一篇(piān)文章教你認識(shí)連接器的核心(xīn)
随着連接器可(kě)靠性要求越來(lái)越高，連接器的(de)端子作爲決定(ding)連🍓接器電力和(hé)信号傳輸性能(néng)的關鍵組🤟件，往(wang)往是連接器設(shè)計的🔞重中之重(zhòng)。大家一般對連(lian)接器的插拔力(li)、保持力有所了(le)解，但是正向力(lì)作爲連接器的(de)另一個關鍵性(xìng)能指标，往往大(da)多數人不太了(le)解。本文将爲你(nǐ)詳細介紹什麽(me)是“正向力”。
正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器(qi)插接時插座的(de)端子梁因與🐇插(cha)頭配合産生的(de)位移，由該位移(yí)産生的彈性恢(hui)複力🔅就是🔞端子(zi)正向力。
圖1：插針(zhen)與插座配合示(shi)意圖（F表示正向(xiang)力）
二、正向力影(ying)響因素
正向力(lì)與接觸電阻有(yǒu)什麽關系了？從(cóng)圖3我們可以⭐直(zhí)觀看出🆚随着正(zhèng)向力增大，接觸(chù)電阻變小，在100g力(li)時接觸💚電阻趨(qu)于⭐穩定，保持在(zai)5mΩ。
正向力(li)對于連接器的(de)影響是多個因(yīn)素的，包括插拔(ba)力👣，磨損🏃，接觸彈(dan)性部上的壓力(li)（彈片應力），連接(jiē)器殼體上的壓(yā)力（塑膠應力），接(jie)觸電阻。增加正(zheng)向力對以上前(qian)四項産生不利(lì)影響，而隻對一(yī)項産生緩和因(yin)素。增加正向力(li)提高了磨擦力(lì)，也增大了插拔(ba)力🌍及磨損率。緩(huǎn)和因素是增🚶加(jiā)磨擦力同樣提(ti)高了端🌈子接觸(chu)部的機🔅械穩定(dìng)性，這是一個有(you)利的因😍素，因🙇🏻爲(wei)它減少了接觸(chu)面的潛在不穩(wěn)定性，降低了它(ta)在端子接觸面(miàn)或其附近出現(xian)腐蝕性物質或(huo)污染影響的敏(mǐn)感☀️程度。增加正(zheng)🈚向力使得在端(duan)子彈性部上🌂的(de)壓力變大，這樣(yang)反過來✂️也對連(lián)接器殼體産生(shēng)一個更高的壓(yā)力，在連接器殼(ke)‼️體上的高壓力(lì)導緻殼🏃🏻♂️體更易(yì)發生變形，這樣(yang)可能影響🔅彈性(xìng)部的固持位置(zhi)，進而影響正向(xiàng)力。從這一點來(lai)看，顯示🚶出增加(jia)正向力總的來(lái)講🤩對連接性能(néng)産生不利影響(xiang)。
然而增加正向(xiang)力卻可以抵消(xiāo)這些不利影響(xiǎng)，正如🐇圖3所♈示，接(jiē)觸電阻随着正(zhèng)向力增加而減(jiǎn)少。增加的正向(xiàng)力對接觸電阻(zǔ)大小的必然影(yǐng)響是，接觸面積(ji)增加，則接觸電(dian)阻減小。另外，接(jie)☎️觸阻力的穩定(ding)性同樣通過兩(liǎng)種影響随着正(zheng)向力🈚的增加而(ér)增加。首先，增加(jia)磨擦力提高了(le)接觸面的機械(xiè)穩定性，以及随(sui)之産生的對抗(kàng)端子接觸面不(bú)💃穩定的阻力。其(qi)次，在端子區域(yu)裏的這❗種增加(jia)同樣提高了接(jiē)觸面的抗腐💚蝕(shí)能力。一個連接(jie)器的“最優化”正(zheng)向力來自于較(jiao)🤞高正向力對機(jī)械性能所帶來(lái)的不利影響與(yǔ)端子磨擦力有(you)利影響間的權(quán)👨❤️👨衡。最小正向力(li)必須能夠💛保證(zheng)氧化膜⁉️之破壞(huai)和端子接觸面(mian)在不同應用環(huan)✏️境下的穩定性(xìng)。
三、材料性能和(hé)正向力
