CN108848647A - 一种三层背板机箱结构及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种三层背板机箱结构及其设计方法，属于机载设备结构技术领域，具体涉及计算机印制板结构空间布局设计方法。提出机载设备机箱内部一种合理的空间结构布局方法，将一个复杂系统在有限的空间内划分为结构紧凑、简单、合理的空间结构，通过三层背板的功能划分，实现模块化、通用化，不仅可以有效避免线束和柔性电路板的加工、装配复杂性和不确定性，提高产品的可靠性，同时可以很大程度提高产品后期的维护效率，显著提高设计、生产和后期维护效率并降低成本。
Description
技术领域
本发明一种三层背板机箱结构设计方法，本发明属于机载设备结构技术领域。
背景技术
随着飞机系统复杂度的日益增长，飞机总体对机载设备提出了更高的要求，机载设备朝着微型化、轻量化、组合化和智能化等方面发展，机载设备的内部电子组件的空间布局设计受到了更高的挑战，不仅要求在有限的空间内实现越来越多的集成化功能，同时对其工作的高可靠性和后期的维护性也提出越来越高的要求。
目前机载设备内部主要有数量不等的功能板以及单背板或者双背板组成，单背板方案的机载设备机箱内部不能避免出现线束或者柔性电路板，同时后期的维护性级差。双背板可以比较好地解决机载设备机箱内部的线束或者柔性板的问题，但是对于有电路过载保护的系统，双背板方案往往只能将过载保护模块放在机箱内部功能板上。由于过载保护模块的易损性，相较其他元器件，有较高的更换概率，尤其是在外场联试试验中，损坏的概率较大，一旦出现损坏的情况，机上现场对功能板的维修工作会变得异常复杂。由于功能板的高复杂性和高成本特点，一般不会额外加工备份，所以一旦出现损坏的情况，只能在外场维修或者重新加工，给维护工作带来极大的不便和过高的维护成本。本发明根据机载设备产品的特点，提出了三层背板的结构方案，三层背板分别起着内部各个功能板间信号交互、外联接插件信号交互、过载保护作用。通过三层背板机箱结构设计，将机载设备整个系统架构划分成简单、合理的空间结构，不仅可以有效避免线束和柔性电路板的加工、装配复杂性和不确定性，提高产品的可靠性，同时可以很大程度提高产品后期的维护效率，使得产品的设计、生产加工都更容易进行，节省成本，提高设计、生产和后期维护效率。
发明内容
本发明的目的：提出机载设备机箱内部一种合理的空间结构布局方法，将一个复杂系统在有限的空间内划分为结构紧凑、简单、合理的空间结构，通过三层背板的功能划分，实现模块化、通用化，较大程度地提高产品的工作的可靠性和维护性，显著提高设计、生产和后期维护效率的同时降低成本。
本发明的技术方案：
一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述结构包括机箱框架(1)、功能板(2)、功能板对接连接器(2A)、后盖板(4)、内联背板(6)、插头一(7A)、插座一(7B)、插座二(9A)、插头二(9B)、外联背板(10)、对外连接器(11)、前盖板(13)、保险装置背板(15)、保险装置盖(17)；
所述机箱是具有开口的腔体结构；
功能板(2)是实现产品功能的印制电路板，按照预先设定的要求设计而成；功能板(2)通过功能板对接连接器(2A)与内联背板(6)相连接；
内联背板(6)是装有功能板对接连接器(2A)的印制电路板；
外联背板(10)是装有对外连接器(11)的印制电路板；
前盖板(13)一侧面设计有两种不同高度的安装台阶面，位于机箱前面的盖板，前盖板(13)能够盖合机箱的开口，内联背板(6)、外联背板(10)分别固定在前盖板(13)朝向机箱内部腔体的台阶面上；
保险装置背板(15)是装有保险丝过载保护电路的印制电路板；
保险装置盖(17)是固定在前盖板(13)朝向机箱外部的一侧的盖板；
