CN104699893A - 一种pcb板夹具的夹持可靠性的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于PCB板加工领域，提供了一种PCB板夹具的夹持可靠性的确定方法，包括：确定所述夹持面的曲线中任意一个波形的波形曲线函数；根据所述波形曲线函数确定波形对应的力学平衡方程；确定PCB板夹具夹持时的整体力学平衡方程；根据所述整体力学平衡方程对PCB板夹具的夹持可靠性的参数分析。本发明实施例通过对夹持时的整体力学平衡方程进行分析，得出压条的材料弹性模量与直线误差度的关系，从而保证了在狭长的PCB板夹具难以提高加工精度的情况下，综合分配夹持力、尺寸、材料弹性模量、直线误差度的值来提高夹持的可靠性，为PCB板夹具的设计提供了有力的支持。

Description

一种PCB板夹具的夹持可靠性的确定方法

技术领域

本发明属于PCB板加工领域，尤其涉及一种PCB板夹具的夹持可靠性的确定方法。

背景技术

在PCB板测试过程中，常常涉及PCB板的夹持，夹持的可靠性主要体现为不夹坏PCB板的前提下，夹具能可靠的固定PCB板。为了可靠的固定PCB板，则需要合适的夹持力，对于PCB板，特别是尺寸较大的PCB板，PCB板边缘可供夹持的地方比较小，夹具通常设计为细长结构，为了保证夹具的夹持可靠性，这就要求夹具与PCB板能够充分的接触，而接触力不宜过大，以免损坏PCB板。如图1、2所示，夹具10一般由夹具板11和压条12构成，夹具板11的材料选用强度较高的材料，保证在夹持过程中不会产生较大变形，压条12需要选择合适的材料，使夹持过程中，夹具10能与PCB板13充分接触，以保证夹持的可靠性。

为了得到可靠的夹持力，可以提高夹具10的加工精度及装配精度，但是加工精度的提升必然增加加工费用，并且对于细长的夹具结构，难以将夹具结构的平面度或直线度加工至很高的精度，使得现有的夹具的夹持可靠性分难得到保证。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种PCB板夹具的夹持可靠性的确定方法，以解决现有夹具夹持可靠性低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种PCB板夹具的夹持可靠性的确定方法，所述PCB板夹具包括一组对称设置的夹具板和压条，所述压条设置于两个所述夹具板靠近的一侧上，两个所述压条相互靠近的一面为夹持面；所述确定方法包括：

确定所述夹持面的曲线中任意一个波形的波形曲线函数；

根据所述波形曲线函数确定波形对应的力学平衡方程；

确定PCB板夹具夹持时的整体力学平衡方程；

根据所述整体力学函数对PCB板夹具的夹持可靠性的参数分析。

进一步地，所述波形曲线函数为：f₁(t)＝p₁-u₁，

其中，p₁为波形的峰值，u₁为夹持时夹具面在Y方向的变形量，t为PCB板与压条的接触长度的一半。

进一步地，所述力学平衡方程为：

$\begin{array}{cc}{F}_1=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\∫}_0^x{f}_1\left(t\right)\mathrm{dt}-t{f}_1\left(t\right){|}_0^x]& (x\≥0)\end{array},$

其中，E为材料弹性模量；L为压条的厚度；t为PCB板与压条的接触长度的一半，h为PCB板与压条的接触高度。

进一步地，整体力学平衡方程为：

$\begin{array}{cc}F\left(x\right)=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\∫}_0^x{f}_i\left(t\right)\mathrm{dt}-t{f}_i\left(t\right){|}_0^x]& (x\≥0,i=\mathrm{1,2,3},...,n)\end{array}$

其中，

夹持力列阵， $F\left(x\right)=\left[\begin{array}{c}{F}_1\\ F_2\\ .\\ .\\ .\\ F_n\end{array}\right]$

波形曲线函数列阵， $\begin{array}{cc}{f}_i=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\\ .\\ .\\ .\\ f_n\end{array}\right]& (i=\mathrm{1,2,3},...,n)\end{array}$

