電子設(shè)備板級(jí)振動(dòng)測(cè)試工裝設(shè)計(jì)

趙薇娜

（成都智明達(dá)數(shù)字設(shè)備有限公司，610091）

電子設(shè)備板級(jí)振動(dòng)測(cè)試工裝設(shè)計(jì)

趙薇娜

（成都智明達(dá)數(shù)字設(shè)備有限公司，610091）

本文對(duì)電子設(shè)備板級(jí)常用振動(dòng)測(cè)試工裝的形式、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，說明了板級(jí)振動(dòng)測(cè)試工裝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，并重點(diǎn)對(duì)振動(dòng)測(cè)試插箱的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，可對(duì)板級(jí)振動(dòng)測(cè)試工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有效的技術(shù)指導(dǎo)。

振動(dòng)；測(cè)試；工裝；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

0　前言

隨著對(duì)電子設(shè)備可靠性要求的不斷提高，越來越多的產(chǎn)品需要在環(huán)境試驗(yàn)環(huán)節(jié)增加振動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目，由于絕大多數(shù)板級(jí)產(chǎn)品無法直接固定在振動(dòng)臺(tái)上，因此需要使用專用的工裝來進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。

出于試驗(yàn)效率、加固效果及可安裝性等因素綜合考慮，對(duì)于無母板或試驗(yàn)時(shí)不需上電工作的板卡及盒式設(shè)備，其振動(dòng)工裝可設(shè)計(jì)為角架形式，此形式可實(shí)現(xiàn)板卡或設(shè)備的豎向放置，并同時(shí)具有工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。而對(duì)于在振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)有上電測(cè)試要求的板卡級(jí)產(chǎn)品，則需要將其振動(dòng)工裝設(shè)計(jì)為插箱形式，此種插箱式工裝內(nèi)部可同時(shí)裝多塊板卡，并可容納一塊或多塊母板的安裝和使用。下文將對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)工裝，尤其是振動(dòng)試驗(yàn)插箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1　振動(dòng)測(cè)試工裝剛度設(shè)計(jì)

振動(dòng)測(cè)試工裝的剛度設(shè)計(jì)是以保證不對(duì)電子設(shè)備承受的振動(dòng)程度進(jìn)行放大為基本目的的。因此，振動(dòng)工裝的剛強(qiáng)度設(shè)計(jì)必須遵循如下準(zhǔn)則：

1）在振動(dòng)激勵(lì)頻率范圍內(nèi)，所有層次結(jié)構(gòu)不得出現(xiàn)有有害的結(jié)構(gòu)諧振；

2）層次結(jié)構(gòu)及其連接剛度，必須符合二倍頻規(guī)則；

3）與印制板直接接觸的各類結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)變形不得造成設(shè)備電信性能的下降或失靈；

4）在工裝進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力必須小于其相應(yīng)的許用應(yīng)力；

5）可折或翻轉(zhuǎn)式連接結(jié)構(gòu)，必須消除結(jié)合面間的間隙，以避免引起附加沖擊、非線性自激振蕩和機(jī)械結(jié)構(gòu)噪聲。

為提高振動(dòng)工裝，尤其是振動(dòng)試驗(yàn)插箱的結(jié)構(gòu)剛度，首先需要了解常用的加強(qiáng)技術(shù)措施。

1） 通常振動(dòng)工裝與振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)之間采用M10規(guī)格的螺紋相聯(lián)，從提高連接剛度的角度出發(fā)，應(yīng)使連接點(diǎn)數(shù)量盡量多并保證它們能夠同時(shí)承載。在工裝設(shè)計(jì)中需注意選取合適數(shù)量及位置的連接點(diǎn)，保證其連接良好、均勻，并在安裝時(shí)采用相同力矩，以保證由全部連接點(diǎn)來均勻承受各方向的振動(dòng)載荷；

2） 插箱母板是電子模塊、組件安裝基礎(chǔ)。在母板設(shè)計(jì)時(shí)既要適當(dāng)考慮對(duì)振動(dòng)的影響，不宜在母板上開連續(xù)的孔洞。否則應(yīng)采用加筋、翻邊、加厚等措施提高母板的剛度；

