CN110034431B - 一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备及其安装方法，属于机电技术领域，解决了现有技术中模块内或者模块间不可避免地使用一定数量的线缆、模块紧固不牢等问题。本发明电子控制设备包括模块和紧固装置；所述模块包括印制板、印制板上侧连接器和印制板下侧连接器，所述印制板上侧连接器和印制板下侧连接器均与所述印制板连接；相邻模块之间的通过印制板下侧连接器和印制板上侧连接器连接；所述紧固装置用于模块与模块之间的连接固定。本发明设备及方法适用于航空航天、导弹等对控制设备体积和重量要求较高的领域。

Description

一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备及其安装方法
技术领域
本发明属于机电技术领域，尤其适用于飞行控制领域，特别涉及一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备及其安装方法。
背景技术
航空航天、导弹等领域对电子控制设备的重量和体积越来越高，电子控制设备小型化和模块化要求越来越高，无缆化设计和模块层叠式结构越来越多的引入到电子控制设备设计中。完全的无缆化设计需要模块内电气连接无缆化和模块间电气互联无缆化，现在的电子控制设备在模块内或者模块间不可避免地使用一定数量的线缆，增加了设备的体积，也增加了设备制造装配上的成本。模块层叠式结构对模块间的结构连接要求高，否则设备难以承受外界环境振动冲击的影响。这些模块层叠式电子控制设备模块间多采用长螺栓贯穿多个模块的紧固方式，造成中间模块紧固不牢，给设备可靠性带来隐患。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备及其安装方法，用以解决现有技术中模块内或者模块间不可避免地使用一定数量的线缆、模块紧固不牢等问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备，包括模块和紧固装置；
模块包括印制板、印制板上侧连接器和印制板下侧连接器，印制板上侧连接器和印制板下侧连接器均与印制板连接；相邻模块之间的通过印制板下侧连接器和印制板上侧连接器连接；
紧固装置用于模块与模块之间的连接固定。
进一步的，紧固装置包括螺栓和挡圈螺母；
螺栓具有螺栓头、螺栓杆和螺纹端，螺栓头中心位置设置有螺纹孔；
挡圈螺母安装在螺栓杆的螺纹端，用于设备拆卸时带动模块抬升。
进一步的，挡圈螺母涂有螺纹胶，用于防止挡圈螺母在螺栓上发生松动。
进一步的，模块还包括盖板和壳体；
壳体四周设置有螺栓孔，螺栓孔上、下部分直径大于中间部分直径，上、下部分分别用于放置螺栓头和挡圈螺母；中间部分直径与螺栓杆直径相匹配。
进一步的，印制板上侧连接器和印制板下侧连接器上均设置有螺纹支撑杆，螺纹支撑杆内设置有螺纹孔；
螺纹支撑杆用于将印制板上侧连接器与印制板和盖板连接，印制板下侧连接器与印制板和壳体连接。
进一步的，还包括印制板侧螺钉和壳体侧螺钉；
印制板侧螺钉用于将印制板上侧连接器和印制板下侧连接器与印制板连接；
壳体侧螺钉用于将印制板上侧连接器和印制板下侧连接器分别与盖板和壳体连接。
进一步的，印制板上侧连接器和印制板下侧连接器通过焊针与印制板连接。
进一步的，盖板与壳体上设置有开孔，用于印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的头部穿出。
进一步的，无缆化和模块化的层叠式电子控制设备包括底部模块、中间模块和顶部模块；
安装方法包括以下步骤：
