浅析机载电子设备刚性安装设计

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发布于2023-02-15

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　　本文主要围绕电子设备安装架刚性连接中易出现的磨损和点蚀问题，结合工作条件，对电子设备在试验和使用中受力情况进行了理论分析；并根据材料的属性，分析了点蚀形成的原因。针对存在的问题，在安装架刚性连接部位，确定了解决方案，设计了V形条和V形垫板，增加侧向约束，限制设备侧向自由度，减少安装板和设备底板结合面的磨损，降低对摩擦力的依赖；改变接触件材料，减少金属离子融合概率，提高了电子设备的可靠性。　　　　机载电子设备在飞机上安装时，一般通过安装架来实现快速装卸。早期电子设备由于某些元器件对冲振较为敏感；加之结构件受加工制造水平限制，自身刚度较低。为防止电子设备因受冲振影响而损坏，必须在安装架下设置减震器来减缓冲振对设备的影响。这种减震模式在机载电子设备设计中沿用多年，已暴露处很多不足之处。如减震器占用了飞机上宝贵的空间和重量，而且其使用范围较窄，工作寿命短等，直接影响和制约着飞机的安全性。

　　近年来，随着科技飞速发展，大规模集成电路的应用越来越普遍，软件技术逐步普及，数控加工技术的提高，机载电子设备的刚性安装已逐渐成为主流。所谓刚性安装，就是设备与安装架之间不使用减震器，通过优化设计，提高设备和安装架的自身刚度，实现抗振能力。其优点是节省空间，维护成本低。其缺点是“硬碰硬”，一旦设计不当，会导致结构件磨损，严重时会影响设备性能，给飞机安全带来隐患。在进行设计时，一定要分析受力情况和材料属性。　　　　在产品初样中，电子设备和安装架均为刚性设计，二者之间通过前紧定装置和后部的斜面压块连接。设备在振动试验后，设备的底部和安装架接触面上有大量的黑色粉末状物质，且设备底面、安装架接触面都有不同情况的局部点蚀现象。虽然设备的电性能正常，安装架本身结构也没有大的损坏，但这个问题不解决，在后续使用会存在安全隐患。　　　　首先从从工作条件方面来看，设备磨损最主要是受力过载所致。设备在试验和使用中受力情况分为两类，一类是预紧力也叫主动力，是设备在受到工作载荷之前，为了增强连接的可靠性和紧密性，防止受到载荷后设备与安装架之间出现缝隙或者相对滑移而预先加的力。预紧力主要为前紧定装置施加在设备上的作用力，该作用力可分解为水平作用力和垂直作用力。另一类是被动受力也就是载荷力，主要是在使用中受到的各种冲击振动等所产生的作用力，这些作用力的大小、方向时刻都在交替变化。当预紧力不足抵抗载荷力时，设备与安装架之间就会产生滑动，从而出现磨损。　　　　其次，从材料方面来看，因软质金属不如硬质金属耐磨，在进行初始设计时选用比强度较高的硬铝2A12，对其进行了热处理强化和表面导电氧化处理。由于设备与安装架为同一种高强度材料，在长时间受循环、交变应力作用下，表面金属材料在经过塑性变形、金属互溶、微小撕裂、裂纹扩展、表面金属脱落过程后形成点蚀。　　　　综上述，解决问题的方案应从两方面着手，一是在侧向增加约束，限制设备侧向自由度，减少对摩擦力的依赖；二是改变接触件材料，减少金属离子融合概率。　　　　在正样设计阶段，安装架上设计了两条凹面V形垫板，设备底板对应位置设计两条凸面的V形条。安装时，V形垫板和V形条相互配合，设备在左右侧向的自由度受限，约束可靠，解决了设备左右滑动的问题。V形垫板材料选用45#钢，表面进行镀铬处理，提高了耐蚀性和耐磨性，设备底板材料仍为2A12，减少二者之间金属离子融合的概率。相比初样设计，设备在安装架上的自由度全部受限，前紧定装置只需提供足够的预紧力，就可使设备各方向约束可靠。重新试验后，检查安装架和设备底面，没有黑色粉末出现，也没有点蚀情况，设备工作正常，改进效果明显。　　　　刚性连接设计在电子设备的应用中尚处起步阶段，针对出现的问题，应及时分析原因并优化设计，只有这样才能提高设备的可靠性。

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