浅谈电连接器接触件接触压力

邵丽娜 ， 贺占蜀 ， 张启宵

（1.郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450001；2.河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030）

电连接器接触件都是成对出现的，一般分为插头端子和插座端子，它是连接整车电路的基础元器件，在器件与器件之间、组件与组件之间、系统与系统之间通过插头端子和插座端子的啮合实现信号传递和电流传输。图1为电连接器接触件在稳定接通状态的图示。电连接器接触失效的原因主要有两个方面：①接触压力过大，插拔力随之增大，导致电连接器接触件不易插拔；②接触压力过小，导致插拔力不足，则接触件容易松脱，同时导致接触电阻过大，最终引起温升过高。直接判断连接器端子传输性能的主要标准是插拔与温升特性，因此，本文主要分析电连接器接触压力对接触件插拔与接触电阻的影响，建立理论模型。

图1 电连接器接触件在稳定接通状态的图示

1 电连接器接触件接触压力与插拔

电连接器接触件在实现其功能时，插头端子要从插座端子中插入或拔出。在插入和拔出过程中，插座端子弹舌发生弹性变形，插头端子受到插座端子弹舌结构的压力和摩擦力，其中弹舌结构对插头端子的压力即为电连接器接触件的接触压力或者称为正压力。另外弹舌结构对插头端子的接触压力将随插入位移的变化而变化，从而引起一个插拔周期中插拔力和接触压力的变化，但在整个插入和拔出过程中，接触件受到的插拔力、接触压力和摩擦力三者始终保持稳定，如式 （1）和图2所示。根据图2可将式 （1）化为式 （2）。

图2 插入过程中插头端子受力分析

式中：FN→— —插拔力；N→——接触压力；N→f——摩擦力。

插拔过程中的摩擦力主要取决于插头端子和插座端子之间的摩擦系数，对于需要多次插拔的接触件来说，接触件表面的磨损将导致摩擦系数变化，需要考虑电镀镀层。既满足较好机械性能又能满足较好电性能的镀层一般选择镀锡、银和金；镀锡和镀银的端子通常可满足10次插拔循环，当需要更多的插拔循环次数时候，可使用硬金或钯基镀金。

接触压力是影响插拔力的主要因素，它不但与接触件材料的性能有关，还与接触件内部结构参数有关，如图3中插座端子弹舌斜角θ和弹舌支撑间隙ε。

图3 弹舌结构示意图

2 电连接器接触件接触压力与接触电阻

电连接器接触件的接触电阻越大，接触件的温升越高，使接触件电阻增大、温升升高的因素有很多，如表面镀层、接触件材料导电率低、压接不可靠、接触压力小等，但接触压力是影响接触件接触电阻和温升的主要因素。如果接触压力过小，接触不良，温升过高，会造成连接器烧蚀、电路短路或断路等严重问题。

电连接器接触件是在接触压力的作用下使得插头端子与插座端子之间相互得以接触，电流接通，产生接触电阻，而接触电阻与接触件的生热率直接相关，会导致接触电阻增大，接触件的温升升高。随之电连接器接触件会释放热量，接触件温升会升高。则单位时间内单个接触件的生热率为：

式中：Rj——接触电阻；RL——体电阻；α——电阻随温度变化的系数。

然而，随着接触压力的增大，接触件上用于传输电流的真实电接触面 （非表观面积）也将增大，那么接触电阻也将随之减小，温升也将逐渐降低。经验公式：

式中：Rj——接触电阻；N——接触压力；K——与接触材料性质和接触表面情况有关的系数；m——与接触形式、压力、范围和实际接触面的数目有关的指数 （实验证明，在接触压力不太大的范围内，点接触，m=0.5；线接触，m=0.7；面接触，m=1）。

3 结论

如果接触压力较小，虽然易于插拔，但接触电阻较大，温升会过高。为了减小接触电阻，要求接触压力尽可能大；但过大的接触压力，也将导致插拔力过大而不易插拔。而且接触压力大到一定程度，接触电阻减小幅度变小，此时再通过增大接触压力来减小接触电阻反而得不偿失。因此设计接触件时，要选择合适的接触压力，既保证较小的插拔力又保证温升不至过大。