可快速更换的机载电路板装夹结构设计

印制电路板在仪器仪表等各种设备中使用非常普遍，而仪器仪表结构形式、价格、安装以及调试是否方便，很大程度上取决于电路板固定安装方式[1]。目前，各种仪器仪表设备中，印制电路板的安装与固定方式主要分两种，即直接固定式和插入导轨再固定式，而插入导轨再固定方式又可分为三种类型，即卡槽压板式、插销式和螺钉固定式。这些印制电路板装夹方式，均存在更换检修费时费力的缺点，并且安装时占用空间较大。本文将设计一种适用于机载环境、方便装拆、占用空间小且电路板数量较多的一种印制板装夹方式。

1 楔形锁紧结构

机载环境下，电路板需要很高的抗振动和冲击能力；另外，由于环境恶劣，还需考虑到高温环境下电子元器件散热能力。同时，电路板还需满足安装牢固可靠、结构简单、更换调试方便以及插拔省力等要求。根据以上设计思路，本文设计的用于机载电子设备的楔形锁紧结构如图1所示。

图1 楔形锁紧结构

结构包括印制电路板、楔形锁紧条、加固冷板和起拔把手等部分，彼此之间的连接关系如下：楔形锁紧条通过螺钉固定或者铆接方式与加固冷板连接，成为一体；印制电路板通过螺钉与冷板固定；起拔把手通过螺杆与冷板连接，把手可围绕螺杆上下扳动。这四部分作为一个整体，插入卡槽中，通过楔形锁紧条锁住整个模块。

1.1 楔形锁紧条工作原理

楔形锁紧条是将电路板固定在需要位置的一类固定器，它具有高效的拆装性和一定热传导性[2]。本文采用的楔形锁紧条主要由前端螺杆、前楔块、中间滑块、后楔块、滑杆以及限位轴六部分组成，如图2所示。

图2 楔形锁紧条组成

其工作原理是通过楔形块之间的挤压将印制电路板固定在卡槽内[3]。前楔块、中间滑块、后楔块嵌套在滑杆上；滑杆上开有螺纹孔，与前端螺杆相连，当拧动前端螺杆时，推动前楔块向右运动；后楔块与限位轴连接，前后楔块一同挤压中间滑块运动，使中间滑块沿着后楔块进行斜面运动，直到中间滑块凸出，贴紧另一侧卡槽壁，使印制电路板在卡槽内锁紧。当旋松前端螺杆时，锁紧力消失，前楔块向左松动，中间滑块沿着后楔块的斜面复位，达到放松状态，此时就可以拔出电路板进行调试或检修，如图3所示。

图3 楔形锁紧条的放松状态

1.2 加固冷板的作用

对直升机机载设备来说，机械环境防护主要集中在抗振能力方面。印制电路板抗振能力受众多因素影响，设计时应该尽量较小振动对电路板互联导线的影响，提高其可靠性。加固冷板材料可选用弹性模量比较大的铝、镁或钛合金，进而提高印制电路板刚度与抗振能力。

由于环境恶劣，还需考虑温度对电子元器件的影响。通过在印制电路板上安装冷板将电子元器件上的热量传递给冷板，采用自热风冷或强迫风冷的方法，将热量导出，既提高了冷板的散热能力，又在冷板上加工了散热齿，增大了散热面积。

1.3 起拔把手的作用

起拔把手通过螺钉与加固冷板连接，可围绕螺钉上下转动。当需要拔出电路板时，只需旋松锁紧条，向上扳动把手，就可轻松将电路板模块拔出。

2 应用实例

根据上述楔形锁紧结构，将之运用到某机载设备电路板装夹中，如图4所示。

图4 某机载设备的电路板模块

可以看出，该机载设备电路板模块包括6块印制电路板，其中5块采用上文所述的楔形锁紧结构锁紧在卡槽中。这5块印制电路板底端安装插头，与母板上对应的插座相连；5块电路板集成在母板上，然后借由4个圆形接插件分别供激光器、上位机、泵浦头和外接电源使用。本结构中，由于电路板上的电源模块产生废热较多，需要依靠冷板散热，故在冷板上加开散热齿，增大散热面积。

该结构的优点主要有四点：第一，电路板实现了模块化与集成化，占用空间小；第二，拆装简单，方便电路板调试和检修；第三，安装加固冷板，提高了电路板抗振动和抗冲击能力，帮助电子元器件散热；第四，安装起拔把手，插拔更加省力。

3 结语

本文从抗振、抗冲击和散热等方面考虑，设计了一种可快速更换的机载电路板装夹结构。此结构具有性能优良、结构简单、可靠和解锁方便等优点，得到了广泛推广，尤其适合应用在电路板数量较多的设备中。