S1.螺栓从中间模块上侧的安装孔穿入，从中间模块下侧穿出，挡圈螺母旋至螺栓下端的螺纹端，涂螺纹胶防松；中间模块下侧连接器与底部模块上侧的连接器插合，实现底部模块与中间模块的电气互联；
S2.螺栓的螺纹端从挡圈螺母旋出后，旋入底部模块上侧的螺纹孔中，实现中间模块与底部模块的紧固安装；
S3.螺栓从顶部模块上侧的安装孔穿入，从顶部模块下侧穿出，挡圈螺母旋至螺栓下端的螺纹端，涂螺纹胶防松；顶部模块下侧连接器与中间模块上侧的连接器插合，实现顶部模块与中间模块的电气互联；
S4.螺栓的螺纹端从挡圈螺母旋出后，旋入中间模块螺栓头的螺纹孔中，完成顶部模块的紧固安装；
S5.对底部模块四角处的固定孔进行固定，实现整个设备的安装固定；顶部模块上的外部连接器与外部电路连接，实现整个设备对外的电气互联。
进一步的，步骤S1中，中间模块的安装方法包括以下步骤：
S11.将印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的焊针分别从印制板上、下两侧穿入，并从印制板对侧穿出，印制板侧螺钉分别拧入印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的螺纹支撑杆的螺纹孔内；
S12.焊接印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的焊针；
S13.将焊接完成的印制板整体装入壳体中，使用安装螺钉拧入壳体的安装凸台上的螺纹孔中，实现印制板的安装固定；
S14.将盖板装到壳体上，从壳体下方和盖板上方穿入壳体侧螺钉，拧入印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的螺纹支撑杆的螺纹孔中；
S15.从盖板上侧的安装孔中穿入螺钉，拧入壳体的螺纹孔中。
与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：
1)本发明通过在印制板双侧焊接直插连接器，实现了印制板的无缆化模块封装，无缆化模块封装和模块间连接器无缆直连，实现了设备整体的无缆化和模块化，减小了设备外形体积和重量，在航空航天、导弹等领域具有良好的应用前景。
2)本发明模块间采用螺栓层层紧固的方式，保证了结构连接的可靠性，杜绝了模块间插合连接器插针受外界振动冲击而损坏的情况；拆卸过程中挡圈螺母可在拧松螺栓时随螺栓上升，从而带动模块上升，实现模块间的助拔功能，结构简单，操作简便。
3)本发明所用连接器的螺纹支撑杆采用翻铆工艺固连在连接器上，实现了印制板两侧连接器同时与印制板和壳体(盖板)紧固连接，避免模块插拔操作导致连接器焊针损坏。
4)本方案利于设备按照功能拆分为若干个独立的标准模块，提升产品可靠性和缩短研发周期；
5)整个设备可以通过增加模块数量的方式进行扩展；每个模块也可以封装多块层叠对插的印制板实现功能扩展；设备安装支耳可以根据设备重心调整位置，保证设备可靠安装。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1是层叠式电子控制设备的组成图；
图2是层叠式电子控制设备的分解图；
图3是中间模块的分解图；
图4是层叠式电子控制设备局部细节图；
图5是螺栓的细节图；
图6挡圈螺母。
附图标记：
1-底部模块、2-中间模块、3-顶部模块、4-外部连接器、5-盖板、6-印制板、7-壳体、8-印制板上侧连接器、9-印制板下侧连接器、10-螺栓、101-螺栓头、102-螺栓杆、103-螺纹端、11-挡圈螺母、12-螺纹支撑杆、13-印制板侧螺钉、14-壳体侧螺钉。
具体实施方式
