電子設備結構設計精選(九篇)
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第1篇：電子設備結構設計范文
電子設備結構設計電磁兼容設計中，常見問題體現(xiàn)在PCB設計、屏蔽設計、濾波設計、接地設計等方面，它們的出現(xiàn)，不僅降低工作效率，還可能導致安全事故發(fā)生。為應對這些問題，實際工作中應該有針對性采取處理措施，并重視電子設備的養(yǎng)護管理，提高設備綜合性能。
關鍵詞：
電子設備；結構設計；電磁兼容設計
1前言
電子設備結構設計構成比較復雜，它是由PCB、屏蔽系統(tǒng)、濾波、接地系統(tǒng)組合而成的綜合設備。隨著技術創(chuàng)新發(fā)展，綜合性能更為強大，功能更加多元化，內(nèi)部結構也更加復雜。但不能否定的是，如果忽視設計和管理工作，往往容易出現(xiàn)故障，不僅影響工作進度，還可能引發(fā)安全事故，降低電子設備的工作效率和綜合效益。文章結合電子設備結構設計和運行作業(yè)的基本情況，探討常見的不足，并有針對性的提出設計對策，希望能為實際工作提供指導與借鑒。
2電子設備電磁干擾源分析
電子設備運行過程中，往往受到內(nèi)部和外部干擾，影響設備的正常運行，需要提高設計水平，促進設備作用的充分發(fā)揮。
2．1內(nèi)部干擾
內(nèi)部各元器件之間相互作用，進而產(chǎn)生干擾現(xiàn)象，對設備運行帶來不利影響。常見形式如下:元器件發(fā)生漏電現(xiàn)象而引起干擾，無線電信號出現(xiàn)耦合，導線之間出現(xiàn)互感現(xiàn)象引起內(nèi)部干擾。元器件工作時間過長導致發(fā)熱，影響元器件運行的穩(wěn)定性。公共地線上匯集電流，當電子設備在運營時，會出現(xiàn)電壓降低現(xiàn)象，對設備產(chǎn)生不必要的干擾。
2．2外部干擾
外部電源及高電壓出現(xiàn)絕緣漏電現(xiàn)象，對電子設備產(chǎn)生干擾。功率大的外部設備產(chǎn)生較強的磁場，出現(xiàn)耦合進而導致干擾現(xiàn)象發(fā)生。外部空間電磁波干擾電子設備正常運行，設備在溫度不穩(wěn)定的環(huán)境下工作，導致設備參數(shù)改變，也會干擾電子設備正常運行。
3電子設備結構設計電磁兼容設計的不足
電子設備結構設計中，有些設備存在質量缺陷，操作人員的綜合技能不高，存在違規(guī)違章操作現(xiàn)象，可能導致電子設備出現(xiàn)相應的故障，制約設備綜合性能的發(fā)揮，常見故障體現(xiàn)在PCB設計、屏蔽設計、濾波設計、接地設計等方面。
3．1PCB設計的不足
例如，PCB尺寸設計不合理，忽視對其綜合性能的考慮，PCB板和元器件布局設計不到位，未能對各項參數(shù)全面考慮，難以提高設備的抗干擾能力，也制約電磁兼容性能提升。
3．2屏蔽設計的不足
組合體之間的電接觸設計不合理，屏蔽材料選擇不到位。設備機箱縫隙的屏蔽設備設計不到位，制約屏蔽設計水平提升，也難以提高電子設備的抗干擾性能。
3．3濾波設計的不足
設計過程中忽視對設備性能進行全面考慮，未能采取有效措施切斷電磁干擾源，出現(xiàn)電磁干擾現(xiàn)象。
3．4接地設計的不足
接地點位置不合理，忽視考慮接地工作需要。電路組合接地方案不科學，抑制接電干擾措施不到位，降低接電設計水平，對設備運行也帶來不利影響。
4電子設備結構設計電磁兼容設計的對策
為避免結構設計中可能出現(xiàn)的故障，提高施工作業(yè)效率，更好處理作業(yè)中遇到的問題，結合實際工作需要，筆者認為今后應該采取以下處理措施。
4．1PCB設計對策
首先，合理進行PCB尺寸設計。考慮抗噪音和抗串擾性能，提高尺寸合理性，避免出現(xiàn)尺寸過大或過小情況，使其更好發(fā)揮作用。其次，PCB板布局設計。盡量縮短高頻元器件之間的連線，合理布置電路各功能單位的位置，確保信號流通性良好，盡量讓信號流通方向保持一致。合理確定元器件參數(shù)，提高設備性能，并讓元器件平行排列，增強抗干擾能力。最后，元器件布局設計。采用集成電路元器件，增強其抗干擾性能，提高電磁兼容性能。
4．2屏蔽設計對策
合理設計屏蔽組合體各部分之間的電接觸，將接觸電阻降到最小。屏蔽材料選用導磁率和導電率較高的材料，可在高導磁材料表面增加一層高導電率材料，促進材料的抗干擾能力增強。采取相應措施，提高設備機箱縫隙的屏蔽效果。將帶背膠的鈹青銅簧片粘貼于機箱縫隙結合面處，促進屏蔽效果提升。機箱制作時，應該合理采用焊接措施，確保焊縫平滑和連續(xù)，讓接縫處和金屬板的射頻電阻盡可能相等，有效提升屏蔽效果。