3） 振動(dòng)試驗(yàn)插箱安裝所有模塊、組件后組合重心應(yīng)落在振動(dòng)臺(tái)面中心附近，以防止局部扭振引起耦聯(lián)振動(dòng)；

4） 為保證振動(dòng)工裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，應(yīng)選擇足夠的材料厚度，各部件間連接應(yīng)可靠，使用的螺釘規(guī)格一般應(yīng)在M6及以上，必要時(shí)還可增加焊接要求。

2　振動(dòng)測(cè)試插箱設(shè)計(jì)過程

振動(dòng)工裝的主要作用為在盡量減少振動(dòng)放大量的前提下，將需測(cè)試產(chǎn)品固定在振動(dòng)臺(tái)上，以完成各方向的振動(dòng)試驗(yàn)，振動(dòng)測(cè)試插箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更側(cè)重于插箱 強(qiáng)度而非功能，因此與普通插箱相比，其設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)有很大不同。以下將以半包圍殼體式的A產(chǎn)品為例對(duì)振動(dòng)測(cè)試插箱的一般設(shè)計(jì)過程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.1振動(dòng)條件分析，確定插箱各基本參數(shù)。從A產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景可以得知此項(xiàng)目的功能振動(dòng)量值為10.2g、耐久振動(dòng)為13.8g，由于此量級(jí)對(duì)于半包殼體式產(chǎn)品來說相對(duì)較大，需要振動(dòng)測(cè)試插箱具有盡量好的強(qiáng)度，根據(jù)振動(dòng)臺(tái)最大推力值并充分考慮余量后，可以計(jì)算得到在此振動(dòng)量值下整體設(shè)備控制在30kg以內(nèi)為佳，據(jù)此進(jìn)行粗略估算后，選用了20mm厚的側(cè)板及30mm厚的下蓋板。

由于A產(chǎn)品后續(xù)生產(chǎn)量較大，考慮到試驗(yàn)效率，選擇了一箱四板式結(jié)構(gòu)，由于板間無對(duì)測(cè)需求，采用一母板對(duì)應(yīng)一主板的形式進(jìn)行測(cè)試，即一個(gè)插箱中的母板數(shù)量也是四塊。

2.2振動(dòng)臺(tái)規(guī)格確認(rèn)，選取插箱緊固點(diǎn)。對(duì)A產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)量級(jí)進(jìn)行評(píng)估后，選取合適振動(dòng)臺(tái)，并首先根據(jù)振動(dòng)臺(tái)圖紙對(duì)振動(dòng)臺(tái)擴(kuò)展臺(tái)面進(jìn)行3D建模，之后根據(jù)插箱預(yù)估的大概尺寸選定緊固點(diǎn)數(shù)量及位置，選點(diǎn)時(shí)注意保持工裝重心居中。

2.3插箱尺寸計(jì)算，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)板卡/測(cè)試母板尺寸及插箱板厚后可計(jì)算得到插箱尺寸，從而可對(duì)插箱 各側(cè)板進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對(duì)各側(cè)板進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需注意各板間應(yīng)盡量采用搭接結(jié)構(gòu)，且緊固點(diǎn)間距不宜太大，以保證插箱強(qiáng)度，對(duì)于振動(dòng)量級(jí)較大的插箱還需要增加上蓋板，并對(duì)不需拆卸的各蓋板添加焊接要求。

2.4母板及主板固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于振動(dòng)測(cè)試母板對(duì)主板的振動(dòng)結(jié)果有較大影響，需要在設(shè)計(jì)母板時(shí)即考慮其自身強(qiáng)度及最優(yōu)固定方式，一般建議除了可將母板用多排螺釘緊固在插箱上以外，還可同時(shí)在母板另一側(cè)增加一塊強(qiáng)度較好的壓板作為輔助固定。若母板表層有走線，則注意需在測(cè)試母板兩面與結(jié)構(gòu)件的接觸區(qū)域各增加一塊尼龍絕緣墊片以防止綠油磨穿后發(fā)生短路。設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)測(cè)試母板正反面器件布局情況分別對(duì)插箱蓋板、壓板及絕緣片進(jìn)行開槽避位，開槽時(shí)要特別注意絕緣片的安裝方向。

