CN111612940B - 一种基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，其特征在于，包括依次连接的通讯板层(基础层)、处理器板层和开入板层(中间层)和滤波板层(顶层)的各功能层；导销A和导销B在中间层内部及各功能层之间进行堆叠的过程中进行导向，确保层级在盲插的过程中的准确定位与导向。本发明不仅能够完成目前数据记录仪的数据存储功能，针对产品的小型化需求提供一种基于叠层设计，各功能层级相互堆叠设计，具有产品截面尺寸小、各功能层级堆叠安装、盲插操作性好、测试维修性能好的特点，实现基于模块小型化的数据记录设备，同时还具备1553B接口、信息交换接口和软件在线升级接口，为数据记录设备提供功能更加全面的解决方法。

Description

一种基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法

技术领域

本发明属于电子工程和机械设计领域，具体涉及一种基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，主要用于设备的命令传递、信息交互数据存储，特别适用于飞行器类产品的关键参数记录。

背景技术

传统的数据记录仪简称“黑匣子”，被广泛应用于飞机、车辆以及舰船等设备上，用于记录应用领域产品的语音环境以及性能参数等信息，可根据记录的信息数据，经过处理后送入一种模拟器，能够分析当时的现场环境。

传统的信息记录仪工作过程中智能接受信息数据，不具备数据的相互交换和发出控制指令，不能将实时数据返回给相应设备，无数据分析和处理功能，不能够对产品进行软件升级等操作，尤其是产品的小型化设计没有采取足够的措施而应用于小型飞行器设备。传统的信息记录设备需要进行功能性的提升以及产品的小型化设计，以满足各类产品对信息记录设备的要求。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，不仅能够完成目前数据记录仪的数据存储功能，针对产品的小型化需求提供一种基于叠层设计，各功能层级相互堆叠设计，具有尺寸小、操作性强、使用方便、维修测试性好的特点，实现基于模块小型化的数据记录设备，同时还具备1553B接口、信息交换接口和软件在线升级接口，为数据记录设备提供功能更加全面的解决方法。本发明所述的数据记录设备结构层级清晰，尺寸小，适应性强，能够普遍用于目前的各类功能产品中，具有良好的应用价值和推广前景。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于，包括依次连接的基础层、中间层和顶层的各功能层；

所述基础层为通讯板层，用于控制、通讯和开入量信号的采集和传输；

所述中间层包括依次连接的处理器板层和开入板层，处理器板层和开入板层的支架结构形式一致但各自的PCB板组件不同；处理器板层的支架上铆装有导销A且该导销A的前端插入通讯板层，开入板层的支架上铆装有导销A且该导销A的前端插入处理器板层的支架的导销A的后端；

所述顶层为滤波板层，其支架结构形式与所述中间层一致但各自的PCB板组件不同；滤波板层的支架上铆装有导销B且该导销B的前端插入开入板层的支架的导销A的后端；

所述导销A和导销B在中间层内部及各功能层之间进行堆叠的过程中进行导向，确保层级在盲插的过程中的准确定位与导向。

优选地，所述导销A铆装之前具有圆形台阶，圆形台阶与中间层支架相应的圆槽配合，导销A涨铆翻边在中间层支架的倒角处，涨铆之后导销A铆装在中间层支架上。

优选地，所述处理器板层和开入板层上安装的多个导销A呈非对称分布。

优选地，所述导销A与导销B的结构形式一致，功能、安装方式相同，只是导销B与导销A的尺寸不同。

优选地，所述通讯板层、处理器板层、开入板层、滤波板层的各层级内部的支架上均同时具有两种不同第一对插标识和第二对插标识，用于在装配过程中区分位置关系；但各层级之间的第一对插标识相同、第二对插标识也相同，用于在装配过程中进行相互对应。

优选地，还包括出线层壳体；

所述出线层壳体安装在所述顶层的上面，使顶层的上面具有走线空间。

优选地，还包括挡板；

所述挡板安装在所述顶层与所述出线层壳体、所述出线层壳体的内部台阶上；所述挡板具有穿线孔和绑线孔，用于将顶层引出的线束固定在挡板上，同时出线层壳体间的线束隔离在出线层壳体内，确保引出线在使用中不会受到外力的作用，保护引出线的焊接点，同时保护顶层的功能组件不被引出线碰撞。