插头二(9B)焊在保险装置背板(15)上，保险装置背板(15)固定到保险装置盖(17)上，插头二(9B)、保险装置背板(15)、保险装置盖(17)构成保险装置模块，保险装置模块固定在前盖板(13)朝向机箱外部的一侧上，同时保险装置背板(15)通过插头二(9B)、插座二(9A)与外联背板(10)进行电信号交联；
插头一(7A)焊在上内联背板(6)上，插座一(7B)焊在上外联背板(10)上，内联背板(6)、外联背板(10)之间通过插头一(7A)、插座一(7B)进行电信号连接，功能板对接连接器(2A)焊在上内联背板(6)上，功能板(2)通过功能板对接连接器(2A)与内联背板(6)电信号连接；
在功能板(2)收到外部电信号后，再将实现的功能信号通过内联背板(6)传递到外联背板(10)上，功能板(2)通过外联背板(10)与保险装置背板(15)进行电信号连接，功能板(2)通过外联背板(10)上的对外连接器(11)与外部信号交联。
保险装置背板(15)与保险装置盖(17)之间通过螺钉(12)进行固定。
保险装置盖(17)与前盖板(13)之间通过螺钉(16)进行固定。
前盖板(13)与机箱框架(1)之间通过螺钉(14)进行固定。
外联背板(10)与前盖板(13)之间通过螺钉(8)进行固定。
内联背板(6)与前盖板(13)之间通过螺钉(5)进行固定。
后盖板(4)与机箱框架(1)之间通过螺钉(3)进行固定。
一种三层背板机箱结构设计方法，所述方法采取以下步骤：
步骤1：根据设计需求，确定整机内部的功能板(2)划分和对外接口方案；
步骤2：综合分析设计需求和内部功能划分，确定产品的整体结构，采用三层背板机箱结构；
步骤3：分析统计信号交互处理，确定内联背板(6)与各个功能板(2)之间的功能板对接连接器(2A)，通过合理布局功能板，确定机箱框架(1)内部的功能板(2)位置，设计机箱框架(1)结构，机箱框架(1)上下左右四个面板通过螺钉或者焊接固定，调整机箱结构外形；
步骤4：分析统计信号交互处理，确定内联背板(6)和外联背板(10)的插头一(7A)、插座一(7B)，根据功能板(2)，设计内联背板(6)结构外形；
步骤5：统筹分析对外连接器(11)、内联背板(6)和外联背板(10)的插头一(7A)、插座一(7B)，确定外联背板(10)结构外形；
步骤6：确定外联背板(10)和内联背板(6)的间距，分析设计前盖板(13)，外联背板(10)和内联背板(6)之间通过插头一(7A)、插座一(7B)进行电信号交互处理，并分别固定到机箱前盖板(13)上；
步骤7：根据系统余度和过载保护需求，将有保险丝的过载保护电路设计在保险装置背板(15)上，保险装置背板(15)通过插头二(9B)、插座二(9A)与外联背板(10)进行电信号连接，同时保险装置背板(15)固定到保险装置盖(17)上；
步骤8：保险装置盖(17)固定到前盖板(13)上，完成三层背板结构模块，实现结构固定和电信号交互；
步骤9：三层背板结构模块与机箱框架(1)完成固定，功能板(2)沿着机箱框架(1)内部导轨槽与内联背板(6)进行电信号连接；
步骤10：根据机箱框架(1)的外形，设计后盖板(4)，后盖板(4)与机箱框架(1)固定，完成三层背板机箱结构设计。
本发明具有的优点和有益效果：本发明将一个复杂系统在有限的空间内划分为结构紧凑、简单、合理的空间结构，通过三层背板的功能划分，实现通用化、系列化、模块化设计，降低设计和生产成本，提高效率。将产品各个余度通过保险丝的设计，将保险丝设计在保险装置背板上，实现余度间供电隔离，并且巧妙地将保险装置背板设计成独立装配在产品的最外层的结构方式，实现在外场无需开箱拆功能板的情况下更换保险丝，避免在外场环境进行电路焊接的工作，杜绝外场的复杂工作环境给电装工作带来的安全隐患。将各个余度的过载保护电路设计在一个独立的保险装置背板上，成本低廉，可以生产备份的保险装置背板，一旦外场过载保护电路出现故障，可以直接替换，显著提升产品的维修性，同时降低后期的维护成本。通过三层背板设计，可以有效杜绝线束和柔性印制板等的出现，将所有的信号连接实现硬连接，提高产品的可靠性。