以下结合具体实施例对一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备及其安装方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备，如图1-6所示，包括模块和紧固装置；模块包括印制板6、印制板上侧连接器8和印制板下侧连接器9；印制板上侧连接器8和印制板下侧连接器9均与印制板6连接，第一模块的印制板下侧连接器9用于与第二模块的印制板上侧连接器8连接；紧固装置用于模块与模块之间的连接固定。
模块还包括盖板5和壳体7，印制板6安装在壳体7内。盖板5和壳体7上对应印制板上、下侧连接器8、9的位置均设置有开口；印制板上侧连接器8包括焊针和接头部分，焊针部分通过焊接与印制板6连接，印制板上侧连接器8接头部分通过盖板5上的开口伸出；印制板下侧连接器9与印制板上侧连接器8结构相同，焊针部分同样通过焊接与印制板6连接，印制板下侧连接器9接头部分通过壳体7上的开口伸出。
本发明采用印制板上、下侧连接器8、9实现了模块内部的无缆电气互联，减小了模块外形体积和重量；本发明通过优化改进所用连接器、在印制板双侧焊接直插连接器、将连接器与印制板6和壳体7(盖板5)同时紧固连接等手段，实现了印制板的无缆化模块封装。无缆化模块封装和模块间连接器无缆直连，实现了设备整体的无缆化和模块化。
为了改变了现有层叠式电子控制设备结构连接上的缺陷，保证模块间的可靠连接本发明模块间采用螺栓层层紧固的方式。紧固装置包括螺栓10和挡圈螺母11；螺栓具有螺栓头101、螺栓杆102和螺纹端103，螺栓头101中心位置设置有螺纹孔，螺纹孔尺寸与螺纹端103相匹配；螺栓10整体长度大于模块高度，第一螺栓的螺纹端103可以与第二螺栓的螺栓头101上的螺纹孔连接。挡圈螺母11用于设备拆卸时带动模块抬升。壳体7四周设置有螺栓孔，本实施例中一个模块上设置有8个螺栓孔，螺栓孔上、下部分直径大于中间部分直径，上、下部分分别用于放置螺栓头101和挡圈螺母11；中间部分直径与螺栓杆102直径相匹配。
模块与模块之间进行层叠固定时，第一螺栓先通过第一模块的螺纹孔，然后将挡圈螺母11安装在第一螺栓的螺纹端103，拧到螺纹端103的台阶处，安装完成后在挡圈螺母11与螺纹端103接触的部分涂上不拆卸螺纹胶，用于防止挡圈螺母11在螺栓上发生松动，然后将第一螺栓旋入安装在第二模块上的第二螺栓的螺纹孔内，或者旋入底部模块的螺纹孔内。再次需要叠加模块时重复上述步骤即可。
优选的，为了避免模块插拔操作导致连接器焊针损坏，印制板上侧连接器8和印制板下侧连接器9上均设置有螺纹支撑杆12，螺纹支撑杆12采用翻铆工艺固连在连接器上，螺纹支撑杆12内设置有螺纹孔；螺纹支撑杆12用于将印制板上侧连接器8和印制板下侧连接器9同时与印制板和壳体(盖板5)紧固连接。
印制板侧螺钉用于将印制板上侧连接器和印制板下侧连接器与印制板连接，印制板侧螺钉13从印制板侧旋印制板上侧连接器8、印制板下侧连接器9的螺纹支撑杆12的螺纹孔内；壳体侧螺钉用于将印制板上侧连接器和印制板下侧连接器与壳体(盖板)连接，壳体侧螺钉14从壳体7下方旋入印制板下侧连接器9的螺纹支撑杆12的螺纹孔中；从盖板5上侧旋入印制板上侧连接器8的螺纹支撑杆12的螺纹孔中。
本发明还公开了一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备的安装方法，模块包括底部模块1、中间模块2和顶部模块3，安装方法包括以下步骤：
S1.8个螺栓10从中间模块2上侧的8个安装孔穿入，从中间模块2下侧穿出，8个挡圈螺母11旋至螺栓10下端的螺纹上，并旋至螺栓10的台阶处，涂不拆卸螺纹胶防松；中间模块2下方连接器与底部模块1上方的连接器插合，实现底部模块1与中间模块2的电气互联；
S2.8个螺栓10的螺纹端103从挡圈螺母11旋出后，旋入底部模块1上侧的8个螺纹孔中，实现中间模块2的紧固安装；