优选地，还包括顶盖和接插件，所述顶盖安装在所述出线层壳体的顶部，所述接插件为设备的对外电气接口，安装在所述顶盖上；

所述顶盖包括左顶盖、右顶盖，从左右可以分开，所述接插件先焊线再装顶盖，避免焊线结束后维修过程中顶盖挂在线束之间，同时顶盖的分开设计能够使引出线的出线长度剪短，避免大量多余线束盘绕在出线层壳体内部。

优选地，所述左顶盖、右顶盖均各自设有朝向对方的缺口，组合的缺口供所述接插件穿过。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种如前所述的基于叠层设计的小型数据记录设备的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将基础层、中间层、顶层装配到位，将每一层按照相应的标识堆叠在一起，各层上的导销铆装紧固，各层的配合面粘贴上相应的导电橡胶垫；

S2、将挡板固定在出线层壳体上；

S3、用螺杆将每一层压紧；

S4、将顶层的引出线绑扎在挡板上，比划出余线长度；

S5、将引出线焊接在相应的接插件上；

S6、安装左右顶盖，将接插件固定在顶盖上。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，具有产品截面尺寸小、各功能层级堆叠安装、盲插操作性好、测试维修性能好的特点，可以广泛应用于具有类似功能特性和结构特点的产品设计。

2、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，功能层级的PCB组件上的元器件可达性好，在产品调试试验中能够准确定位到元器件级别，具有良好的测试性。

3、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，功能层级之间除了PCB组件上的对插接插件具有一定的导向功能外，各层级上安装的导向销具有层级定位的功能，可以实现层级之间的盲插，在装配过程中即使看不到插合到位的情况也能够保证功能层级对插的可靠性。

4、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，在影响到产品对插方面，每一层具有特有的对插标识，同时导销在层级上的安装是非对称的特点，即使层级的支架的外观是对称件，安装导销后的层级就形成非对称结构，避免层级堆叠时出现误操作，损坏PCB组件，安装过程可以确保层级堆叠不出现误操作。

5、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，功能层级的引出线被固定在挡板上，同时挡板具有区间隔离功能，确保引出线在产品使用中不会受到外力的作用，保护引出线的焊接点，同时保护产品顶层的功能组件不被引出线碰撞。

6、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，左右顶盖分开设计，确保产品电气接口接插件能够先焊线再装顶盖，避免焊线结束后维修过程中顶盖挂在线束之间，同时顶盖的分开设计能够使引出线的出线长度剪短，避免大量多余线束盘绕在出线层壳体内部。

7、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，各层级设计有助力口(支架上游缺口，产品堆叠后留有局部缺口)，便于产品在拆卸的过程中分开各层级，同时导销的导向作用可以保证各层级在拔出的过程中不会使层级印制板组件的对插接插件产生偏载而损坏PCB组件。

8、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，产品组装完成后具有良好的电磁屏蔽特性。

附图说明

图1是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的分解示意图；

图2是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的装配示意图；

图3是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的侧视示意图；

图4是图3中导电橡胶垫的局部放大示意图；

图5是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的基础层立体示意图；

图6是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的基础层剖视及局部放大示意图；

图7是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的中间层立体示意图；

图8是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的中间层剖视及局部放大示意图；

图9是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的导销A安装及结构示意图；

图10是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的导销B安装及结构示意图；

图11是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的叠层结构安装示意图；

图12是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的左右顶盖及接插件装配完成后的正向示意图；

图13是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的左右顶盖及接插件装配完成后的反向示意图；

图14是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的左右顶盖及接插件装配过程的正向示意图；

图15是本发明实施例的基于叠层设计的小型数据记录设备的左右顶盖及接插件装配过程的反向示意图。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-15所示，本发明提供一种基于叠层设计的小型数据记录设备，包括通讯板层1(基础层)、处理器板层2和开入板层3(中间层)、滤波板层4(顶层)、导电橡胶垫12、底盖6、出线层壳体5、挡板7、左顶盖8、右顶盖9、螺杆10、接插件11等。