在主板滑道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要注意即保留合適的安裝間隙，又能保證鎖緊條機(jī)構(gòu)的效果能夠良好發(fā)揮，一般建議單側(cè)配合間隙保留0.5mm左右。注意在滑道前端還要考慮起拔裝置的配合安裝結(jié)構(gòu)，以保證模塊能夠順利進(jìn)行插入和拔出。

2.5引線孔及加強(qiáng)梁設(shè)計(jì)。由于在進(jìn)行功能振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)模塊可能有引線需求，還需在插箱合適的蓋板上開引線孔，孔的位置及尺寸需根據(jù)引出的插頭尺寸確定，保證各插頭均可順暢引出，以便振動(dòng)工裝在試驗(yàn)過程中具有較好的可操作性。開孔時(shí)需謹(jǐn)慎選擇孔位，盡量減小其對(duì)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，注意孔徑應(yīng)盡量小且最好為圓孔。另外考慮到兩塊主板間距較大的情況，可適當(dāng)考慮在槽位間增加加強(qiáng)梁，以對(duì)插箱中部薄弱點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.6重量校核及減重設(shè)計(jì)。A產(chǎn)品4個(gè)模塊及測(cè)試母板的總重量共約3kg，因此需要將振動(dòng)測(cè)試插箱自身重量控制在27kg以內(nèi)。在以上各步設(shè)計(jì)完成后插箱重量約為31kg，因此還需在盡量不影響插箱強(qiáng)度的前提下適當(dāng)進(jìn)行減重設(shè)計(jì)，在非主要受力板上開減重槽，保證減重后重量小于27kg。

2.7成品效果。加工完成后的A產(chǎn)品振動(dòng)測(cè)試插箱如下圖所示，安裝主板及母板后整個(gè)振動(dòng)測(cè)試設(shè)備整體重量約為28kg，使用此插箱可順利進(jìn)行A產(chǎn)品的板級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)。

3　總結(jié)

振動(dòng)測(cè)試工裝的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮強(qiáng)度、重量、可安裝性、可測(cè)試性、成本及可加工性等各方面因素，并在滿足基本功能要求的前提下盡量達(dá)到各種需求的平衡。

對(duì)于振動(dòng)測(cè)試工裝，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意符合以下原則：

1）插箱各面壁厚應(yīng)足夠厚，且各蓋板盡量避免打孔，若一定要打孔則須為圓孔，方孔將會(huì)造成應(yīng)力集中并嚴(yán)重降低插箱整體強(qiáng)度；

2）各蓋板間應(yīng)做成搭接結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體穩(wěn)固性，必要時(shí)可焊接；

3）插箱內(nèi)部測(cè)試母板最好為一整塊，且主板板間距應(yīng)盡量小，若各主板間距較大，最好在板間增加橫梁拉緊，以增強(qiáng)穩(wěn)固性；

4）插箱上各處緊固螺釘需要足夠大，一般采用M6以上的螺釘；

5）插箱箱體與振動(dòng)臺(tái)的接觸面平面度應(yīng)足夠高，最好能在0.1以上；

6）若使用焊接則全部需為滿焊。

［1］季馨，電子設(shè)備振動(dòng)分析與試驗(yàn).東南大學(xué)出版社，1992. 10

［2］汪鳳泉、季馨等電子設(shè)備振與沖擊手冊(cè) 科學(xué)出版社，1998

［3］ HJB68—92艦艇電子裝備顯控臺(tái)、機(jī)箱、機(jī)柜通用規(guī)范 海軍裝備部 1992

［4］ GJB150A軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法

Design of vibration test fixture for electronic equipment board level

Zhao Weina
（Chengdu Mingda Digital Equipment Co.，Ltd.610091 Chi）

The electronic board level commonly used vibration tester installed the forms，characteristics and structure were briefly，explains the board level vibration test fixture design key points and matters needing attention and focus of the vibration test in box design process is introduced in detail in this paper，structure design of board level vibration testing loading，and to provide effective technical guidance.

vibration；TESTING；tooling；structure；design