S3.8个螺栓10从顶部模块3上侧的8个安装孔穿入，从顶部模块3下侧穿出，8个挡圈螺母11旋至螺栓10下端的螺纹上，并旋至螺栓10的台阶处，涂不拆卸螺纹胶防松；顶部模块3下方连接器与中间模块2上方的连接器插合，实现顶部模块3与中间模块2的电气互联；
S4.8个螺栓10的螺纹端103从挡圈螺母11旋出后，旋入中间模块2上的8个螺栓10上端的螺纹孔中，实现顶部模块3的紧固安装；
S5.利用底部模块1四角处的4个安装孔实现整个设备的安装固定，利用顶部模块3上的外部连接器4实现整个设备对外的电气互联。
设备安装固定形式和外部连接器4的数量不拘泥于图1中的形式，可以根据实际需要改变。
上述无缆化和模块化的层叠式电子控制设备为飞行控制系统，集成飞行控制和惯性测量等功能，可安装在导弹、无人机等飞行器中。其中一个外部连接器4作为设备供电输入，其余外部连接器可与数据记录仪、舵机等其他分系统设备连接，实现与其他分系统的电气互联，飞行控制系统通过向其他分系统设备发送控制指令，完成飞行器的姿态调整和飞行控制。
本发明还公开了一种模块的安装方法，底部模块1、中间模块2和顶部模块3内部结构相似，以中间模块2为例，包括以下步骤：
S1.印制板上侧连接器8、印制板下侧连接器9的焊针分别从印制板6上、下两侧穿入，并从印制板6对侧穿出，印制板侧螺钉13分别从印制板6下、上两侧穿入，拧入印制板上侧连接器8、印制板下侧连接器9的螺纹支撑杆12的螺纹孔内；
S2.接着焊接印制板上侧连接器8、印制板下侧连接器9的焊针以及印制板6上的其他元器件；
S3.将焊接完成的印制板6、印制板上侧连接器8以及印制板下侧连接器9整体装入壳体7中，印制板下侧连接器9的头部从壳体7底部的连接器开孔中穿出，安装螺钉从印制板6上侧的6个安装孔穿入，拧入壳体7的安装凸台上的螺纹孔中，实现印制板6的安装固定；
S4.将盖板5装到壳体7上，印制板上侧连接器8的头部从盖板5的连接器开孔中穿出；从壳体7下方穿入壳体侧螺钉14，拧入印制板下侧连接器9的螺纹支撑杆12的螺纹孔中；
S5.从盖板5上侧穿入壳体侧螺钉14，拧入印制板上侧连接器8的螺纹支撑杆12的螺纹孔中；从盖板5上侧的8个安装孔中穿入螺钉，拧入壳体7的螺纹孔中。
需要拆卸顶部模块3时，拧松顶部模块3上端的8个螺栓10,螺栓10带动挡圈螺母11上升，进而挡圈螺母11带动顶部模块3抬升，实现顶部模块3与中间模块2之间的连接器分离，继续拧松螺栓10，实现顶部模块3的拆卸操作。接着，拧松中间模块2上端的8个螺栓10,螺栓10带动挡圈螺母11上升，进而挡圈螺母11带动中间模块2抬升，实现中间模块2与底部模块1之间的连接器分离，继续拧松螺栓10，实现中间模块2的拆卸操作。
本发明设备实现了模块内部及设备整体的无缆电气互联，减小了设备外形体积和重量；利于设备按照功能拆分为若干个独立的标准模块，提升产品可靠性和缩短研发周期；方便增加模块，对设备进行扩展。
改变了现有层叠式电子控制设备结构连接上的缺陷，本发明模块间采用螺栓层层紧固的方式，保证了模块间的可靠连接。采用拧松螺栓实现模块间的助拔功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无缆化和模块化的层叠式电子控制设备，其特征在于，所述无缆化和模块化的层叠式电子控制设备包括底部模块、中间模块、顶部模块和紧固装置；
所述底部模块、中间模块和顶部模块均包括印制板、印制板上侧连接器和印制板下侧连接器，所述印制板上侧连接器和印制板下侧连接器均与所述印制板连接；相邻模块之间通过印制板下侧连接器和印制板上侧连接器连接；
所述紧固装置用于底部模块、中间模块、顶部模块之间的连接固定；