E为材料弹性模量；L为压条的厚度；t为PCB板与压条的接触长度的一半，h为PCB板与压条的接触高度。

进一步地，确定PCB板夹具夹持时的整体力学平衡方程的步骤，具体方法为：采用叠加原理，将各个波形对应的力学平衡方程叠加在一起获得整体力学平衡方程。

进一步地，所述夹持可靠性的参数包括对夹持力、尺寸、所述压条材料的弹性模量以及所述PCB板夹具装配的精度。

进一步地，所述夹持可靠性的参数分析，具体方法为：假设夹持力、尺寸与所述压条材料的弹性模量或者与所述PCB板夹具装配的精度一定的情况下，用x表示所述PCB板夹具装配的精度或者表示压条材料的弹性模量。

进一步地，当压条12的长度为620mm，条与PCB板接触宽度为5mm，夹具压条的厚度为4mm；

$\begin{array}{cc}{f}_1\left(x\right)=-\frac{e}{96100}{X}^2+l+e& (-310<x<310)\end{array}$

其中，f₁(x)为波形曲线函数；e为直线度误差。

进一步地，所述波形对应的力学函数为：其中，压条与PCB板的接触长度为2x。

进一步地，所述夹具的整体力学函数为：并将x表示为弹性模量E的函数，并求导，或者将表示为直线度误差e的函数，并求导， $\stackrel{\&CenterDot;}{x}\left(e\right)=-\frac{1}{3}\sqrt[3]{\frac{72075\mathrm{FL}}{{\mathrm{Ehe}}^4}}<0.$

本发明提供了一种PCB板夹具的夹持可靠性的确定方法，通过对所述PCB板夹具夹持时的整体力学平衡方程进行分析，得出压条的材料弹性模量与直线误差度的，从而保证了在狭长的PCB板夹具难以提高加工精度的情况下，综合分配夹持力、尺寸、材料弹性模量、直线误差度的值来提高夹持的可靠性，为PCB板夹具的设计提供了有力的支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中PCB板夹具夹持时的示意图；

图2是现有技术中PCB板夹具夹持时另一角度的示意图(左视图)；

图3是本发明实施例提供PCB板夹具10的夹持可靠性的确定方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的PCB板夹具表面与PCB板示意图；

图5a本发明实施例提供的PCB板夹具表面与PCB板还未接触时任意一个波形示意图；

图5b是PCB板夹具表面曲线中任意一个波形在PCB板夹具表面与PCB板夹持时的变形示意图；

图6a是本发明实施例提供的PCB板夹具装配后的直线度误差及参数示意图；

图6b是本发明实施例提供的PCB板夹具装配后另一角度(左视图)的直线度误差及参数示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由弹性力学的基本原理可知，夹具在夹持零件过程中，夹具与零件接触面会产生变形，进而产生夹持力，在夹持力一定的情况下，材料的属性决定了这种变形的大小，进而影响夹具与零件之间的接触面积，而夹具最终的安装精度也影响了夹具与零件之间的接触面积。

为了更好的设计PCB板夹具10的结构，本发明实施例提供一种PCB板夹具10的夹持可靠性的确定方法，通过对压条11材料弹性量和PCB板夹具的安装精度与夹持力的关系进行分析，确定PCB板夹具能够可靠的夹持PCB板时，需要满足的参数条件，大大的提高了狭长的PCB板夹具夹持可靠性。

如图3所示，所述PCB板夹具10的夹持可靠性的确定方法包括以下步骤：

S110，确定所述夹持面的曲线中任意一个波形的波形曲线函数f₁(x)；

如图4所示，所述PCB板夹具的加工及安装过程中，由于精度的原因，PCB板夹具安装后，其整体的平面度可能呈现不规则的波浪形曲线，该不规则的波浪形曲线由多个波形组成。由于所述PCB板夹具10是通过前后两块压条11的移动来固定PCB板的，结构前后对称，在分析过程中只取一半结构进行分析。

