КАРКАС БЛОКА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
FRAME OF RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT UNIT

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в несущих конструкциях радиоэлектронной аппаратуры, преимущественно подвижных, может применяться в геофизическом приборостроении, а также в любом виде транспорта, включая морской и авиационно-космический, в любых передвижных и стационарных комплексах.
Наиболее распространенные в мире конструкции каркасов выполняются в международном стандарте МЭК 60297-3-101:2004 «Механические конструкции для электронного оборудования. Размеры механических конструкций серии 482,6 мм (19 дюймов), часть 3-101. Блочные каркасы и связанные с ними вставные блоки». В России действует его полный аналог ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006 «Конструкции несущие базовые радиоэлектронных средств. Блочные каркасы и связанные с ними вставные блоки. Размеры конструкций серии 482,6 мм (19 дюймов)». В нем использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:
МЭК 60297-1:1986 Механические конструкции серии 482,6 мм (19 дюймов).
Размеры. Часть 1.Панели и стойки.
МЭК 60297-2:1982 Механические конструкции серии 482,6 мм (19 дюймов).
Размеры. Часть 2. Шкафы и шаги стоечных конструкций.
Этими стандартами регламентируются все наружные и внутренние присоединительные размеры каркасов, а также установка и закрепление их в стойках. При очень большом разнообразии конструкций вставных каркасов наиболее распространено их крепление с помощью уголков, поддерживающих каркасы снизу. Чтобы не выйти за наружные стандартные габариты каркасов и одновременно выдержать шаг установки каркасов в стойках, обеспечить тем самым совпадение крепежных отверстий каркасов и стоек, фирмы изготовители уменьшают наружные размеры каркасов на толщину металла поддерживающих полок, составляющую от 1 до 2 мм, за счет наружного вертикального размера каркасов, теряя при этом наиболее удобную зону для размещения наружных защитных крышек или экранов в виде простых листов, установленных в продольные пазы профилей. Профили таких вставных каркасов имеют уменьшенное сечение, по сравнению с настольными каркасами, а крышки или экраны выполняются более сложной конструкции, так как размещать их приходится внутри конструкции каркасов.
Другим распространенным вариантом крепления каркасов в стойках является крепление за их боковые части конструкции с помощью боковых направляющих, в том числе телескопических. Однако боковые направляющие имеют большой размер по ширине каркаса, что приводит или к уменьшению внутреннего размера каркасов, или к уменьшению толщины боковых частей каркаса, выполненных из прессованных профилей, до минимума, до толщины тонкостенного листа толщиной от 2 до 3 мм. В любом случае это приводит к большим конструктивным изменениям, уменьшению прочностных характеристик, ухудшающих функциональные возможности каркасов и ограничивающих их применение в подвижной радиоэлектронной аппаратуре.
28
Известен каркас «Еигорас universal» фирмы «Schroff», Германия, описанный в каталоге D|6 US|5 12|94 5|11 (39600-300) на стр.33.. Каркас изготовлен из прессованных профилей, имеет передние, задние горизонтальные стяжки с продольными пазами цилиндрической формы для крепления их винтами на плоской вертикальной поверхности боковых горизонтальных стяжек, боковые горизонтальные стяжки с продольными пазами, вертикальные стяжки с ребром и пазами на этом ребре. Передние, задние горизонтальные стяжки с продольными пазами цилиндрической формы и нарезанной в них резьбой крепятся винтами на плоской вертикальной поверхности боковых горизонтальных стяжек. Поэтому все знакопеременные динамические нагрузки концентрируются возле крепежных винтов, а именно на резьбе передних и задних горизонтальных стяжек из алюминиевого сплава и на тонкой стенке алюминиевого профиля боковых горизонтальных стяжек возле головки винтов. В этих самых ослабленных местах возникают большие концентрированные нагрузки. При малейшей перегрузке или ослаблении затяжки винтов происходит катастрофическое разрушение конструкции из-за больших удельных нагрузок. Вертикальные стяжки имеют на ребре открытые пазы, являющиеся односторонними упорами, односторонне ограничивающие вертикальные перемещения закрепленных боковых горизонтальных стяжек. Поэтому знакопеременные динамические нагрузки также концентрируются еще и в резьбовом отверстии с торца боковых горизонтальных стяжек, так как открытые пазы в самом нагруженном направлении не дают упора, не разгружают винты и резьбу от работы на срез. Конструкция каркаса позволяет осуществить его закрепление в стойке с помощью нижних поддерживающих уголков. Для этого вертикальный размер каркаса