电子电气产品机械结构设计浅谈

陈丽芬

摘要：随着社会经济的持续发展，科学技术有了较大的突破，人们对电子电气产品需求量和要求越来越高，为确保电子电气产品具备良好的性能，必须做好电子电气产品机械结构的设计，因此，文章重点探讨了电子电气产品机械结构的设计，以为相关同行提供参考。

关键词：电子;电气;产品;机械;结构;设计

1.    尺寸要求

结合电子电气设备和不同设备所需的空间，对基本尺寸和尺寸链进行确定，在确定尺寸系列时必须根据定型和通用尺寸，并将模块化、系统化、标准化可解决安装兼容性问题考虑在内。在设计机柜、外壳、面板、机箱、框架、母板等过程中，必须满足相关的法规和标准。

2.    安装要求

基于用户对产品的要求，需要对安装及固定方式进行修改（安装方式包括嵌入式、板式插拔、箱式插拔等），从而确保安装方式达到电气规定标准要求，并具备较强的安装兼容性和继承性。

3.    强度和刚度要求

结合电子电气产品的抗震、抗冲击、负载要求，验算强度和刚度设计。在设计强度和刚度时，必须将构件的连接方式考虑在内，如组装或焊接等;此外，还应将构件的结构形式考虑在内，通过增加压筋或者折弯的方式，使构件强度和刚度得到提升。

4.    外壳防护要求

设备的防护等级取决于设备的使用环境、设备防尘、防水要求。尤其是一些户外设备、长期处于恶劣环境下工作设备等要求其防护等级非常高，因此，必须根据防护等级要求完成外壳设计。

5.    通风散热方面的要求

结合设备负载和发热量设计通风和散热。如果电子电气设备机壳发热量较大，则可以考虑设计诸如风机之类的散热设备;若电子电气设备的发热量不大，则可以通过在机壳内设置散热板或者机壳打孔的方式;但在实际设计过程中，必须结合实际情况和要求确定散热方式，以免出现设计相互矛盾问题。

6.    配线布线要求

接线是连接电子电气产品的重要方法，在设置组件、插件、功能模块的空间方面，必须合理设置重要部件的电气连接、走线、母排、相序位置、电线穿孔等，结合使用电流对导线线径进行合理选择;然后，结合电气相关要求，将A相、B相、C相、中性线、地线、电源正负极等有不同颜色标识，并按照相关要求依次安排空间位置，如“左，中，右”或“前，中，后”，“上、中、下”。

接线前对电线进行分类，以避免各线路之间的相互干扰。基于功率电平对其进行分类，按照每个差分功率电平30dB为界限进行分组，还可把大功率直流、交流和射频线分成一组，小功率直流、射频线和交流为一组，分开数字线和模拟线、高频线和低频线，然后分别进行捆扎、敷设。进行布线时，使用束线带、塑料夹等捆扎线束，整个捆扎不宜过紧，确保导线不受应力影响，且将转角位置必须设置有圆弧过度;还可以将导线设置在行线槽内，在固定线束方面要确保其牢固性，避免线皮因振动而磨损。整个接线需达到相关要求，并保证电线布设的美观性。

7.    人机要求

电子电气产品在结构方面不仅应满足电气功能，而且还应对人体工程学、色彩学、建模理论进行运用，并将人与设备之间的关系考虑在内，设计出符合时宜的结构。在造型方面可以将工业设计思想融入其中，根据工艺和审美要求调整形体比例，并根据体积平衡原则，从而保证其具备美观大方的外观;在色彩搭配方面，应充分对色彩理论进行利用，满足操作者对色彩的需求，且保证其色彩搭配与环境融为一体。

8.    電磁兼容方面的要求

为了降低电磁干扰，不仅需从电路设计方面入手，还要对结构屏蔽的设计要重视。以下分别介绍了设计设备结构时应采取的接地和屏蔽措施。

8.1  接地

接地方式包括信号和机箱接地等。信号接地可提供所有或部分设备的电路电平参考平面。零电位和零电阻的物理实体是最佳接地平面，流经的电流在任何时候都不会出现压降;机箱接地不仅可以确保设备安全接地，而且可以保护操作员在操作中的安全，此外，还可以通过静电感应释放积聚在机箱中的电荷，避免电位升高出现的放电问题，最大限度保障设备运行的安全性。

