Разновидности шестигранных стоек для печатных плат

Зачем нужны шестигранные стойки и как они устроены

Шестигранные стойки — крепежные элементы, предназначенные для соединения печатных плат с шасси или между собой. Они имеют форму стержня с шестигранным профилем, на концах которого выполнена внутренняя или наружная резьба. Широкий ассортимент https://krepcom.ru/catalog/stoyki-dlya-pechatnykh-plat/shestigrannye/ охватывает несколько десятков типоразмеров, различающихся высотой, диаметром, материалом и стандартом резьбы. Конструкция стойки обеспечивает быстрое разъемное соединение без дополнительных пластиковых деталей.

Основное назначение стойки — позиционирование платы относительно шасси с заданным зазором. Во время работы электронные компоненты выделяют тепло; наличие зазора способствует циркуляции воздуха и отводу тепла. Кроме того, воздушный промежуток между платой и проводящим шасси исключает случайное касание токоведущих дорожек. Стойка служит промежуточным звеном, воспринимающим механические нагрузки от веса платы и вибраций корпуса.

Основные функции стоек: зазор, жесткость, крепление

Первая функция — фиксированный зазор. Его величина задается высотой стойки и определяет допустимый уровень обратной стороны платы. Поэтому при монтаже плат с крупными компонентами на обратной стороне выбирают стойки увеличенной высоты. Рекомендуемый минимальный зазор для плат с обычными компонентами составляет 5 мм, а для плат с высокими элементами — от 10 мм.

Вторая функция — обеспечение жесткости конструкции. Стойки, закрепленные в нескольких точках, образуют силовую схему, препятствующую изгибу платы. Жесткость зависит от материала стойки и диаметра. Металлические стойки с резьбой М3 и выше выдерживают нагрузки, возникающие при монтаже тяжелых трансформаторов и радиаторов. Нейлоновые стойки обладают меньшей жесткостью, но компенсируют это высокой эластичностью.

Третья функция — крепление. Стойка объединяет плату и шасси посредством резьбы: одна часть фиксируется на основании, другая притягивает плату. Такое соединение является разъемным, что важно для технического обслуживания и модернизации. В отличие от пайки или клея, винтовое соединение допускает многократный демонтаж без разрушения крепежных элементов.

Различия между стойками, втулками и винтами-распорками

Все три типа деталей решают задачу создания зазора, однако конструктивные исполнения различны. Стойка — это деталь с шестигранным профилем и резьбой, предназначенная для соединения через резьбу. Втулка представляет собой цилиндрическую деталь с гладкой внешней поверхностью; она может иметь внутреннюю резьбу или быть резьбовой только с одной стороны. Втулка обычно запрессовывается в отверстие шасси, а не вкручивается.

Винт-распорка — это винт удлиненной формы, у которого часть стержня между головкой и резьбой не имеет резьбы. Он выполняет функцию стойки, но крепится только с одной стороны (головкой к плате, резьбой в шасси). Преимущество винта-распорки — меньшее количество деталей, недостаток — сложность точной установки зазора, поскольку он зависит от позиционирования винта. Стойка же устанавливается отдельно и фиксируется с двух сторон, что обеспечивает большую точность высоты.

Шестигранная форма стойки позволяет надежно удерживать ее ключом при затяжке контрящей гайки или винта. У втулок и винтов-распорок такой возможности нет, поэтому они требуют использования отвертки или специального инструмента.

Типы исполнения и материалы

Стойки с внутренней и наружной резьбой: особенности монтажа

По наличию резьбы различают три основных исполнения. Стойка с внутренней резьбой с обеих сторон (тип «мама-мама») представляет собой втулку с шестигранным наружным профилем. С обеих сторон имеются отверстия с резьбой. Для монтажа с одной стороны вворачивается винт в шасси, с другой — винт, прижимающий плату. Такой тип часто применяют для крепления платы над панелью.

Стойка с наружной резьбой с обеих сторон (тип «папа-папа») имеет резьбовые стержни, выступающие с обеих торцов. Один стержень вкручивается в отверстие шасси, на второй надевается плата и затягивается гайкой. Комбинированный тип «папа-мама» имеет один резьбовой стержень и одно резьбовое отверстие. Стержень вкручивается в шасси, а плата фиксируется винтом в отверстии. Такое исполнение удобно для быстрого монтажа плат, так как не требует доступа с обратной стороны шасси.

Для затяжки стоек используют шестигранный ключ соответствующего размера. Для диаметров М2—М3 размер ключа обычно 5–5,5 мм, для М4–М6 — 7–8 мм. Применение правильного инструмента исключает повреждение граней стойки.

Сравнение нейлона, латуни, алюминия и стали

Нейлоновые стойки получают литьем под давлением из полиамида. Они обладают малым весом (плотность около 1,2 г/см³) и полной электрической изоляцией. Нейлон стоек к воздействию слабых кислот и щелочей, однако при температуре выше 120 °C он размягчается. Латунные стойки изготавливают из латуни марок ЛС59, ЛС63. Латунь имеет высокую электропроводность и хорошую обрабатываемость. Для защиты от окисления латунную поверхность покрывают никелем или цинком.

