电子设备板级振动测试工装设计

赵薇娜

（成都智明达数字设备有限公司，610091）

电子设备板级振动测试工装设计

赵薇娜

（成都智明达数字设备有限公司，610091）

本文对电子设备板级常用振动测试工装的形式、特点、结构进行了简要介绍，说明了板级振动测试工装的设计要点及注意事项，并重点对振动测试插箱的设计过程进行了详细介绍，可对板级振动测试工装结构设计提供有效的技术指导。

振动；测试；工装；结构；设计

0　前言

随着对电子设备可靠性要求的不断提高，越来越多的产品需要在环境试验环节增加振动试验项目，由于绝大多数板级产品无法直接固定在振动台上，因此需要使用专用的工装来进行振动试验。

出于试验效率、加固效果及可安装性等因素综合考虑，对于无母板或试验时不需上电工作的板卡及盒式设备，其振动工装可设计为角架形式，此形式可实现板卡或设备的竖向放置，并同时具有工装结构简单、稳定性好等优点。而对于在振动试验时有上电测试要求的板卡级产品，则需要将其振动工装设计为插箱形式，此种插箱式工装内部可同时装多块板卡，并可容纳一块或多块母板的安装和使用。下文将对振动试验工装，尤其是振动试验插箱的设计要点进行介绍。

1　振动测试工装刚度设计

振动测试工装的刚度设计是以保证不对电子设备承受的振动程度进行放大为基本目的的。因此，振动工装的刚强度设计必须遵循如下准则：

1）在振动激励频率范围内，所有层次结构不得出现有有害的结构谐振；

2）层次结构及其连接刚度，必须符合二倍频规则；

3）与印制板直接接触的各类结构件，其结构变形不得造成设备电信性能的下降或失灵；

4）在工装进行振动试验时，结构的实际应力必须小于其相应的许用应力；

5）可折或翻转式连接结构，必须消除结合面间的间隙，以避免引起附加冲击、非线性自激振荡和机械结构噪声。

为提高振动工装，尤其是振动试验插箱的结构刚度，首先需要了解常用的加强技术措施。

1） 通常振动工装与振动试验台之间采用M10规格的螺纹相联，从提高连接刚度的角度出发，应使连接点数量尽量多并保证它们能够同时承载。在工装设计中需注意选取合适数量及位置的连接点，保证其连接良好、均匀，并在安装时采用相同力矩，以保证由全部连接点来均匀承受各方向的振动载荷；

2） 插箱母板是电子模块、组件安装基础。在母板设计时既要适当考虑对振动的影响，不宜在母板上开连续的孔洞。否则应采用加筋、翻边、加厚等措施提高母板的刚度；

3） 振动试验插箱安装所有模块、组件后组合重心应落在振动台面中心附近，以防止局部扭振引起耦联振动；

4） 为保证振动工装结构强度，应选择足够的材料厚度，各部件间连接应可靠，使用的螺钉规格一般应在M6及以上，必要时还可增加焊接要求。

2　振动测试插箱设计过程

振动工装的主要作用为在尽量减少振动放大量的前提下，将需测试产品固定在振动台上，以完成各方向的振动试验，振动测试插箱的结构设计更侧重于插箱 强度而非功能，因此与普通插箱相比，其设计侧重点有很大不同。以下将以半包围壳体式的A产品为例对振动测试插箱的一般设计过程进行简要介绍。

2.1振动条件分析，确定插箱各基本参数。从A产品的应用场景可以得知此项目的功能振动量值为10.2g、耐久振动为13.8g，由于此量级对于半包壳体式产品来说相对较大，需要振动测试插箱具有尽量好的强度，根据振动台最大推力值并充分考虑余量后，可以计算得到在此振动量值下整体设备控制在30kg以内为佳，据此进行粗略估算后，选用了20mm厚的侧板及30mm厚的下盖板。

由于A产品后续生产量较大，考虑到试验效率，选择了一箱四板式结构，由于板间无对测需求，采用一母板对应一主板的形式进行测试，即一个插箱中的母板数量也是四块。

2.2振动台规格确认，选取插箱紧固点。对A产品振动试验量级进行评估后，选取合适振动台，并首先根据振动台图纸对振动台扩展台面进行3D建模，之后根据插箱预估的大概尺寸选定紧固点数量及位置，选点时注意保持工装重心居中。