уменьшен симметрично с задней стороны на 2 мм, на толщину полки нижнего поддерживающего уголка, составляющую 1 мм, или на толщину защитной крышки (экрана), составляющую 1 мм. Закрепить экранированный каркас в стойке без нарушений стандартов ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006, МЭК 60297-1:1986, МЭК 60297-2:1982 практически невозможно даже при толщине полок поддерживающих уголков 1 мм, нижние поддерживающие уголки в стойке выходят в межблочное пространство, в технологический зазор, на толщину металла полок этих уголков. А так как толщина полки поддерживающих уголков, составляющая 1 мм, практически не применяется, а поддерживающие уголки с толщиной полки от 1,5 до 2 мм значительно выводят соответствующие размеры за рамки стандартов ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006, МЭК 60297-1:1986, МЭК 60297-2:1982, то стандартное закрепление, без задействования технологического межблочного зазора, равного 1,7 мм максимум, и предназначенного для гарантированной сборки, то есть без касания за соседние каркасы, невозможно. Чтобы уложиться в уменьшенные технологические зазоры, требуется высокая точность изготовления каркасов, но даже при качественном изготовлении и сборке, под действием динамических нагрузок, соседние каркасы могут взаимодействовать друг с другом из-за упругих колебаний несущих основную нагрузку горизонтальных передних и задних стяжек. Этот каркас имеет очень ограниченное применение в подвижной радиоэлектронной аппаратуре.
Известен каркас «Universal sub-rak tip 14 фирмы «ELMA», каталог Editon 01|06, стр.26. Каркас содержит выполненные из прессованного профиля передние и задние горизонтальные стяжки с продольными пазами цилиндрической формы и нарезанной в них резьбой, боковые горизонтальные стяжки с продольными пазами и защитными крышками или экранами, установленные в продольных пазах, вертикальные стяжки с ребром и прямоугольными пазами на этом ребре. Передние и задние горизонтальные стяжки с продольными пазами цилиндрической формы и нарезанной в них резьбой крепятся с помощью винтов на плоской вертикальной поверхности боковых горизонтальных стяжек, а вертикальные стяжки с ребром и прямоугольными пазами на этом ребре крепятся в продольном пазу боковых горизонтальных стяжек с помощью винтов, крепящих передние и задние горизонтальные стяжки.
Крепление с помощью винтов передних и задних горизонтальных стяжек с продольными пазами цилиндрической формы и нарезанной в них резьбой на вертикальной поверхности боковых горизонтальных стяжек, без дополнительных опор, концентрирует все знакопеременные динамические нагрузки в зоне крепежных винтов и делает ограниченными функциональные возможности каркаса. Вертикальные стяжки с ребром и прямоугольными пазами взаимодействуют с продольным пазом боковых горизонтальных стяжек с помощью узкой полоски ребра, ограничивают вертикальные перемещения боковых горизонтальных стяжек вверх-вниз, но из-за малой жесткости этой узкой полоски, вращению вдоль продольной оси препятствуют недостаточно для каркасов, применяемых в передвижных комплексах. А крепление вертикальных стяжек одними и теми же винтами, что передних и задних горизонтальных стяжек, сильно перегружает этот узел и делает его еще более уязвимым под действием знакопеременных динамических нагрузок. Боковые горизонтальные стяжки, с наружной стороны профиля, имеют защитные крышки или экраны, установленные в продольных пазах боковых горизонтальных стяжек, поэтому сам каркас имеет максимальные стандартные размеры. Закрепление его в стойке с помощью нижних поддерживающих уголков без нарушения стандартов ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006, МЭК 60297-1:1986, МЭК 60297-2:1982 совсем невозможно, а с помощью боковых направляющих любой конструкции без уменьшения внутреннего размера тоже. Поэтому каркас «Universal sub-rak tip 14 фирмы «ELMA», в подвижной радиоэлектронной аппаратуре имеет ограниченное применение несмотря на внешнее сходство с каркасом по авторскому свидетельству СССР №1736017.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является каркас, описанный в авторском свидетельстве СССР №1736017, МПК H05K 7/00, 5/00, который содержит выполненные из прессованного профиля передние, задние горизонтальные стяжки с продольными пазами, боковые горизонтальные стяжки с дополнительными продольными пазами, вертикальные стяжки с ребром, пазами и боковыми направляющими, закрепленными на этом ребре, элементы крепления в виде винта и гайки цилиндрической формы, причем передние, задние горизонтальные стяжки и вертикальные стяжки установлены в соответствующих дополнительных продольных пазах боковых горизонтальных стяжек и закреплены на них с помощью элементов крепления.