其中通讯板层1、处理器板层2、开入板层3、滤波板层4都有相应的功能模块，主要由相应的层支架、导销、PCB组件、胶木化垫片组成，形成具有一定功能的硬件组件。基于叠层设计的小型数据记录设备的效果图如图1、图2所示。

基于叠层设计的小型数据记录设备由通讯板层1、处理器板层2、开入板层3、滤波板层4、导电橡胶垫12、底盖6、出线层壳体5、挡板7、左顶盖8、右顶盖9、螺杆10、接插件11组成；其中通讯板层1、处理器板层2、开入板层3、滤波板层4都有相应的功能模块，主要由相应的层支架、导销、PCB组件、胶木化垫片组成，形成具有一定功能的硬件组件。基于叠层设计的小型数据记录设备的效果图如图1-4所示。

所述的通讯板层1如图5-6所示，其为整个设备的基础层，所有的叠层组件是以通讯板层1为基础进行叠加，其最大尺寸为100mm×100mm×24.5mm。通讯板层1由通讯板13、通讯板支架14、胶木垫15以及标准件组成。通讯板具有控制、通讯和开入量信号的采集和传输功能；通讯层支架主要用于安装通讯板，实现通讯板在支架上的固定，同时具有整个设备的安装接口和层间固定接口，安装接口可以安装标准的减震器，通讯板支架上刻有标识“Ⅰ”和“Ⅱ”用于在装配过程中区分位置关系，与通讯板上的“Ⅰ”和“Ⅱ”对应，同时和层间的“Ⅰ”和“Ⅱ”对应；胶木垫有两件，安装在通讯板的正反面，防止通讯板在安装过程中直接接触金属表面。

所述的处理器板层2和开入板层3如图7-8所示，其为整个设备的中间层，中间层的结构形式一致，其最大尺寸为100mm×100mm×15mm。中间层包括PCB板16、中间层支架17、胶木垫15、导销A18以及标准件组成。PCB板组件的安装形式同基础层(通讯板层1)相同；中间层增加了导销A(以附图标记18表示)，如图9、11所示，其作用是在中间层进行堆叠的过程中进行导向，确保层级在盲插的过程中的准确定位与导向。中间层支架上刻有标识“Ⅰ”和“Ⅱ”，同整机的标识一致，装配过程中进行相互对应。

所述的滤波板层4为整个设备功能层级的顶层，其结构形式与中间层一致，顶层的导销为导销B(以附图标记19表示)，如图10-11，与中间层的导销A18进行配合使用，其作用与中间层的导销功能相同；导销B的后端可以没有、也可以没有导销A后端的凹槽，图10-11示出的情况为没有凹槽的情况。

所述的导电橡胶垫12由1mm后的具有导电和弹性的板材加工而成，安装在设备的各层级及结构件的配合面上，如图3-4所示，实现结构件的电连续，确保设备满足电磁兼容性的辐射特性要求。

所述的底盖6安装在基础层的底部，保护基础层反面的PCB组件，实现产品的底部密封。

所述的出线层壳体5安装在功能层级顶层的上面，使功能层级的上面具有一定的走线空间。

所述的挡板7为聚四氟乙烯材料，设计有穿线孔和绑线孔，目的是将功能层级引出的线束固定在挡板7上，同时出线层壳体5间的线束隔离在出线层壳体5内，防止产品在外界振动环境条件下线束撞击功能板卡，造成功能板卡的失效。

所述的左顶盖8、右顶盖9进行配合使用，如图12-15所示，使设备顶部达到密封，安装在出线层壳体5上，同时顶盖为两片结构，在顶盖上装有接插件11的前提下能够将左右顶盖9从两边分开，确保设备的维修性和装配工艺性。