Алюминиевые стойки обычно изготавливают из сплава АД31 (6061). Алюминий в 3 раза легче стали и латуни, при этом обладает достаточной прочностью для большинства узлов. Оксидная пленка, образующаяся на поверхности, защищает металл от коррозии, но при этом повышает переходное сопротивление в резьбовом соединении. Стальные стойки из углеродистой стали с цинковым или кадмиевым покрытием применяют для ответственных соединений, где нужна повышенная механическая прочность.

Выбор материала определяется условиями эксплуатации и требованиями электрической безопасности. Для высокочастотных схем предпочтительны нейлоновые стойки, исключающие наводки на массу. Для цепей питания, где необходим токопроводящий контакт между шасси и платой, используют латунные или алюминиевые стойки.

Параметры выбора: длина, резьба, диаметр

Как определить нужную высоту стойки для стека плат

Высота стойки — это расстояние между опорными торцами. Для стека из нескольких плат расчет ведется по формуле: H = T1 + T2 + … + G, где T — толщины плат, G — требуемый зазор между ними, H — высота стойки. Если стойка устанавливается между платой и шасси, то H = T + G, где T — толщина платы, G — зазор от платы до шасси. Например, при толщине платы 1,6 мм и требуемом зазоре 10 мм нужна стойка высотой 11,6 мм. Стандартный ряд высот включает значения 10, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50 мм; допускается подбор ближайшей стандартной высоты.

При расчете зазора необходимо учитывать высоту компонентов на обеих сторонах платы. Для плат с разъемами и электролитическими конденсаторами на обратной стороне зазор увеличивают на высоту этих элементов плюс 2–3 мм запаса. Также принимают во внимание прогиб стойки под весом платы: для длинных стоек (свыше 30 мм) лучше выбирать материал с более высоким модулем упругости.

Метрическая и дюймовая резьба: стандарты и взаимозаменяемость

В электронной промышленности применяются две системы резьбы: метрическая (ISO) и дюймовая (UNC). Метрическая резьба обозначается как М2, М2,5, М3, М4, где цифра — диаметр в миллиметрах. Шаг резьбы для М3 — 0,5 мм, для М4 — 0,7 мм. Дюймовая резьба имеет обозначение в виде номера (калибр) и количества витков на дюйм, например #4-40 (число 40 — витков на дюйм). Диаметры этих резьб не совпадают с метрическими: #4-40 имеет диаметр 2,84 мм, #6-32 — 3,51 мм.

Взаимозаменяемость отсутствует: винт М3 не навинчивается на стойку с резьбой #6-32. Поэтому при закупке крепежа следует строго соблюдать стандарт, указанный в конструкторской документации. Для перехода между стандартами существуют резьбовые переходники (ниппели), но их применение усложняет монтаж и увеличивает массу. Рекомендуется унифицировать резьбовые соединения в пределах одного устройства.

Практические рекомендации по монтажу

Подбор крепежа под стойку и плату

Винты для стойки подбирают по диаметру и шагу резьбы внутреннего отверстия. Для стойки с метрической резьбой М3 необходимы винты М3 с шагом 0,5 мм. Длина винта должна позволять ввернуться в резьбу на глубину, равную не менее полутора диаметров резьбы. Для М3 минимальная глубина — 4,5 мм. Для стойки длиной 10 мм это допустимо, для стойки длиной 6 мм нужно следить, чтобы винт не уперся в дно отверстия.

Если стойка имеет наружную резьбу, подбирают гайку и шайбу. Гайка должна соответствовать стандарту резьбы. При использовании стальных стоек с цинковым покрытием применяют стальные оцинкованные гайки; латунные стойки комплектуют латунными гайками для исключения гальванической коррозии. Винты с крестовым шлицем удобны для монтажа, а шестигранная головка позволяет создавать больший крутящий момент.

Критерии выбора крепежа:

• Совпадение стандарта резьбы винта и стойки.
• Длина винта, достаточная для входа в стойку на 3–4 витка.
• Материал винта, совместимый с материалом стойки и условиями среды.
• Тип шлица, соответствующий инструменту на сборочной линии.

Типичные ошибки при установке и способы их избежать

Наиболее частые ошибки возникают из-за недостаточной подготовки отверстий. Отверстия в плате должны быть соосны с отверстиями в шасси. Если плата устанавливается на несколько стоек, первоначально все стойки вкручивают в шасси и только затем накладывают плату. При перекосе платы винт входит под углом, вызывая деформацию платы.

1. Сначала вкрутите все стойки в шасси, проверьте их параллельность.
2. Установите плату, совмещая отверстия со стойками.
3. Затягивайте винты крест-накрест, увеличивая усилие равномерно.
4. Проверьте зазор между платой и шасси щупом.

Другой ошибкой является чрезмерный момент затяжки. Для резьбы М3 максимально допустимый момент составляет 0,5 Н·м, для М4 — 1,2 Н·м. Превышение приводит к срыву резьбы или растрескиванию платы. Использование отверток с фиксацией момента позволяет избежать этой проблемы.

Также следует избегать сочетания стальных винтов с алюминиевыми стойками без антикоррозийного покрытия, так как контакт разных металлов ускоряет коррозию. В агрессивных средах необходимо применять стойки из нержавеющей стали или латуни.

Для узлов, работающих при вибрациях, рекомендуется дополнительно наносить на резьбу анаэробный фиксатор резьбы. Это предотвращает самоотвинчивание стоек и падение платы.

Правильно выбранная стойка с корректно подобранным крепежом обеспечивает надежное крепление платы и сохранность электрических соединений при механических воздействиях.

Видео