Недостатком прототипа является то, что глухие отверстия в продольных пазах горизонтальных стяжек, выполняющие функцию посадочных мест элементов крепления в виде винта и гайки цилиндрической формы, имеют высокую трудоемкость изготовления по сравнению со сквозными продольными пазами без глухих отверстий. Кроме того гайки цилиндрической формы имеют более высокую трудоемкость изготовления по сравнению со стандартными гайками. При динамических знакопеременных нагрузках острые кромки продольных пазов прямоугольной формы могут быть причиной преждевременных усталостных разрушений передних, задних горизонтальных стяжек с продольными пазами прямоугольной формы и глухими отверстиями в них, что снижает функциональные возможности каркаса.
Для получения продольных пазов прямоугольной формы при изготовлении прессованного профиля в прессовом инструменте необходимы острые кромки в его углах, которые быстрее изнашиваются, чем весь оставшийся контур, что приводит к более частой замене прессового инструмента, а следовательно, к повышению трудоемкости изготовления каркаса.
Кроме того, боковые направляющие, закрепленные на вертикальных стяжках, занимают много места по ширине каркаса, все внутренние и наружные размеры которого строго ограничены международными стандартами ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006, МЭК 60297-1:1986, МЭК 60297-2:1982, уменьшают его полезный объем за счет уменьшения внутреннего размера по ширине и делают каркас нестандартным, а следовательно, уменьшают его функциональные возможности. Также боковые направляющие, закрепленные на вертикальных стяжках, - это дополнительные детали, увеличивающие трудоемкость изготовления каркаса.
Таким образом, все известные конструкции каркасов из прессованных профилей с креплением в стойке за нижние поддерживающие уголки или за боковые направляющие, закрепленные на ребре вертикальных стяжек, не позволяют сделать один универсальный каркас, изготовленный полностью из прессованных профилей, без потерь его вертикальных или горизонтальных габаритов, изменения конструкции, без нарушения стандартов ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006, МЭК 60297-1:1986, МЭК 60297-2:1982, уменьшения его функциональных возможностей.
При использовании изобретения решается техническая задача - снижается трудоемкость изготовления каркаса и расширяются его функциональные возможности. Достигается это тем, что в каркасе блока радиоэлектронной аппаратуры, содержащем выполненные из прессованного профиля передние, задние горизонтальные стяжки с продольными пазами цилиндрической формы, вертикальные стяжки с ребром и пазами на этом ребре и боковые горизонтальные стяжки с дополнительными продольными пазами, в которых с помощью элементов крепления закреплены передние, задние горизонтальные и вертикальные стяжки, согласно изобретению вертикальные стяжки с наружных сторон каркаса снабжены дополнительными поперечными пазами, расположенными на уровне горизонтальных полок продольных пазов боковых горизонтальных стяжек.
Приведенная совокупность существенных признаков не известна из уровня техники, и можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение обладает мировой новизной и соответствует критерию изобретательский уровень.
В результате использования изобретения достигается следующий результат: появляется возможность применять более дешевый вариант крепления стяжек, при этом конструкция позволяет при более тяжелых условиях эксплуатации применять и элементы крепления в виде винта и гайки цилиндрической формы.