附图说明
图1是一种三层背板机箱结构装配示意图；
图2是三层背板结构分布示意图；
其中，1是机箱框架，2是功能板，2A是功能板对接连接器，4是后盖板，6是内联背板，7A是插头一，7B是插座一，10是外联背板，11是对外连接器，9A是插座二、前盖板(13)、9B是插头二，15是保险装置背板，17是保险装置盖。
具体实施方式
一种三层背板机箱结构设计方法，主要部分是三层背板的结构设计，通过三层背板的功能划分，设计内外信号处理的方案。产品内部功能板通过内联背板和外联背板与产品外部信号进行交互处理，同时内部功能板之间的信号交互也通过内联背板完成。各个余度通过保险丝的设计，实现余度间供电隔离，巧妙地将保险装置背板设计成独立装配在产品的最外层的结构方式。三层背板设计可以有效杜绝线束和柔性印制板等的出现，将所有的信号连接实现硬连接，提高产品的可靠性。
一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述结构包括机箱框架(1)、功能板(2)、功能板对接连接器(2A)、后盖板(4)、内联背板(6)、插头一(7A)、插座一(7B)、插座二(9A)、插头二(9B)、外联背板(10)、对外连接器(11)、前盖板(13)、保险装置背板(15)、保险装置盖(17)；
所述机箱是具有开口的腔体结构；
功能板(2)是实现产品功能的印制电路板，按照预先设定的要求设计而成；功能板(2)通过功能板对接连接器(2A)与内联背板(6)相连接；
内联背板(6)是装有功能板对接连接器(2A)的印制电路板；
外联背板(10)是装有对外连接器(11)的印制电路板；
前盖板(13)一侧面设计有两种不同高度的安装台阶面，位于机箱前面的盖板，前盖板(13)能够盖合机箱的开口，内联背板(6)、外联背板(10)分别固定在前盖板(13)朝向机箱内部腔体的台阶面上；
保险装置背板(15)是装有保险丝过载保护电路的印制电路板；
保险装置盖(17)是固定在前盖板(13)朝向机箱外部的一侧的盖板；
插头二(9B)焊在保险装置背板(15)上，保险装置背板(15)固定到保险装置盖(17)上，插头二(9B)、保险装置背板(15)、保险装置盖(17)构成保险装置模块，保险装置模块固定在前盖板(13)朝向机箱外部的一侧上，同时保险装置背板(15)通过插头二(9B)、插座二(9A)与外联背板(10)进行电信号交联；
插头一(7A)焊在上内联背板(6)上，插座一(7B)焊在上外联背板(10)上，内联背板(6)、外联背板(10)之间通过插头一(7A)、插座一(7B)进行电信号连接，功能板对接连接器(2A)焊在上内联背板(6)上，功能板(2)通过功能板对接连接器(2A)与内联背板(6)电信号连接；
在功能板(2)收到外部电信号后，再将实现的功能信号通过内联背板(6)传递到外联背板(10)上，功能板(2)通过外联背板(10)与保险装置背板(15)进行电信号连接，功能板(2)通过外联背板(10)上的对外连接器(11)与外部信号交联。
保险装置背板(15)与保险装置盖(17)之间通过螺钉(12)进行固定。
保险装置盖(17)与前盖板(13)之间通过螺钉(16)进行固定。
前盖板(13)与机箱框架(1)之间通过螺钉(14)进行固定。
外联背板(10)与前盖板(13)之间通过螺钉(8)进行固定。
内联背板(6)与前盖板(13)之间通过螺钉(5)进行固定。
后盖板(4)与机箱框架(1)之间通过螺钉(3)进行固定。
所述方法采取以下步骤：
步骤1：根据设计需求，确定整机内部的功能板(2)划分和对外接口方案；
