楔形锁紧装置的研制

曹义信　宋立存(南京电子技术研究所　210013)【摘要】　本文介绍了应用于LRM(现场可更换模块)的楔形锁紧装置的研制背景、原理、结构组成及在工程中的应用。关键词　楔形锁紧装置　LRM　热阻TheDesignonWedgeLock

【Abstract】　ThispaperintroducesthebackgroundofdesigningofthewedgelockthatusedinLRM(LineRe-placeableModular),andalsodiscussesitsprincipleandstructuretypesandapplicationsinprojects.KeyWords　Wedgelock　LRM(LineReplaceableModular)　Thermalresistance

1　前　言随着科学技术的不断进步,超大规模集成电路的发展和集成电路的普及,使得过去功能单一、体积庞大、独立应用的模拟电路和分立元件被高集成度、体积小而功能众多、资源共享的模块化结构所代替。在电子设备设计中,传统的自下而上的设计方法被现在自上而下的顶层设计思想所代替,即用标准化、模块化的思想,提出了现场可更换模块(LRM)的概念,并得到普及。每一模块具有独立的功能,外形尺寸统一,减少了尺寸的复杂多样性。在维护上,可以在现场将模块取出,换上另一标准模块,系统可立即恢复工作,换下的模块送到指定地点进行维修。电子设备处于恶劣的振动、冲击环境下,尤其是军用电子设备所处的环境条件更为苛刻。所以模块必须用一定的机械装置固定在机箱插槽中,不得晃动、窜动,同时尽量减小模块与机箱壁间的接触热阻。我们决定采用楔形锁紧装置来实现上述功能,并开展研制。图1为装有LRU的机箱及装有楔形锁紧装置的印制板插件。2　原　理根据实际应用,研制了两种类型的楔形锁紧装置(三节式锁紧装置和五节式锁紧装置),如图2和图3所示。每种形式根据模块的外形不同,

有不同图1　装有LRU的机箱及装有楔形锁紧装置的印制板插件

的尺寸系列。三节式和五节式的原理相同,以三节式为例:顺时针旋动螺杆,由于滑座固定在模块(插件或印制板)上,使得滑块沿滑座的斜面移动,直至贴紧另一侧的插槽壁,这样便实现了锁紧的作用;反之,两滑块在簧片的作用下,恢复到原来位置。3　机构分析(1)　滑座为锁紧装置与模块的连接体,螺杆与后滑块的螺纹啮合是引起滑块位移的机械形式。若不采用锁紧螺母,则会发生因振动或逆时针旋动螺杆松开楔形锁紧装置时,螺杆逆时针旋动过大的位移导致后滑块掉入机箱中。采用锁紧螺母则是为了防止这一故障的发生并可控制楔形锁紧装置的最大位移。总第90期　第2期　2001年4月 电子机械工程 Electro-MechanicalEngineeringTotalNo.90　No.2 Apr.2001 收稿日期　2000-07-15

图2　三节式锁紧装置

图3　五节式锁紧装置

(2)　滑座、滑块均为可强化铝合金,螺杆为不锈钢材料。在平时工作中,曾发现有的后滑块螺纹的螺牙磨损严重,螺纹已不能啮合,后滑块在螺杆上晃动。经分析认为:后滑块在铝基体上攻丝,螺牙强度不足,易磨损,所以要在后滑块上安装钢丝螺套。(3)　雷达或其他电子设备中的印制板、插件或模块采用这种楔形锁紧装置来固定,可以提高抗振和散热性能,从而提高整机的可靠性,而且拆装方便。在恶劣振动环境中工作的设备,采用该锁紧装置可大大改善安装的边界条件,提高谐振频率,降低模块的振幅,从而提高了模块的抗振性能。图4所示,热流路径为:发热元器件※导热条※机箱壁※冷却空气。锁紧时,滑块与两侧壁压紧,使得导热条与机箱壁间的接触热阻减小。(4)　滑座与模块的连接形式有几种:螺纹连接、胶接、铆接。采用螺纹连接的优点是锁紧装置装拆方便,不会因装拆锁紧装置而损坏印制板。螺杆的头部形式有几种:一字槽型、十字槽型、内六角型。我们推荐使用内六角型,因为这种结构更加安全、可靠。(5)　五节式楔形锁紧装置提供的加力点较三节的多,而且接触面积较三节的均匀,所以五节式的在抗振、散热性能等方面优于三节式(使用三节式楔形锁紧装置热阻可达2℃/W,五节式可达图4　带有锁紧装置的插件在导槽内的固定形式1.5℃/W)。(6)　该楔形锁紧装置符合行业军标SJ20382.1-93和SJ20382.2-93的要求。长度系列中,三节式的有60、85、110、135、160、185mm尺寸系列,五节式的有135、160、185、210、235mm尺寸系列,适用边长为100mm到280mm的模块。4　结束语这种楔形锁紧装置设计已广泛使用于我单位的电子设备插件中,技术状态较成熟,经历了严格的整(下转第24页)15第2期 曹义信等:楔形锁紧装置的研制 另外,对于深空二号(DS2)任务,MFS柔性聚酰亚胺电路连接片和柔性跨接线已被选择用在穿透器中的MCM电子组件之间的功率和信号传输。在成功地验证深空一号(DS1)和深空二号(DS2)任务之后,MFS技术将准备建造无电缆宇宙飞船的主要承载结构。