首先，提取不规则的波形曲线中任意一个波形曲线进行分析，如图5a所示。

假设该波形曲线函数为f₁(x)，当所述PCB板夹具10在夹持PCB板时，所述压条11的接触面发生变形，如图5b所示，假设在Y方向的变形为u₁，则有：

f₁(x)＝p₁-u₁          (1)

其中，p₁为波形的峰值。

本实施例中，当PCB板与压条11的接触长度为2t时，f₁(t)＝p₁-u₁。

S120，根据所述波形曲线函数f₁(x)确定波形对应的力学平衡方程F₁；

u₁的微小量可以表示为du₁，有：

du₁＝-d₁f(t)          (2)

当波形发生du₁的变形时，产生的反作用力dF₁为：

$d{F}_1=\frac{\mathrm{EA}}{L}d{u}_1---\left(3\right)$

其中，E为压条材料的弹性模量；L为压条的厚度；A为压条与PCB的接触面积。

进一步地，压条11在全长范围内的每一处厚度并非相等，但在实际计算时可以处理为相等。

另，根据压条与PCB的接触面积，有：

A＝2ht          (4)

其中，t为PCB板与压条的接触长度的一半，h为PCB板与压条的接触高度。

将(2)式、(4)式代入(3)式，有：

$F_1=-\frac{2\mathrm{Eht}}{L}d{f}_1\left(t\right)---\left(5\right)$

对(5)式等号两边同时进行积分，得：

$\begin{array}{cc}{F}_1={\&Integral;}_0^x-\frac{\mathrm{Eh}}{L}d{f}_1\left(t\right)=-\frac{\mathrm{Eh}}{L}{\&Integral;}_0^x\mathrm{td}{f}_1\left(t\right)& (x\&GreaterEqual;0)\end{array}---\left(6\right)$

根据分部积分法则，有 ${\&Integral;}_0^x\mathrm{td}{f}_1\left(t\right)=t{f}_1\left(t\right){|}_0^x-{\&Integral;}_0^x{f}_1\left(t\right)\mathrm{dt}$

因此(6)式d的力学平衡方程F₁可以写为:

$\begin{array}{cc}{F}_1=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\&Integral;}_0^x{f}_1\left(t\right)\mathrm{dt}-t{f}_1\left(t\right){|}_0^x]& (x\&GreaterEqual;0)\end{array}---\left(7\right)$

S130，确定PCB板夹具夹持时的整体力学平衡方程F(x)；

将各个波形对应的力学平衡方程叠加在一起，得到整体的力学平衡方程F(x)：

$\begin{array}{cc}F\left(x\right)=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\&Integral;}_0^x{f}_i\left(t\right)\mathrm{dt}-t{f}_i\left(t\right){|}_0^x]& (x\&GreaterEqual;0,i=\mathrm{1,2,3},...,n)\end{array}---\left(8\right)$

其中，

夹持力列阵， $F\left(x\right)=\left[\begin{array}{c}{F}_1\\ F_2\\ .\\ .\\ .\\ F_n\end{array}\right]$

波形曲线函数列阵， $\begin{array}{cc}{f}_i=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\\ .\\ .\\ .\\ f_n\end{array}\right]& (i=\mathrm{1,2,3},...,n)\end{array}$

S140，根据所述整体力学平衡方程F(x)确定PCB板夹具的夹持可靠性参数。

整体力学平衡方程F(x)包含了PCB板夹具设计过程中所涉及的主要参数，如夹持力、尺寸、安装精度和材料弹性模量。通过分析整体的力学平衡方程F(x)，可以对上述各个参数进行设计，例如，当夹持力以及尺寸确定后，可以进行精度设计和材料设计。

具体的，本发明一个实施例中，PCB板尺寸为620mmx520mm(则PCB夹具的长度尺寸为620mm)，而夹持PCB板边缘长度(压条11与PCB板接触宽度)约为5mm，压条11的厚度L为4mm。由于PCB板尺寸和夹持的长度两者尺寸差异较大，该PCB板夹具属于狭长结构。