材料性(xìng)能是決定端子(zi)正向力的基礎(chu)，假如把端子近(jin)似視爲🐅一🔞懸臂(bi)梁（梁的一端爲(wei)固定支座，另一(yī)端爲自由端），如(rú)圖4，根據📧懸臂梁(liang)理論，可得到端(duān)子的正♉向力計(ji)算公式。
圖(tú)4：懸臂梁模型
其(qí)中D=梁位移量,E=材(cái)料彈性系數,W=端(duan)子寬度,T=端子厚(hòu)度,L=端💋子長度
四、正向力的損(sǔn)失
對于連接器(qì)的失效，正向力(li)的損失，會造成(chéng)端子接觸🌈界🐆面(miàn)的機械穩定性(xing)降低。正向力損(sǔn)失主要有兩個(ge)方面：永☔久變形(xing)和應力松弛。
永(yǒng)久變形是指端(duan)子梁由于塑性(xìng)變形而偏離原(yuan)始位❤️置，查看公(gōng)式1，永久變形造(zao)成梁偏移D減少(shao)，因此正🤟向力降(jiang)低。
對于偏移，有(you)一種是設計偏(piān)移的塑性變形(xíng)産生的，還有一(yi)種🐅是插拔過程(cheng)中的過應力，通(tong)常是因爲不⛱️正(zheng)确的插拔引起(qǐ)的。
（公式2）
公式(shi)表明了任何的(de)應力減少都會(hui)導緻正向力的(de)減少。就連接器(qì)而言，我們可以(yi)定義爲在連接(jie)器使用期間，随(sui)🌂着時間的延續(xù)，正向力會以一(yī)持續的偏差而(er)削減。換句話說(shuo)，僅🤩僅是由于端(duan)子懸臂梁受到(dào)了因其配🙇🏻合偏(piān)移而産生的應(yīng)🚶力，而其所受正(zhèng)向力的削減可(ke)看作是時間和(hé)溫度雙重作用(yòng)的結果。當連接(jiē)器的工作溫度(dù)升高，此時應力(li)松弛就更爲明(ming)顯了。圖5論♊證了(le)其關系。當懸臂(bì)梁位于其最大(dà)偏差0.005 英寸時，在(zài)96小時内，正向力(lì)會随着溫度🏃的(de)升高而減🌈小。
應(yīng)力松弛是不可(kě)避免的，隻能控(kong)制，應力松弛的(de)速🔴度與設計選(xuan)擇的材料和施(shī)加的應力以及(ji)應用的環境溫(wen)度相關，應力松(song)弛依賴于時間(jian)和溫度。
正向力測(cè)試參照标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。
常(chang)用測試設備：連(lian)接器插拔力試(shì)驗機。
圖6：連(lian)接器插拔力試(shì)驗機
圖(tu)8:根據設計位移(yí)執行測試
六.總結
綜述(shù)連接器正向力(li)是連接器的重(zhòng)要參數之一，我(wǒ)們在設計選✍️型(xíng)的時候要關注(zhu)。連接器使用時(shi)其接觸可靠性(xing)與正向力💃🏻成正(zhèng)比，提高正向力(li)可以減小接觸(chu)電阻，可以改善(shàn)連接器振🔆動時(shí)信号瞬斷問題(tí)，但是正向力過(guò)大，将使連接器(qì)插拔力變大，端(duan)子變形産生的(de)内應力對其疲(pí)勞壽命也将産(chan)生不利影😍響。最(zuì)優正向☎️力取決(jué)于受影響🚶♀️因素(su)的平衡。隻要能(neng)保證接觸電阻(zu)和界面穩🈲定的(de)要求，正向力越(yue)小越好✊。根據業(ye)界常用設計标(biao)準，鍍金接觸區(qū)設計值建㊙️議在(zài)50~100gf 。鍍錫表面作可(kě)分離界面爲了(le)減少磨損⭐腐蝕(shi)，會加大正向力(li)，設計值一😄般要(yào)求高于150gf。選擇合(he)适的材料和幾(ji)何形狀是基礎(chǔ)，設計時不斷調(diào)整參數，結🧡合測(ce)試驗證，取的最(zuì)優正🈲向力。
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