3　结　论

当前的卫星封装系统依然利用巨大的”黑盒子”(即,铝机箱),它包含有若干电路板并用体积大的电缆连接到其它的黑盒子。多功能结构设计的概念是把宇宙飞船的电子设备大部分放进了宇宙飞船的壁(总线结构)中,在壁中还包括结构组件和热控制器。通过淘汰电的机箱和电缆连接,MFS设计方法已实现了它的电子设备对总的电子设备封装的体积比最大化的主要目标。依次地,这种最大化的比率导致实质的重量和内部体积的节省。MFS允许超过75%以减少在电缆连接和电子设备封装质量,连带在内部体积上有50%的增加。另外,MFS在至少两个更敏感的方法中有益于将来宇宙飞船的发展。第一,它的固有的模块化支持大量生产和装配,因此大大减小寿命周期成本;第二,淘汰电缆和连接器使在宇宙飞船最后的集成中所需的手工劳动量减到最小,并且稍稍提高了它的坚固性和可靠性。LockheedMartin宇航公司已成功地开发和演示了基本的MFS技术、包括先进的结构复合材料面板、埋入式热控制装置、柔性电路连接片以及柔性相互连接。MFS试验已被置于新千年计划深空一号(NMPDS1)任务中以演示关键技术组件。成功的飞行演示促进MFS技术开发和结合新的设计原理用于将来无电缆的宇宙飞船中。

参考文献〔1〕　RobertL.Staehleetal.,”PlutoMissionProgressReport:LowerMassandFlightTimeThroughAd-vancedTechnologyInsertion,”44thCongressoftheInternationalAstronauticalFederation,Graz,Aus-triaOctober16-22,1993,IAF-93-Q.5.410〔2〕　MichaelObal,andJanetSater,”MultifunctionalStruc-tures:TheFutureofSpacecraftDesign?,”5thInterna-tionalConferenceonAdaptiveStructures,Sendai,Japan,Dec5-7,1994〔3〕　CandidaNunez,”JPLSpacecraftMassTrends,”JetPropulsionLaboratoryInterofficeMemorandum#3132-93-076,February19,1993〔4〕　BrianMuirhead,”TechnologyThrustAreasforMassConstrainedSpacecraft,”AIAA/DARPAConferenceonLightweightSatelliteSystems,NavalPostgraduateSchool,Monterey,CA,Au-gust4-6,1987〔5〕　JoelSerceletal.,”ModularandMultifunctionalSystemintheNewMillenniumProgram,”AIAA34thAerospaceSci-encesMeetingandExhibit,Reno,NV,January15-18,1996,paper#AIAA96-0702

(上接第15页)

机可靠性鉴定试验和大量的用户使用,均取得了非常满意的效果。许多外单位购买这种产品,也受到了好评。由此可见,楔形锁紧装置在电子设备的插件、模块和印制板中是一个非常重要的构件。

参考文献〔1〕　SJ20382.1-93带导热条印制板的锁紧装置Ⅰ型〔2〕　SJ20382.2-93带导热条印制板的锁紧装置Ⅱ型〔3〕　赵墩殳等.电子设备结构设计原理.南京:江苏科学技术出版社,1986〔4〕　生建友.机载电子设备防振动抗冲击设计.电子机械工程,1999.2

曹义信　男,助工,从事电子设备结构设计工作。宋立存　男,研究员,长期从事机载雷达结构总体设计及科研管理工作,为多个国防重点工程的结构总设计师。24 电子机械工程 2001年