一篇(piān)文章教你認識(shí)連接器的核心(xin)
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随着連接器可(kě)靠性要求越來(lai)越高，連接器的(de)端子作爲決定(dìng)連接器電力和(hé)信号傳輸性能(neng)的關鍵組件，往(wǎng)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(li)作爲連接器的(de)另一個關鍵性(xing)能指✉️标，往往大(dà)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”。
一、正(zhèng)向力定義
正向(xiàng)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(huī)🔅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(xiàng)力）
圖2：端子受壓(yā)産生位移示意(yi)圖
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(zheng)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(zài)5mΩ。
圖3：正向力和接(jiē)觸電阻
正向力(li)對于連接器的(de)影響是多個因(yīn)素的，包括插拔(bá)力💘，磨損，接觸彈(dàn)性部上的壓力(lì)（彈片應力），連接(jiē)器殼體上的壓(ya)力（塑膠應力），接(jiē)觸電阻。增加正(zheng)向力對以上前(qián)👨❤️👨四項産生不利(li)影響，而隻對一(yi)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(huan)和因素是增加(jia)磨擦力同樣提(ti)高了端子接觸(chù)部的機械穩定(ding)性，這是一個有(yǒu)利的因素，因爲(wèi)它減少了接觸(chu)面的潛在不穩(wěn)定🌂性，降低了它(tā)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(yàng)反過來也對連(lian)接器殼體産生(sheng)一個更高的壓(ya)力，在連接器殼(ké)體上的高壓力(li)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(neng)産生不利影響(xiang)。
然而增加正向(xiang)力卻可以抵消(xiao)這些不利影響(xiang)，正如✔️圖3所示☎️，接(jie)觸電阻随着正(zheng)向力增加而減(jiǎn)少。增加的正向(xiang)力對接觸電阻(zu)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(zhèng)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(suí)🈲之産生的對抗(kang)端子接觸面不(bu)穩定的阻力。其(qi)次，在端子區域(yù)裏的這種增加(jia)⭕同樣提高了接(jie)觸面的抗腐蝕(shi)能力。一個連接(jiē)🛀🏻器的“最優化”正(zhèng)向力👈來自于較(jiào)高正向力對機(ji)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(quan)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)。
材料性(xing)能是決定端子(zǐ)正向力的基礎(chǔ)，假如把端子近(jìn)似視爲🤩一💋懸臂(bi)梁（梁的一端爲(wei)固定支座，另一(yi)端爲自由端），如(rú)圖4，根據懸臂🍉梁(liang)理論，可得到端(duan)子的正向力計(ji)算公式。
（公式1）
圖(tú)4：懸臂梁模型
其(qi)中D=梁位移量,E=材(cái)料彈性系數,W=端(duan)子寬度,T=端子厚(hou)度,L=端子長度
該(gāi)等式包括三個(ge)要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子(zi)的幾何形狀，其(qi)中每個要素都(dōu)是獨立的。當材(cai)料選定🔴後，材料(liao)厚📐度T,材料的彈(dan)性系數E即固定(dìng)不變，可以通過(guo)改變💃端子的幾(jǐ)何形狀來調整(zhěng)正向力的大小(xiǎo)，并進而控制端(duān)子接觸🐅面間的(de)電阻，以确保📧電(dian)力傳遞📧及信号(hào)傳遞的穩定性(xing)。
四、正向力的損(sun)失
對于連接器(qi)的失效，正向力(lì)的損失，會造成(cheng)端子接觸界面(mian)的機械穩定性(xing)降低。正向力損(sun)失主要有兩個(gè)方面：永🌈久變形(xíng)和應力松弛。
對于偏移，有(yǒu)一種是設計偏(pian)移的塑性變形(xíng)産生的，還有🏃一(yī)種🌈是插拔過程(chéng)中的過應力，通(tong)常是因爲不正(zhèng)确的插拔引起(qǐ)的。
應力松弛的(de)結果是應力的(de)減少，導緻正向(xiàng)力的減少。端子(zǐ)在正向力作用(yòng)下會發生彈性(xìng)變形，産生内👄應(ying)力。懸臂梁上的(de)正向力💃F與應力(lì)σ間的計算公式(shi)如🧡下：
（公式2）
公式(shi)表明了任何的(de)應力減少都會(huì)導緻正向力的(de)🌍減少㊙️。就連接器(qì)而言，我們可以(yǐ)定義爲在連接(jiē)器使🐅用期間，随(sui)🔴着時♋間的延續(xù)，正向力會以一(yi)持續的偏差而(ér)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(he)溫度雙重作用(yòng)的結果。當🥰連接(jie)器的工作溫度(du)升高，此時應力(li)松弛就更♌爲明(míng)顯了。圖5論證了(le)其⛹🏻♀️關系。當懸臂(bì)梁位于其最大(da)偏差0.005 英寸時，在(zai)96小時内，正向力(lì)會随着溫度🏒的(de)升高而減🏃♂️小。
應(ying)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(xuǎn)擇的材料和施(shī)加的應力以及(ji)應用的✔️環境溫(wēn)度相關🍉，應力松(song)弛🈲依賴于時間(jian)和溫度。
圖5：溫度(du)與正向力關系(xì)
五、正向力測試(shi)介紹
正向力測(ce)試參照标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。
常(cháng)用測試設備：連(lián)接器插拔力試(shì)驗機。
圖6：連(lian)接器插拔力試(shì)驗機
注意就連(lián)接器組成的情(qing)形而言，若測試(shi)方向受塑✌️膠本(ben)體屏蔽阻礙，則(ze)須破壞連接器(qi)塑膠本體，但是(shì)不要😍動端子原(yuan)始夾持固⭐定性(xìng)能爲原則。
圖9：繪(hui)制位移-力曲線(xian)圖
六.總結
綜述(shu)連接器正向力(li)是連接器的重(zhòng)要參數之一，我(wo)們在設計選型(xíng)的時候要關注(zhù)。連接器使用時(shí)其接觸可😄靠性(xìng)與正向力成正(zheng)📐比，提高正向力(lì)可以減小接觸(chu)電阻，可以改善(shàn)連接器振動時(shi)信😍号瞬斷問題(ti)🐆，但是正向力過(guo)大，将使連接器(qì)插拔力變大，端(duān)子變形産生的(de)内應力對其疲(pi)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(sù)的平衡。隻要能(néng)保證接觸♋電阻(zǔ)和🈲界面穩定的(de)要求，正向力越(yuè)小越🚩好。根據業(yè)界常用設計标(biao)準，鍍金接觸區(qu)設計值建議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面作可(ke)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(yao)求高于150gf。選擇合(he)适的材料和幾(jǐ)何形狀是基礎(chǔ)，設計時不斷調(diao)整參數，結🏃♀️合測(cè)試驗證，取的最(zui)優正向力。
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