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连接器插拔力

现行北美人机工程学规定要求在汽车线束端子连接器中的插入力少于75牛顿。有消息称，下一次

的规则将把它减少到50牛顿。汽车连接器制造商们不禁自问：“我们能够做到多低？”

 图1是在典型的互连系统中接触器的示意图。连接器的凸出一半的叶片或插脚将与其凹进一半的弹

huang片相接触。当插脚插入时，它将滑过并使弹簧倾斜，从而产生良好电器接触所需要的正交力。

一旦弹huang片被全部偏移并只接触插脚的扁平接触面，接触力将与插入方向垂直。那么插拔力的大

小正好等于正交力乘以滑动摩擦系数和接触点数量。不过，在达到这个稳定状态以前，插拔力表

现出非常复杂的情形。

对于这类连接系统，zui大插拔力往往比稳定状态的值要大，并通常比正交力大。

我们假设连接器的凸出部分和凹陷部分正好*水平，以便插入方向也能处于水平）。当凸出插

脚插入时，它将会首先在凹陷端的弹huang片某处产生接触。此点的位置将由插脚的厚度和插脚与弹

huang片的角度来决定，可把它表示为a。

力。既然此力的作用与接触点两面的方向垂直，它将具有水平和垂直的成分。在插入过程中，正

交力的水平成分将与插脚的入口相反。相反地，在拔出过程中，接触力的水平成分将有助于拔出。

 一旦摩擦力与正交力垂直，它也会具有水平和垂直成分。摩擦力的水平成分也将对插入产生反作

用。因此，插拔力具有两中成分：一种来自摩擦力，另一种来自表面反应力。下面的图1表明了插

拔力的计算等式。关于此等式的偏差，请参考本文尾的两份参考资料。

图 1 中的等式并非是它首先看到的那样简单。（摩擦系数也会发生变化。）接触角度在开始接触

时zui大，在处于稳定状态时降到 0 度。它还通常在插脚插入时增大。

 在汽车线束或计算机架底板中的大多数连接器将有很多同时插拔的单个连接点。即使在施加很小

的正交力时，zui大插拔力也会很容易超出的指导值。减少插拔力的可行方法是，要么减

少摩擦系数，要么减少初始正交力。尽可能地使用润滑油或润滑性的表面涂层，可以减少摩擦力。

正交力的减少会增加接触阻力，增加震动和磨损的机会，增加接触中断的可能性，增加偶尔失效

的可能性，并通常会使连接变得更加不可靠。因此，必须找到每次接触中的减少插拔力的方法而

又不降低所需要的正交力。

 问题的复杂性还表现在，正交力在接触器的使用寿命中并不是保持一个常量。由于不正确使用而

带来的应力松弛或变形，正交力会随着时间的流逝而降低。因此，在连接器使用的初期，正

交力必须增加，以保证在连接器寿命结束时所需要的力。这就需要在弹簧中正确使用金属基材。

象铜铍合金之类的金属基材具有避免变形需要的屈服强度，zui大限度减少温度上升的传导率、

产生正交力和抵抗振动的刚度，以及保持正交力的应力松弛抗力。这就意味着设计者可以使初始

正交力在使用寿命结束时非常近似地保持所需要的值。

 如果使用低性能的金属基材，设计者可以节约金属基材的一些成本。不过，必须保持初始正交力

以维持使用寿命结束时所需要的力。相比较于使用如铍铜合金等高性能的金属而设计的接触器，

此增加的正交力将产生更大的插拔力峰值。低成本和低性能的金属基材将会节约润滑成本，但是

增加的插拔力和（或）降低的可靠性将会使其成本变得更大。

 铍铜合金之类的高性能金属基材，以及光滑的电镀，将使设计者zui大限度地减少插拔力，以满足

人体工程学的要求而不降低设计的性能和可靠性。