2.3插箱尺寸计算，整体结构设计。根据板卡/测试母板尺寸及插箱板厚后可计算得到插箱尺寸，从而可对插箱 各侧板进行设计。在对各侧板进行结构设计时需注意各板间应尽量采用搭接结构，且紧固点间距不宜太大，以保证插箱强度，对于振动量级较大的插箱还需要增加上盖板，并对不需拆卸的各盖板添加焊接要求。

2.4母板及主板固定结构设计。由于振动测试母板对主板的振动结果有较大影响，需要在设计母板时即考虑其自身强度及最优固定方式，一般建议除了可将母板用多排螺钉紧固在插箱上以外，还可同时在母板另一侧增加一块强度较好的压板作为辅助固定。若母板表层有走线，则注意需在测试母板两面与结构件的接触区域各增加一块尼龙绝缘垫片以防止绿油磨穿后发生短路。设计时需根据测试母板正反面器件布局情况分别对插箱盖板、压板及绝缘片进行开槽避位，开槽时要特别注意绝缘片的安装方向。

在主板滑道结构设计时要注意即保留合适的安装间隙，又能保证锁紧条机构的效果能够良好发挥，一般建议单侧配合间隙保留0.5mm左右。注意在滑道前端还要考虑起拔装置的配合安装结构，以保证模块能够顺利进行插入和拔出。

2.5引线孔及加强梁设计。由于在进行功能振动试验时模块可能有引线需求，还需在插箱合适的盖板上开引线孔，孔的位置及尺寸需根据引出的插头尺寸确定，保证各插头均可顺畅引出，以便振动工装在试验过程中具有较好的可操作性。开孔时需谨慎选择孔位，尽量减小其对整体结构强度的影响，注意孔径应尽量小且最好为圆孔。另外考虑到两块主板间距较大的情况，可适当考虑在槽位间增加加强梁，以对插箱中部薄弱点进行进一步加强。

2.6重量校核及减重设计。A产品4个模块及测试母板的总重量共约3kg，因此需要将振动测试插箱自身重量控制在27kg以内。在以上各步设计完成后插箱重量约为31kg，因此还需在尽量不影响插箱强度的前提下适当进行减重设计，在非主要受力板上开减重槽，保证减重后重量小于27kg。

2.7成品效果。加工完成后的A产品振动测试插箱如下图所示，安装主板及母板后整个振动测试设备整体重量约为28kg，使用此插箱可顺利进行A产品的板级振动试验。

3　总结

振动测试工装的设计应综合考虑强度、重量、可安装性、可测试性、成本及可加工性等各方面因素，并在满足基本功能要求的前提下尽量达到各种需求的平衡。

对于振动测试工装，在设计中应注意符合以下原则：

1）插箱各面壁厚应足够厚，且各盖板尽量避免打孔，若一定要打孔则须为圆孔，方孔将会造成应力集中并严重降低插箱整体强度；

2）各盖板间应做成搭接结构，增强整体稳固性，必要时可焊接；

3）插箱内部测试母板最好为一整块，且主板板间距应尽量小，若各主板间距较大，最好在板间增加横梁拉紧，以增强稳固性；

4）插箱上各处紧固螺钉需要足够大，一般采用M6以上的螺钉；

5）插箱箱体与振动台的接触面平面度应足够高，最好能在0.1以上；

6）若使用焊接则全部需为满焊。

［1］季馨，电子设备振动分析与试验.东南大学出版社，1992. 10

［2］汪凤泉、季馨等电子设备振与冲击手册 科学出版社，1998

［3］ HJB68—92舰艇电子装备显控台、机箱、机柜通用规范 海军装备部 1992

［4］ GJB150A军用装备实验室环境试验方法

Design of vibration test fixture for electronic equipment board level

Zhao Weina
（Chengdu Mingda Digital Equipment Co.，Ltd.610091 Chi）

The electronic board level commonly used vibration tester installed the forms，characteristics and structure were briefly，explains the board level vibration test fixture design key points and matters needing attention and focus of the vibration test in box design process is introduced in detail in this paper，structure design of board level vibration testing loading，and to provide effective technical guidance.

vibration；TESTING；tooling；structure；design