所述紧固装置包括螺栓和挡圈螺母；螺栓为层层紧固；所述螺栓具有螺栓头、螺栓杆和螺纹端，所述螺栓头中心位置设置有螺纹孔，所述螺纹孔尺寸与螺纹端相匹配；螺栓整体长度大于模块高度，第一螺栓的螺纹端可以与第二螺栓的螺栓头上的螺纹孔连接；所述挡圈螺母安装在所述螺栓杆的螺纹端，用于设备拆卸时带动模块抬升；
所述模块还包括盖板和壳体；所述壳体四周设置有螺栓孔，所述螺栓孔上、下部分直径大于中间部分直径，上、下部分分别用于放置所述螺栓头和挡圈螺母；中间部分直径与所述螺栓杆直径相匹配；
所述印制板上侧连接器和印制板下侧连接器上均设置有螺纹支撑杆，所述螺纹支撑杆内设置有螺纹孔；所述螺纹支撑杆用于将印制板上侧连接器与印制板和盖板连接，印制板下侧连接器与印制板和壳体连接；
还包括印制板侧螺钉和壳体侧螺钉；所述印制板侧螺钉用于将所述印制板上侧连接器和印制板下侧连接器与所述印制板连接；所述壳体侧螺钉用于将所述印制板上侧连接器和印制板下侧连接器分别与所述盖板和壳体连接；
所述盖板与壳体上设置有开孔，用于印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的头部穿出。
2.根据权利要求1所述的无缆化和模块化的层叠式电子控制设备，其特征在于，所述挡圈螺母涂有螺纹胶，用于防止挡圈螺母在螺栓上发生松动。
3.根据权利要求1所述的无缆化和模块化的层叠式电子控制设备，其特征在于，所述印制板上侧连接器和印制板下侧连接器通过焊针与印制板连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的无缆化和模块化的层叠式电子控制设备的安装方法，其特征在于，所述无缆化和模块化的层叠式电子控制设备包括底部模块、中间模块和顶部模块；
所述安装方法包括以下步骤：
S1.螺栓从中间模块上侧的安装孔穿入，从中间模块下侧穿出，挡圈螺母旋至螺栓下端的螺纹端，涂螺纹胶防松；中间模块下侧连接器与底部模块上侧的连接器插合，实现底部模块与中间模块的电气互联；
S2.螺栓的螺纹端从挡圈螺母旋出后，旋入底部模块上侧的螺纹孔中，实现中间模块与底部模块的紧固安装；
S3.螺栓从顶部模块上侧的安装孔穿入，从顶部模块下侧穿出，挡圈螺母旋至螺栓下端的螺纹端，涂螺纹胶防松；顶部模块下侧连接器与中间模块上侧的连接器插合，实现顶部模块与中间模块的电气互联；
S4.螺栓的螺纹端从挡圈螺母旋出后，旋入中间模块螺栓头的螺纹孔中，完成顶部模块的紧固安装；
S5.对底部模块四角处的固定孔进行固定，实现整个设备的安装固定；顶部模块上的外部连接器与外部电路连接，实现整个设备对外的电气互联。
5.根据权利要求4所述的无缆化和模块化的层叠式电子控制设备的安装方法，其特征在于，所述步骤S1中，中间模块的安装方法包括以下步骤：
S11.将印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的焊针分别从印制板上、下两侧穿入，并从印制板对侧穿出，印制板侧螺钉分别拧入印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的螺纹支撑杆的螺纹孔内；
S12.焊接印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的焊针；
S13.将焊接完成的印制板整体装入壳体中，使用安装螺钉拧入壳体的安装凸台上的螺纹孔中，实现印制板的安装固定；
S14.将盖板装到壳体上，从壳体下方和盖板上方穿入壳体侧螺钉，拧入印制板上侧连接器和印制板下侧连接器的螺纹支撑杆的螺纹孔中；
S15.从盖板上侧的安装孔中穿入螺钉，拧入壳体的螺纹孔中。
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