連接器插拔力

現行北美人機工程學規定要求在汽車線束端子連接器中的插入力少于75牛頓。有消息稱，下一次

的規則將把它減少到50牛頓。汽車連接器制造商們不禁自問：“我們能夠做到多低？”

 圖1是在典型的互連系統中接觸器的示意圖。連接器的凸出一半的葉片或插腳將與其凹進一半的彈

簧片相接觸。當插腳插入時，它將滑過并使彈簧傾斜，從而產生良好電器接觸所需要的正交力。

一旦彈簧片被全部偏移并只接觸插腳的扁平接觸面，接觸力將與插入方向垂直。那么插拔力的大

小正好等于正交力乘以滑動摩擦系數和接觸點數量。不過，在達到這個穩定狀態以前，插拔力表

現出非常復雜的情形。

對于這類連接系統，zui大插拔力往往比穩定狀態的值要大，并通常比正交力大。

我們假設連接器的凸出部分和凹陷部分正好完全水平，以便插入方向也能處于水平）。當凸出插

腳插入時，它將會先在凹陷端的彈簧片某處產生接觸。此點的位置將由插腳的厚度和插腳與彈

簧片的角度來決定，可把它表示為a。

力。既然此力的作用與接觸點兩面的方向垂直，它將具有水平和垂直的成分。在插入過程中，正

交力的水平成分將與插腳的入口相反。相反地，在拔出過程中，接觸力的水平成分將有助于拔出。

 一旦摩擦力與正交力垂直，它也會具有水平和垂直成分。摩擦力的水平成分也將對插入產生反作

用。因此，插拔力具有兩中成分：一種來自摩擦力，另一種來自表面反應力。下面的圖1表明了插

拔力的計算等式。關于此等式的偏差，請參考本文尾的兩份參考資料。

圖 1 中的等式并非是它先看到的那樣簡單。（摩擦系數也會發生變化。）接觸角度在開始接觸

時zui大，在處于穩定狀態時降到 0 度。它還通常在插腳插入時增大。

 在汽車線束或計算機架底板中的大多數連接器將有很多同時插拔的單個連接點。即使在施加很小

的正交力時，zui大插拔力也會很容易超出推薦的指導值。減少插拔力的可行方法是，要么減

少摩擦系數，要么減少初始正交力。盡可能地使用潤滑油或潤滑性的表面涂層，可以減少摩擦力。

正交力的減少會增加接觸阻力，增加震動和磨損的機會，增加接觸中斷的可能性，增加偶爾失效

的可能性，并通常會使連接變得更加不可靠。因此，必須找到每次接觸中的減少插拔力的方法而

又不降低所需要的正交力。

 問題的復雜性還表現在，正交力在接觸器的使用壽命中并不是保持一個常量。由于不正確使用而

帶來的應力松弛或變形，正交力會隨著時間的流逝而降低。因此，在連接器使用的初期，正

交力必須增加，以保證在連接器壽命結束時所需要的力。這就需要在彈簧中正確使用金屬基材。

象銅鈹合金之類的金屬基材具有避免變形需要的屈服強度，zui大限度減少溫度上升的傳導率、

產生正交力和抵抗振動的剛度，以及保持正交力的應力松弛抗力。這就意味著設計者可以使初始

正交力在使用壽命結束時非常近似地保持所需要的值。

 如果使用低性能的金屬基材，設計者可以節約金屬基材的一些成本。不過，必須保持初始正交力

以維持使用壽命結束時所需要的力。相比較于使用如鈹銅合金等高性能的金屬而設計的接觸器，

此增加的正交力將產生更大的插拔力峰值。低成本和低性能的金屬基材將會節約潤滑成本，但是

增加的插拔力和（或）降低的可靠性將會使其成本變得更大。

 鈹銅合金之類的高性能金屬基材，以及光滑的電鍍，將使設計者zui大限度地減少插拔力，以滿足

人體工程學的要求而不降低設計的性能和可靠性。

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