4．3濾波設計對策
切斷沿導線傳播的干擾源，從而有效落實電磁兼容設計方法。采用兩個電容器和一個電感器組成π型濾波器，作為濾波形式，并消除電路間的耦合，促進電磁兼容設計水平提升。將差模和共模濾波單元組合起來，抑制電流，降低高頻段噪聲衰減，提高兼容設計水平，促進設備綜合性能提升。
4．4接地設計對策
合理選擇接地點，提高電路組合接地方案科學性。采用多點就近接地方式，讓接地點間的電位差盡量接近，避免相互之間產(chǎn)生干擾。要確保接地線和接地面的直流搭接阻抗小于2．5mW，確保電氣連接的可靠性。注重接地面處理，提升抗氧化和抗腐蝕性能，促進接地設計水平提升。
4．5電子設備結構其他設計對策
重視接電保護工作，當電子設備出現(xiàn)損壞現(xiàn)象時，要檢查各項設備，掌握設備的綜合性能，確保滿足要求。結構出現(xiàn)損失時，應該及時更換新的設備，保證設備運行的安全。還要提高電子設備設計和維修人員素質，完善設計措施和管理制度，加強電子設備的性能監(jiān)測，及時排除故障，確保電子設備性能良好。
5結語
電子設備在日常運行中，由于受到自身質量狀況、所在環(huán)境、工作人員操作技能等因素的影響，可能出現(xiàn)相應故障。如果未能及時處理，會影響作業(yè)順利進行。實際工作中應該認真分析形成原因，有針對性的采取控制和完善措施，將故障及時排除，提高電磁兼容設計水平，促進電子設備有效運行。
參考文獻:
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第2篇：電子設備結構設計范文
關鍵詞：面向裝配的設計；簡化設計；虛擬裝配；模塊化設計
中圖分類號：TH136 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0094-02
隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的高度集成化和小型化，以及用戶對設備的可靠性、環(huán)境適應性等提出的越來越嚴格的要求，使得電子設備結構復雜程度不斷提高，也使產(chǎn)品的裝配面臨越來越多的困難，導致出現(xiàn)裝配質量下降、裝配效率降低等一系列問題。在這一環(huán)境下，引入面向裝配的設計（DFA）這一產(chǎn)品開發(fā)模式，在電子設備結構設計階段即充分考慮產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)以及各種相關因素的影響，采用簡化產(chǎn)品設計、減少零件數(shù)量、使用標準件、零件裝配模塊化和減少裝配過程中的調節(jié)、裝配防錯等方法，并利用分析、評價、規(guī)劃、仿真等各種技術手段，不斷地完善設計和改進裝配性能，確保裝配工序簡單、效率高、質量高、不良率低和成本低[1]。
1 基于SolidWorks的DFA應用方法
將SolidWorks功能和DFA方法相結合，在SolidWorks的環(huán)境下，主要可以進行以下三方面的應用方法研究。
1.1 簡化設計
簡化設計就是在設計中遵循KISS原則。簡化設計過程往往是對已有的產(chǎn)品結構進行提煉和優(yōu)化的過程，可以充分利用CAD的數(shù)據(jù)存儲和規(guī)劃優(yōu)勢，建立各種庫文件，選擇和調用成熟設計和模塊，構建具有較高裝配性能的產(chǎn)品。
1.2 標準化模塊化設計
在電子設備結構設計過程中，運用標準化和模塊化的設計方法，能大幅提高裝配質量的可靠性，使裝配問題能更早、更容易被發(fā)現(xiàn)，從而提高產(chǎn)品裝配效率和裝配質量。
1.3 虛擬裝配
以產(chǎn)品設計為中心的虛擬裝配，是在虛擬環(huán)境下對CAD模型進行裝配性能分析的一項計算機輔助設計技術。基于DFA虛擬裝配的基本任務是尋求產(chǎn)品裝配結構的最優(yōu)解，即通過CAD模擬產(chǎn)品裝配、進行定量或定性分析，找出結構設計中裝配性差的結構特征，進行設計修改和完善的過程。
使用SolidWorks 等CAD軟件，可對產(chǎn)品的三維模型進行虛擬裝配，并利用CAD提供的分析模塊，進行包括靜態(tài)干涉、運動干涉分析以及裝配公差分析等裝配性能分析、判斷和改進。
