǒu)可靠(kào)性隐患和使用(yòng)風險(xiǎn)，對物料的(de)物(wù)理可(kě)靠性進行整體評(píng)估，如(rú)果您有連(lián)接器的認證需求，壯(zhuàng)壯優(yōu)選可幫助(zhù)您(nín)進行專業可(kě)靠的分(fèn)析。

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