假设由于加工和装配精度的原因，装配后的PCB板夹具存在平面度误差，由于PCB板夹具的长度与宽度大小相差悬殊，因此平面度可以按照直线度来处理，如图6a、6b所示。

假设压条11与PCB板接触的面呈现如图4所示的直线度误差曲线(即波形曲线f₁(x))，将直线度误差曲线提取出来，置于平面坐标系内，该直线度误差曲线关于Y轴对称，直线度误差曲线左右端点的坐标分别为(-310，l)和(310，l)，假设直线度误差为e，则直线度误差曲线的峰值点坐标为(0，l+e)。

根据以上三个坐标点，使用抛物线方程来拟合直线度误差曲线：

$\begin{array}{cc}{f}_1\left(x\right)=-\frac{e}{96100}{X}^2+l+e& (-310<x<310)\end{array}$

由于该直线度误差曲线只有一个波形，令压条11与PCB板的接触长度为2x，因此根据直线度误差曲线的力学平衡方程式f₁(x)(8)得:

$F\left(x\right)=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\&Integral;}_{-x}^x{f}_1\left(t\right)\mathrm{dt}-t{f}_1\left(t\right){|}_{-x}^x]---\left(10\right)$

将(9)式代入(10)式，得到本实施例的整体力学平衡方程F(x):

$F\left(x\right)=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\&Integral;}_{-x}^x-\frac{e}{96100}{t}^2+l+\mathrm{edt}-t(-\frac{e}{96100}{t}^2+l+e){|}_{-x}^x]=\frac{\mathrm{eEh}{x}^3}{72075L}---\left(11\right)$

确定了本实施例的整体力学平衡方程F(x)后，即可PCB板夹具的夹持可靠性的参数分析。

具体的，实施参数包括夹持力、尺寸、压条材料的弹性量以及PCB板夹具的安装精度。

首先，对压条的材料设计及分析

由(11)式可得压条材料的弹性模量：

假设PCB板夹具的夹持力F＝200N，直线度误差e＝0.1mm，为了使PCB板夹具能可靠的夹持，假设PCB板在620mm长度内刚好与压条接触，即x＝310mm。将各个参数代入(12)式，可以解得压条材料的弹性模量E＝3.87Mpa。

进一步分析接触长度与材料弹性模量的关系。将x表示为弹性模量E的函数，得: $x\left(E\right)=\sqrt[3]{\frac{72075\mathrm{FL}}{\mathrm{ehE}}}---\left(13\right)$

(13)式两边对E求导，得：

$\stackrel{\&CenterDot;}{x}\left(E\right)=-\frac{1}{3}\sqrt[3]{\frac{72075\mathrm{FL}}{{\mathrm{Ehe}}^4}}<0---\left(14\right)$

这表明，要想能够可靠夹持该PCB板，压条材料的弹性模量E≤3.87Mpa。

其次，对PCB板夹具的精度设计及分析

由(11)式可得直线度误差： $e=\frac{72075\mathrm{FL}}{{\mathrm{Ehx}}^3}---\left(15\right)$

假设PCB板夹具的夹持力F＝200N，压条材料的弹性模量E＝5Mpa，为了使PCB板夹具能可靠的夹持，假设PCB板在620mm全长内刚好与压条接触，即x＝310mm。将各个参数代入(15)式，可以解得直线度误差e＝0.077mm。

进一步分析接触长度与直线度误差e的关系。将x表示为直线度误差e的函数，得： $x\left(e\right)=\sqrt[3]{\frac{72075\mathrm{FL}}{\mathrm{Ehe}}}---\left(16\right)$

(16)式两边对e求导，得：

$\stackrel{\&CenterDot;}{x}\left(e\right)=-\frac{1}{3}\sqrt[3]{\frac{72075\mathrm{FL}}{{\mathrm{Ehe}}^4}}<0---\left(17\right)$