步骤2：综合分析设计需求和内部功能划分，确定产品的整体结构，采用三层背板机箱结构；
步骤3：分析统计信号交互处理，确定内联背板(6)与各个功能板(2)之间的功能板对接连接器(2A)，通过合理布局功能板，确定机箱框架(1)内部的功能板(2)位置，设计机箱框架(1)结构，机箱框架(1)上下左右四个面板通过螺钉或者焊接固定，调整机箱结构外形；
步骤4：分析统计信号交互处理，确定内联背板(6)和外联背板(10)的插头一(7A)、插座一(7B)，根据功能板(2)，设计内联背板(6)结构外形；
步骤5：统筹分析对外连接器(11)、内联背板(6)和外联背板(10)的插头一(7A)、插座一(7B)，确定外联背板(10)结构外形；
步骤6：确定外联背板(10)和内联背板(6)的间距，分析设计前盖板(13)，外联背板(10)和内联背板(6)之间通过插头一(7A)、插座一(7B)进行电信号交互处理，并分别固定到机箱前盖板(13)上；
步骤7：根据系统余度和过载保护需求，将有保险丝的过载保护电路设计在保险装置背板(15)上，保险装置背板(15)通过插头二(9B)、插座二(9A)与外联背板(10)进行电信号连接，同时保险装置背板(15)固定到保险装置盖(17)上；
步骤8：保险装置盖(17)固定到前盖板(13)上，完成三层背板结构模块，实现结构固定和电信号交互；
步骤9：三层背板结构模块与机箱框架(1)完成固定，功能板(2)沿着机箱框架(1)内部导轨槽与内联背板(6)进行电信号连接；
步骤10：根据机箱框架(1)的外形，设计后盖板(4)，后盖板(4)与机箱框架(1)固定，完成三层背板机箱结构设计。
本发明的原理：
通过三层背板机箱结构设计，将机载设备整个系统架构划分成简单、合理的空间结构，通过三层背板的功能划分，实现通用化、系列化、模块化设计，降低设计和生产成本，提高效率。将保险装置背板设计成独立装配在产品的最外层的结构方式，实现在外场无需开箱拆功能板的情况下更换保险丝，避免在外场环境进行电路焊接的工作，杜绝外场的复杂工作环境给电装工作带来的安全隐患。三层背板设计可以有效杜绝线束和柔性印制板等的出现，将所有的信号连接实现硬连接，提高产品的可靠性。
下面的结合附图对本发明进行进一步详细的说明。
插头二(9B)焊在保险装置背板(15)上，保险装置背板(15)固定到保险装置盖(17)上，插头二(9B)、保险装置背板(15)、保险装置盖(17)构成保险装置模块，保险装置模块固定在前盖板(13)朝向机箱外部的一侧上，同时保险装置背板(15)通过插头二(9B)、插座二(9A)与外联背板(10)进行电信号交联；
插头一(7A)焊在上内联背板(6)上，插座一(7B)焊在上外联背板(10)上，内联背板(6)、外联背板(10)之间通过插头一(7A)、插座一(7B)进行电信号连接，功能板对接连接器(2A)焊在上内联背板(6)上，功能板(2)通过功能板对接连接器(2A)与内联背板(6)电信号连接；
在功能板(2)收到外部电信号后，再将实现的功能信号通过内联背板(6)传递到外联背板(10)上，功能板(2)通过外联背板(10)与保险装置背板(15)进行电信号连接，功能板(2)通过外联背板(10)上的对外连接器(11)与外部信号交联。
实施例一
