如何做到连接器的低插入力高拔出力

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簧片相接触。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。一旦弹簧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，最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完全水平，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簧片某处产生接触。此点的位置将由插脚的厚度和插脚与弹簧片的角度来决定，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。 

　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最大，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，最大插拔力也会很容易超出推荐的指导值。减少插拔力的唯一可行方法是，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永久变形，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永久变形需要的屈服强度，最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。