这表明，要想能够可靠夹持该PCB板，PCB板夹具在装配后的直线度误差e≤0.077mm。

本发明实施例提供的一种PCB板夹具10的夹持可靠性的确定方法，通过对所述PCB板夹具夹持PCB板时的整体力学平衡方程F(x)进行分析，可以确定在不同的尺寸的PCB板被可靠的夹持时，夹持力、压条的材料的弹性模量与装备后的PCB板夹具的直线误差度之间的关系，从而对PCB板夹具的设计提供了有力的支持。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种PCB板夹具的夹持可靠性的确定方法，所述PCB板夹具包括一组对称设置的夹具板和压条，所述压条设置于两个所述夹具板靠近的一侧上，两个所述压条相互靠近的一面为夹持面；其特征在于，所述确定方法包括：

确定所述夹持面的曲线中任意一个波形的波形曲线函数；

根据所述波形曲线函数确定波形对应的力学平衡方程；

确定PCB板夹具夹持时的整体力学平衡方程；

根据所述整体力学平衡方程对PCB板夹具的夹持可靠性的参数分析。

2.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述波形曲线函数为：

f₁(t)＝p₁-u₁，

其中，p₁为波形的峰值，u₁为夹持时夹具面在Y方向的变形量，t为PCB板与压条的接触长度的一半。

3.如权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述力学平衡方程为：

$F_1=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\&Integral;}_0^x{f}_1\left(t\right)\mathrm{dt}-{\mathrm{tf}}_1\left(t\right){|}_0^x],(x\&GreaterEqual;0),$

其中，E为材料弹性模量；L为压条的厚度；t为PCB板与压条的接触长度的一半，h为PCB板与压条的接触高度。

4.如权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述整体力学平衡方程为：

$F\left(x\right)=\frac{\mathrm{Eh}}{L}[{\&Integral;}_0^x{f}_i\left(t\right)\mathrm{dt}-{\mathrm{tf}}_i\left(t\right){|}_0^x],(x\&GreaterEqual;0,i=\mathrm{1,2,3},...,n),$

其中，

夹持力列阵， $F\left(x\right)=\left[\begin{array}{c}{F}_1\\ F_2\\ .\\ .\\ .\\ F_n\end{array}\right];$

波形曲线函数列阵， $f_i=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\\ .\\ .\\ .\\ f_n\end{array}\right],(i=\mathrm{1,2,3},...,n);$

E为材料弹性模量；L为压条的厚度；t为PCB板与压条的接触长度的一半，h为PCB板与压条的接触高度。

5.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，确定PCB板夹具夹持时的整体力学平衡方程的步骤，具体方法为：采用叠加原理，将各个波形对应的力学平衡方程叠加在一起获得整体力学平衡方程。

6.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述夹持可靠性的参数包括对夹持力、尺寸、所述压条材料的弹性模量以及所述PCB板夹具装配的精度。

7.如权利要求6所述的确定方法，其特征在于，所述夹持可靠性的参数分析，具体方法为：假设夹持力、尺寸与所述压条材料的弹性模量或者与所述PCB板夹具装配的精度一定的情况下，用x表示所述PCB板夹具装配的精度或者表示压条材料的弹性模量。

8.如权利要求4所述的确定方法，其特征在于，当压条12的长度为620mm，条与PCB板接触宽度为5mm，夹具压条的厚度为4mm；

$f_1\left(x\right)=-\frac{e}{96100}{X}^2+l+e,(-310<x<310),$

其中，f₁(x)为波形曲线函数；e为直线度误差。

9.如权利要求8所述的确定方法，其特征在于，所述波形对应的力学函数为：其中，压条与PCB板的接触长度为2x。

10.如权利要求9所述的确定方法，其特征在于，所述夹具的整体力学函数为：并将x表示为弹性模量E的函数，并求导，或者将x表示为直线度误差e的函数，并求导， $\stackrel{\&CenterDot;}{x}\left(e\right)=-\frac{1}{3}\sqrt[3]{\frac{72075\mathrm{FL}}{{\mathrm{Ehe}}^4}}<0.$