一种机箱结构，该机箱结构采用双背板结构方案，内联背板元件面焊接VSM-06-50-160-50-05-J，焊接面焊接CRM422-204-831-9600，外联背板元件面焊接对外连接器，焊接面焊接VSF-06-50-50-05-N，内联背板通过接插件VSM-06-50-160-50-05-J、VSF-06-50-50-05-N与外联背板进行电信号连接，功能板在机箱框架内通过对接连接器CRM422-204-831-9600与内联背板进行电信号连接。各个余度的保险丝分别装在各个余度的功能板上，由于电流不稳定的原因，该产品在机上出现了一个余度的保险丝烧毁的情况。但是客户要求只能在飞机在短暂停飞后马上处理好再次起飞，经过设计人员的讨论，由于成本原因没有额外加工备份功能板，只能让电装操作员在外场进行现场焊接操作。功能板的维修需要拆开机箱取出功能板，拆解机箱给维护工作带来很大的困难，同时由于该功能板上器件密集度较高，外场又不满足电装环境，导致在对功能板进行焊接保险丝时候由于操作不慎和环境限制，导致一个表贴器件损坏，无法完成维护工作，耽误飞机的飞行任务，产生不利影响。为了杜绝该产品后续再次出现此种情况，将该产品改为三层背板机箱结构，把各个余度的过载保护电路设计在保险装置背板上面，保险装置背板设计成独立装配在产品的最外层的结构方式，实现在外场无需开箱拆功能板的情况下更换保险丝，避免在外场环境进行电路焊接的工作，杜绝外场的复杂工作环境给电装工作带来的安全隐患。
实施例二
一种三层背板机箱结构，该机箱结构采用三层背板机箱结构方案，内联背板元件面焊接VSM-06-20-160-50-05-J，焊接面焊接RM422-204-821-9600，外联背板元件面焊接对外连接器和CRM342-035-221-5500，焊接面焊接VSF-06-20-50-05-N，保险装置背板元件面焊接CRM312-035-101-5500，内联背板通过接插件VSM-06-50-160-50-05-J、VSF-06-50-50-05-N与外联背板进行电信号连接，保险装置背板通过接插件CRM312-035-101-5500、CRM342-035-221-5500与外联背板进行电路连接，功能板在机箱框架内通过对接连接器CRM422-204-831-9600与内联背板进行电信号连接。把各个余度的过载保护电路设计在保险装置背板上面，保险装置背板设计成独立装配在产品的最外层的结构方式，在某次外场故障中，该产品的保险装置背板中一个余度的保险丝被烧毁，由于该保险装置背板电路简单、器件极少，成本低廉，额外加工了一些备件，所以此次的维护工作异常简单，只要一个普通的操作员用螺丝刀拆开保险装置盖，更换保险装置背板后，重新装上保险装置盖板，就可以快速完成此次维护工作，简单有效的维护得到了客户的大力赞赏。
Claims (8)
1.一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述结构包括机箱框架(1)、功能板(2)、功能板对接连接器(2A)、后盖板(4)、内联背板(6)、插头一(7A)、插座一(7B)、外联背板(10)、对外连接器(11)、插座二(9A)、前盖板(13)、插头二(9B)、保险装置背板(15)、保险装置盖(17)；
所述机箱是具有开口的腔体结构；
功能板(2)是实现产品功能的印制电路板，按照预先设定的要求设计而成；功能板(2)通过功能板对接连接器(2A)与内联背板(6)相连接；
内联背板(6)是装有功能板对接连接器(2A)的印制电路板；
外联背板(10)是装有对外连接器(11)的印制电路板；
前盖板(13)一侧面设计有两种不同高度的安装台阶面，位于机箱前面的盖板，前盖板(13)能够盖合机箱的开口，内联背板(6)、外联背板(10)分别固定在前盖板(13)朝向机箱内部腔体的台阶面上；
保险装置背板(15)是装有过载保护电路的的印制电路板；
保险装置盖(17)是固定在前盖板(13)朝向机箱外部的一侧的盖板；
插头二(9B)焊在保险装置背板(15)上，保险装置背板(15)固定到保险装置盖(17)上，插头二(9B)、保险装置背板(15)、保险装置盖(17)构成保险装置模块，保险装置模块固定在前盖板(13)朝向机箱外部的一侧上，同时保险装置背板(15)通过插头二(9B)、插座二(9A)与外联背板(10)进行电信号交联；