有几种类型的接地：即浮动、混合、单点、多点接地等。一般在低频时多设计为单点接地，高频时多设计为多点接地。

8.1.1      接地线线径

在设计接地导线截面时，应结合导线的电流大小确定截面尺寸。

8.1.2      接地线长度

如果系统运行波长（）小到能和接地线比较时，或者是的奇数倍时，就会产生驻波，在此过程中接地线短路，电源线不作为接地。发电厂和变电站电磁干扰是由高压工频所致，继电器触点闭合和释放，开关和断路装置分合过程中，脉冲电流产生的电磁干扰引起的。断开断路器过程中出现的谐波中幅度分量频率高达30MHz，它对应的波长当接地线的长度与2.5m邻近时，接地效果较差，所以，在设计机箱、机柜的接地线长度时，应将其设置的与干扰波长一致。在低频时单点接地性能较好，在高频时多点接地性能较好。

8.1.3      接地电阻

一般，系统接地电阻应设计的越小越好。搭接是通过在两个金属面之间构建相应的低阻抗路径，以使搭接后的两个金属面变为等电位面，从而确保电路和机壳、电路、接地系统之间完成连接。像压配连接、铆接、焊接、螺钉攻丝连接等均可实现搭接，其中，螺钉连接具备搭接方便的优势，但是由于螺钉在配合件中振动时，容易出现表面接触变为线接触，降低了其可靠性。因此，在选择搭接方式时，应根据实际情况选择，并需保障接触面无氧化膜、漆塑，以确保接触面接触效果，接触电阻应越小越好。

8.2  屏蔽

8.2.1      电场屏蔽

可以将电场感应视为分布电容的耦合。电场屏蔽是为了使耦合电容得到减小。为确保其效果，必须确保屏蔽板接地效果良好，可以将屏蔽体的形状设置为封闭式，并选择导电率高、强度高的材料。

8.2.2      磁场屏蔽

（1）选择材料时，尽量选择硅钢、坡莫合金等高磁导率材料;（2）屏蔽体的厚度应尽可能厚;（3）在空间布设方面，屏蔽物需远离屏蔽体;（4）最小化接缝和开孔尺寸。

8.2.3      电磁场屏蔽

屏蔽体对电磁波的衰减主要是根据电磁波的反射和吸收情况而定。根据相关计算表明，屏蔽材料磁导率越高，电导率和吸收损耗随之增加，且以热的形式进行消散。因此，在设计结构时可以采取以下措施：

8.2.3.1   结构材料的选择

在选择材料时，应结合电磁波的干扰频率进行。低频电磁干扰屏蔽效果主要与反射损耗有关，在选择材料时应尽量使用反射损耗大的金属，如高导电性材料或者低电阻材料（铜、铝、镍等）。高频电磁干扰则与吸收损耗有关，尽量使用具有低磁阻、高导热率和高磁导率的材料，在塑料外壳表面必须涂抹屏蔽层或金属镀层，或者在塑料材料中添加适量金属纤维;对于高要求的壳体，则可在内壁上喷涂雷达吸波、军用战机隐形材料等，但在实际选择时，应将成本问题考虑在内。

8.2.3.2   搭接处理

在制造机柜、机箱和仪器仪表外壳时，接缝问题是普遍存在的，接合处需要金属之间的接触，保证接触处无漆或塑料，且接触电阻越低越好。如果存在活动触点，则应在触点处使用导电垫圈，并且需要一定的压力以使接触牢固。如果使用的材料不同，则必须保障这些材料具备电化学相容性。

8.2.3.3   開孔处理

为了保障机壳具备良好的通风和散热性，需要通过导线连接，必须在液晶、数字管显示器和观察窗口进行开孔，由于屏蔽层的不连续，导致屏蔽效果降低。电磁泄漏与孔径大小、波阻抗、干扰源频率有关。当孔的尺寸=1/2波长时，会产生天线效应且辐射较大。

如果电磁兼容要求较高，可将穿越外壳的导线设计为穿心电容滤波。诸如液晶、数码管、之类的显示设备，可使用透明导电膜涂层玻璃或带金属线的屏蔽玻璃罩在壳体开孔位置。

针对必须要开的孔，为提高屏蔽效果可以选择波导衰减装置，波导孔尺寸与干扰源截止频率关系密切，如果频率低于这个，将会出现衰减。

结束语

随着社会经济的不断发展，科学技术有了很大突破，人们对电子电气产品的要求越来越高，为满足人们的要求，必须不断对电子电气产品机械结构设计进行优化改进，以提高电子电气产品的性能。

参考文献：

[1]   高维，现代电子技术指南[M]，北京：科学技术文献出版社，2018

[2]   张兴臣，姚望奇，电工电子产品机械结构设计概论[J]，内燃机及配件，2019（07）：87-88