所述的螺杆10将紧固在基础层上，使所有的功能层级和出线层壳体5相互挤压连接在一起。

所述的接插件11为设备的对外电气接口，安装在左右顶盖9上，左右顶盖9取下螺纹紧固件后，从左右可以分开，确保接插件11尾部焊线后能装配到顶盖上。

基于叠层设计的小型数据记录设备装配方法如下：

按照图5-8将本发明的基础层、中间层和顶层完成装配，装配过程中PCB组件的正反两面都安装有胶木垫，用标准件将PCB组件连同胶木垫紧固。按照图9、11的形式将导销A18铆装到中间层支架上，导销A18铆装之前具有圆形台阶181，圆形台阶181与中间层支架相应的圆槽配合，导销A18涨铆翻边在中间层支架的倒角处(图9导销涨铆位置182)，涨铆之后导销A18铆装在中间层支架上，图9所示具有4个导销A18，铆装在中间层支架上不对称的4处，防止叠层对插是误操作。按照图10的形式将导销B19铆装到顶层支架上，导销A18与导销B19的结构形式一致，功能、安装方式相同，只是导销B19的尺寸不一样(由于导销之间需相互配合)。

按照图11的形式将基础层、中间层、顶层、出线层壳体5、底盖6、挡板7进行装配，层级之间黏贴有导电橡胶垫12。其中底盖6用螺钉安装在基础层的反面，挡板7用螺钉安装在出线层壳体5内部台阶上。将处理器板层2按照标识“Ⅰ”和“Ⅱ”与基础层的标识对应，导销A18的定向凸台183(凸出支架的部分)插入基础层的台阶孔内；将开入板层3按照标识“Ⅰ”和“Ⅱ”与处理器板层2的标识对应，开入板层3上铆装的导销A18定向凸台插入处理器板层2导销A18的导向孔184(见图9)；将顶层按照标识“Ⅰ”和“Ⅱ”与开入板层3的标识对应，导销B19的定向凸台插入开入板层3上导销A18的导向孔内；用8根螺杆10将出线层壳体5连同各层级紧固压紧在基础层上(基础层台阶孔内孔为螺纹孔)，即图11所示的叠层效果。

顶层的PCB组件上会焊接导线(引出线)与对外接口进行通电或通讯，引出线从挡板7穿出并将根部绑扎在挡板7上，根据出线层壳体5高度比划出引出线的长度，将引出线焊接到接插件11的尾部，焊接过程确保引出线在便于操作的同时尽可能短。

按照图12-15的形式将接插件11固定在左右顶盖9上，接插件11的开孔被左右顶盖9分为两半，将配过程中将左右顶盖9套装在接插件11上，用螺钉链接左右顶盖9(图12-15中左右顶盖9对接缝处的沉头孔)，将安装在一起的左右顶盖9用螺钉固定在出线层壳体5的顶部(出线层壳体5顶部有对应的螺纹孔)，最后将接插件11用螺钉固定。至此，完成了叠层数据记录设备的装配。

综上所述，本发明具有以下显著优势：

1、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，具有产品截面尺寸小、各功能层级堆叠安装、盲插操作性好、测试维修性能好的特点，可以广泛应用于具有类似功能特性和结构特点的产品设计。

2、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，功能层级的PCB组件上的元器件可达性好，在产品调试试验中能够准确定位到元器件级别，具有良好的测试性。

3、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，功能层级之间除了PCB组件上的对插接插件具有一定的导向功能外，各层级上安装的导向销具有层级定位的功能，可以实现层级之间的盲插，在装配过程中即使看不到插合到位的情况也能够保证功能层级对插的可靠性。

4、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，在影响到产品对插方面，每一层具有特有的对插标识，同时导销在层级上的安装是非对称的特点，即使层级的支架的外观是对称件，安装导销后的层级就形成非对称结构，避免层级堆叠时出现误操作，损坏PCB组件，安装过程可以确保层级堆叠不出现误操作。

5、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，功能层级的引出线被固定在挡板上，同时挡板具有区间隔离功能，确保引出线在产品使用中不会受到外力的作用，保护引出线的焊接点，同时保护产品顶层的功能组件不被引出线碰撞。