插头一(7A)焊在上内联背板(6)上，插座一(7B)焊在上外联背板(10)上，内联背板(6)、外联背板(10)之间通过插头一(7A)、插座一(7B)进行电信号连接，功能板对接连接器(2A)焊在上内联背板(6)上，功能板(2)通过功能板对接连接器(2A)与内联背板(6)电信号连接；
在功能板(2)收到外部电信号后，再将实现的功能信号通过内联背板(6)传递到外联背板(10)上，功能板(2)通过外联背板(10)与保险装置背板(15)进行电信号连接，功能板(2)通过外联背板(10)上的对外连接器(11)与外部信号交联。
2.根据权利要求1所述的一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述保险装置背板(15)与所述保险装置盖(17)之间通过螺钉(12)进行固定。
3.根据权利要求1所述的一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述保险装置盖(17)与所述前盖板(13)之间通过螺钉(16)进行固定。
4.根据权利要求1所述的一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述前盖板(13)与所述机箱框架(1)之间通过螺钉(14)进行固定。
5.根据权利要求1所述的一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述外联背板(10)与所述前盖板(13)之间通过螺钉(8)进行固定。
6.根据权利要求1所述的一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述内联背板(6)与所述前盖板(13)之间通过螺钉(5)进行固定。
7.根据权利要求1所述的一种三层背板机箱结构，其特征在于，所述内后盖板(4)与所述机箱框架(1)之间通过螺钉(3)进行固定。
8.一种三层背板机箱结构设计方法，所述方法采取以下步骤：
步骤1：根据设计需求，确定整机内部的功能板(2)划分和对外接口方案；
步骤2：综合分析设计需求和内部功能划分，确定产品的整体结构，采用三层背板机箱结构；
步骤3：分析统计信号交互处理，确定内联背板(6)与各个功能板(2)之间的功能板对接连接器(2A)，通过合理布局功能板，确定机箱框架(1)内部的功能板(2)位置，设计机箱框架(1)结构，机箱框架(1)上下左右四个面板通过螺钉或者焊接固定，调整机箱结构外形；
步骤4：分析统计信号交互处理，确定内联背板(6)和外联背板(10)的插头一(7A)、插座一(7B)，根据功能板(2)，设计内联背板(6)结构外形；
步骤5：统筹分析对外连接器(11)、内联背板(6)和外联背板(10)的插头一(7A)、插座一(7B)，确定外联背板(10)结构外形；
步骤6：确定外联背板(10)和内联背板(6)的间距，分析设计前盖板(13)，外联背板(10)和内联背板(6)之间通过插头一(7A)、插座一(7B)进行电信号交互处理，并分别固定到机箱前盖板(13)上；
步骤7：根据系统余度和过载保护需求，设计保险装置背板(15)，通过插头二(9B)、插座二(9A)与外联背板(10)进行电信号连接，同时保险装置背板(15)通过螺钉固定到保险装置盖(17)上；
步骤8：保险装置盖(17)通过螺钉固定到前盖板(13)上，完成三层背板结构模块，实现结构固定和电信号交互；
步骤9：三层背板结构模块通过螺钉与机箱框架(1)完成固定，功能板(2)沿着机箱框架(1)内部导轨槽与内联背板(6)进行电信号连接；
步骤10：根据机箱框架(1)的外形，设计后盖板(4)，后盖板(4)通过螺钉与机箱框架(1)固定，完成三层背板机箱结构设计。
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