Кроме того, продольные пазы цилиндрической формы увеличивают жесткость и несущую способность передних и задних горизонтальных стяжек, а следовательно, и всего каркаса блока практически без увеличения его веса. Устранение острых углов в продольных пазах уменьшает количество концентраторов напряжений в передних и задних горизонтальных стяжках, а это увеличивает долговечность их работы от усталостных напряжений под действием знакопеременных динамических нагрузок, следовательно, увеличивает функциональные возможности каркаса. Также устранение острых углов в продольных пазах передних и задних горизонтальных стяжек повышает долговечность дорогостоящего прессового инструмента для их изготовления, уменьшает его количество за счет устранения причины преждевременного износа прессового инструмента, следовательно, уменьшает трудоемкость изготовления профилей и каркаса в целом.
Дополнительные поперечные пазы на вертикальных стяжках с наружных сторон каркаса, расположенные на уровне горизонтальных полок продольных пазов боковых горизонтальных стяжек, позволяют использовать эти горизонтальные полки продольных пазов боковых горизонтальных стяжек в качестве направляющих, без привлечения дополнительных деталей, но в отличие от крепления с помощью боковых направляющих или крепления за нижнюю наружную полку боковых горизонтальных стяжек с помощью нижних поддерживающих уголков уменьшения полезного объема не происходит. При этом не изменяются габариты каркаса и профилей и их конфигурации тоже. Продольные пазы боковых горизонтальных стяжек, предназначенные для крепления обшивок и экранов, сохраняются, и появляется возможность вставить экранированный каркас в приборную стойку без всяких переделок. Каркас можно использовать как в настольном закрытом защитными панелями исполнении, так и во вставном исполнении в приборную стойку, причем или, открытым, или экранированным без переделок конструкции профилей и каркаса в целом. Достигается максимальная универсальность каркаса, без потерь прочностных характеристик, без дополнительных деталей, таких как боковые направляющие, без нарушения стандартов ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006, МЭК 60297-1:1986, МЭК 60297-2:1982.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
На фиг.1 изображен общий вид каркаса блока радиоэлектронной аппаратуры;
На фиг.2 - сечение А-А, которое проходит по осям гаек цилиндрической формы, установленных в глухие отверстия передних и задних горизонтальных стяжек;
На фиг.3 - сечение Б-Б, которое проходит по середине передней горизонтальной стяжки;
На фиг.4 - сечение В-В, вариант крепления с помощью гаек цилиндрической формы, установленных в глухие отверстия передних и задних горизонтальных стяжек;
На фиг.5 - сечение Е-Е, вариант крепления передних и задних горизонтальных стяжек с помощью винтов и резьбы в продольном пазу цилиндрической формы, продольное сечение;
На фиг.6 - сечение Г-Г, фрагмент сечения передних и задних горизонтальных стяжек между боковыми горизонтальными стяжками и гайками цилиндрической формы, установленными в глухие отверстия передних и задних горизонтальных стяжек;
На фиг.7 - сечение Д-Д, фрагмент сечения передних и задних горизонтальных стяжек между боковыми горизонтальными стяжками по винту, ввернутому в резьбу, нарезанную в продольном пазу цилиндрической формы;
На фиг.8 - поперечное сечение продольных пазов цилиндрической формы, вариант закрытого типа;
На фиг.9 - вариант поперечного сечения продольных пазов цилиндрической формы открытого типа;
На фиг.10 - вид Ж на фиг.1, вид на дополнительные пазы вертикальных стяжек;
На фиг.11 - сечение И-И, поперечное сечение боковой горизонтальной стяжки.
Каркас блока радиоэлектронной аппаратуры имеет выполненные из прессованного профиля передние 1, задние 2 горизонтальные стяжки, боковые горизонтальные стяжки 3 с дополнительными продольными пазами, вертикальные стяжки 4 и 5 с ребром и прямоугольными пазами, элементы крепления в виде винтов 6 и гаек цилиндрической формы 7, установленных в глухих отверстиях 8 передних 1 и задних 2 горизонтальных стяжек.