6、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，左右顶盖分开设计，确保产品电气接口接插件能够先焊线再装顶盖，避免焊线结束后维修过程中顶盖挂在线束之间，同时顶盖的分开设计能够使引出线的出线长度剪短，避免大量多余线束盘绕在出线层壳体内部。

7、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，各层级设计有助力口(支架上游缺口，产品堆叠后留有局部缺口)，便于产品在拆卸的过程中分开各层级，同时导销的导向作用可以保证各层级在拔出的过程中不会使层级印制板组件的对插接插件产生偏载而损坏PCB组件。

8、本发明的基于叠层设计的小型数据记录设备及装配方法，产品组装完成后具有良好的电磁屏蔽特性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于，包括依次连接的基础层、中间层和顶层的各功能层；

所述基础层为通讯板层，用于控制、通讯和开入量信号的采集和传输；

所述中间层包括依次连接的处理器板层和开入板层，处理器板层和开入板层的支架结构形式一致但各自的PCB板组件不同；处理器板层的支架上铆装有导销A且该导销A的前端插入通讯板层，开入板层的支架上铆装有导销A且该导销A的前端插入处理器板层的支架的导销A的后端；

所述顶层为滤波板层，其支架结构形式与所述中间层一致但各自的PCB板组件不同；滤波板层的支架上铆装有导销B且该导销B的前端插入开入板层的支架的导销A的后端；

所述导销A和导销B在中间层内部及各功能层之间进行堆叠的过程中进行导向，确保层级在盲插的过程中的准确定位与导向；

所述导销A铆装之前具有圆形台阶，圆形台阶与中间层支架相应的圆槽配合，导销A涨铆翻边在中间层支架的倒角处，涨铆之后导销A铆装在中间层支架上；

所述导销A与导销B的结构形式一致，功能、安装方式相同，只是导销B与导销A的尺寸不同。

2.如权利要求1所述的基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于：

所述处理器板层和开入板层上安装的多个导销A呈非对称分布。

3.如权利要求2所述的基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于：

所述通讯板层、处理器板层、开入板层、滤波板层的各层级内部的支架上均同时具有两种不同第一对插标识和第二对插标识，用于在装配过程中区分位置关系；但各层级之间的第一对插标识相同、第二对插标识也相同，用于在装配过程中进行相互对应。

4.如权利要求3所述的基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于：

还包括出线层壳体；

所述出线层壳体安装在所述顶层的上面，使顶层的上面具有走线空间。

5.如权利要求4所述的基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于：

还包括挡板；

所述挡板安装在所述顶层与所述出线层壳体、所述出线层壳体的内部台阶上；所述挡板具有穿线孔和绑线孔，用于将顶层引出的线束固定在挡板上，同时出线层壳体间的线束隔离在出线层壳体内，确保引出线在使用中不会受到外力的作用，保护引出线的焊接点，同时保护顶层的功能组件不被引出线碰撞。

6.如权利要求5所述的基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于：

还包括顶盖和接插件，所述顶盖安装在所述出线层壳体的顶部，所述接插件为设备的对外电气接口，安装在所述顶盖上；

所述顶盖包括左顶盖、右顶盖，从左右可以分开，所述接插件先焊线再装顶盖，避免焊线结束后维修过程中顶盖挂在线束之间，同时顶盖的分开设计能够使引出线的出线长度剪短，避免大量多余线束盘绕在出线层壳体内部。

7.如权利要求6所述的基于叠层设计的小型数据记录设备，其特征在于：

所述左顶盖、右顶盖均各自设有朝向对方的缺口，组合的缺口供所述接插件穿过。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于叠层设计的小型数据记录设备的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将基础层、中间层、顶层装配到位，将每一层按照相应的标识堆叠在一起，各层上的导销铆装紧固，各层的配合面粘贴上相应的导电橡胶垫；

S2、将挡板固定在出线层壳体上；

S3、用螺杆将每一层压紧；

S4、将顶层的引出线绑扎在挡板上，比划出余线长度；

S5、将引出线焊接在相应的接插件上；

S6、安装左右顶盖，将接插件固定在顶盖上。

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