Продольные пазы 9 для крепления передних 1, задних 2 горизонтальных стяжек в дополнительных продольных пазах 10 боковых горизонтальных стяжек 3 выполнены цилиндрической формы с диаметром, необходимым для нарезания в них резьбы с помощью резьбонарезного инструмента, например М 5, и завинчивания винтов 11 или самонарезающих винтов 12 того же диаметра. Кроме того, такая конструкция продольных пазов 9 позволяет при более жестких условиях эксплуатации использовать одновременно и крепление с помощью элементов крепления в виде винтов 6, но меньшего диаметра, например М 4, и гаек цилиндрической формы 7, установленных в глухих отверстиях 8 передних 1 и задних 2 горизонтальных стяжек, которые в свою очередь своими торцами также вставлены в дополнительные продольные пазы 10 боковых горизонтальных стяжек 3.
Продольные пазы цилиндрической формы могут быть открытого типа 9 или закрытого типа 13 и снабжены дополнительно технологическими канавками 14, симметрично расположенными по диаметру цилиндрической поверхности.
Вертикальные стяжки 4 и 5 с наружных сторон каркаса имеют дополнительные пазы 15, расположенные на уровне горизонтальных полок 16 продольных пазов боковых горизонтальных стяжек 3, с которыми взаимодействуют боковые поддерживающие уголки 17. При этом зона шириной 2 мм снизу каркаса для крепления каркаса в приборной стойке не используется и может быть применена для размещения защитных панелей и экранов 18 в предназначенных для этого продольных пазах 19 боковых горизонтальных стяжек.
Крепление передних 1, задних 2 горизонтальных стяжек в дополнительных продольных пазах 10 боковых горизонтальных стяжек разгружает винты элементов крепления от работы на срез, устраняет концентрированные нагрузки в профилях в зоне действия винтов, все статические и динамические нагрузки воспринимают сами профили с большой площадью контакта, а следовательно, с малыми удельными нагрузками.
Продольные пазы цилиндрической формы 9 или 13 позволяют применять как элементы крепления в виде винтов 6 и гаек цилиндрической формы 7, так и винты 11 или самонарезающие винты 12. При этом из-за уменьшения количества концентраторов напряжений в таких пазах увеличивается долговечность работы профилей передних и задних горизонтальных стяжек под действием знакопеременных динамических нагрузок.
Технологические канавки 14 на продольных пазах цилиндрической формы 9 или 13, симметрично расположенные по цилиндрической поверхности и с глубиной не менее высоты нарезаемой резьбы, уменьшают усилие нарезания в ней резьбы, а в пазах 9 открытого типа выравнивают радиальное давление на резьбонарезной инструмент и устраняют причину смещения оси резьбового отверстия относительно оси цилиндрической поверхности продольного паза.
Несмотря на то, что каркас и профили боковых горизонтальных стяжек имеют максимально возможные стандартные размеры, без допустимого занижения на 2 мм, нарушения стандартов ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006, МЭК 60297-1:1986, МЭК 60297-2:1982, заключающегося в использованию не по назначению части или всего технологического межблочного зазора при установке и закреплении каркасов в стойках, не происходит. В результате под воздействием динамических нагрузок каркасы не соприкасаются друг с другом.
Вертикальные стяжки 4 и 5 с ребром и прямоугольными пазами на этом ребре установлены в соответствующих пазах боковых горизонтальных стяжек с образованием профильного соединения, препятствующего перемещениям боковых горизонтальных стяжек вверх-вниз и вращению вокруг продольной оси под действием динамических нагрузок.
Практика применения каркасов показала, что такие профильные соединения вертикальных стяжек 4 и 5 с боковыми горизонтальными стяжками, а также крепление передних 1, задних 2 горизонтальных стяжек в дополнительных продольных пазах 10 боковых горизонтальных стяжек 3 обеспечивают работоспособность каркасов даже при значительном ослаблении затяжки винтов элементов крепления. Каркасы при эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры не требуют технического обслуживания, имеют оптимальное соотношение прочности и жесткости, обеспечивают надежную работу собранной в таких каркасах радиоэлектронной аппаратуры. Каркасы успешно применяются в геофизическом приборостроении, морском приборостроении, в аэрокосмических программах, передвижных и стационарных станциях космической связи, в изделиях военно-промышленного комплекса и в других отраслях техники.