2 DFA應用步驟
產(chǎn)品概念設計階段的主要任務是根據(jù)用戶要求、設計輸入定義產(chǎn)品的架構，并將產(chǎn)品進行模塊劃分；在此基礎上，建立產(chǎn)品裝配模型，將各類庫文件引入建模過程中，貫徹標準化、模塊化設計理念；完成裝配模型建立之后，開始虛擬裝配，即對模型進行裝配性能分析，運用 DFA簡化設計等方法對裝配體及零部組件進行簡化、合并等設計改進，并且進行裝配相關檢查，直到得到優(yōu)化模型。
根據(jù)DFA的應用方法，制定出在SolidWorks環(huán)境下產(chǎn)品設計的流程，見圖1所示。
3 DFA裝配建模
主要需要建立兩類模型，一類是建立一系列庫模型，一類是對產(chǎn)品本身結構的建模，而前者是后者的基礎。在對產(chǎn)品建模的過程中貫徹標準化模塊化思想，為產(chǎn)品的簡化設計提供良好的土壤。
3.1 產(chǎn)品裝配建模
CAD裝配建模有自下而上和自頂向下兩種方法。自下而上設計法即首先完成零件設計建模，然后在裝配文件中逐一插入零部件，組合成裝配體模型，零部件之間無關聯(lián)；自頂向下法為在裝配文件中直接建立零部件模型，零部件之間往往存在幾何關聯(lián)以及配合限制。
綜合兩種設計方法的優(yōu)勢，在方案設計階段，采用自頂向下的設計思路，首先規(guī)劃產(chǎn)品裝配體的框架，劃分模塊類型，在此基礎上，將產(chǎn)品主體零件在裝配圖中進行初步建模或者將通用模塊裝入裝配體中，使產(chǎn)品具備基本的模型架構，然后進入自下而上的模式，對構成裝配體的零件模型作細化處理以及建立相關的零件，將生產(chǎn)的零部件裝入裝配體中并進行配合限制，逐步裝配形成產(chǎn)品最終的裝配模型。
3.2 庫文件建模
庫文件泛指CAD軟件可調用的所有子組件和模塊，它是構建新研制產(chǎn)品的基礎，也是面向裝配的設計中標準化和模塊化設計原則實施的基礎。
庫文件建立的原則是：
（1）庫文件歸屬文件夾應層次分明，庫文件名應簡潔明確地表示出庫集合的特征，以方便選用；
（2）庫文件中固化的組件和模塊，如緊固件、外購件等，盡量以零件形式建模，以便存儲和調用；
（3）分析同一系列模塊的主要安裝尺寸，形成尺寸系列表，以方便建模和擴充；
（4）同一系列化零件的建模盡量采用一個模型、多個配置；
（5）模塊應盡量包含安裝基準、安裝尺寸等裝配信息，有助于選用和避免裝配加工錯誤。
根據(jù)庫文件存放的位置和模塊的類型可分為兩類庫，一是存放于計算機本地的本地資源庫；另一種需要通過網(wǎng)絡管理可上傳和下載的ODM電子倉庫。
3.2.1 本地資源庫
根據(jù)電子設備的特點，在CAD環(huán)境中主要建立緊固件庫（螺釘、螺母等）、電子器件庫（連接器、顯示屏、鍵盤、濾波器等）、機械成品庫（風機、減震器等）、材料庫（屏蔽材料、密封材料、鋁型材）以及通用件庫（機柜、機箱、控制臺、把手、導軌、走線架等）。建立各種庫后，將其存放地址添加到SolidWorks系統(tǒng)選項中的設計庫中，即可開始在CAD界面中直接調用設計庫文件。庫文件的設計、編輯、修改等較容易實現(xiàn)， 技術人員可以通過改變某些參數(shù)而不必改動元件設計的全過程來更新設計。
3.2.2 PDM電子倉庫
SolidWorks Workgroup PDM作SolidWorks的插件，主要用于工作組的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，可以將本地成熟產(chǎn)品的數(shù)據(jù)檢入到電子倉庫，同時也可以分享工作組內(nèi)其他成員上傳到電子倉庫并共享的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)設計資源的充分利用，并且能確保設計版本和復雜的結構件掛接關系得到有效管理。
根據(jù)電子設備結構面向裝配的設計需要，以便于選擇和調用為建庫原則，電子倉庫可主要劃分為公用資料庫、設備資源庫和工藝資源庫等。將設計相關標準、規(guī)范、資料放入公用資料庫中；將工藝相關規(guī)程、工具資料等放入工藝資源庫；設備資源庫可以根據(jù)電子設備使用的工作環(huán)境，如地面、車載、艦載、星載、機載等進行分類，也可以按照結構形式、密封性、抗沖擊振動性和電磁兼容性等產(chǎn)品結構特點設置有利于搜索的關鍵詞。
4 裝配性能分析
4.1 直觀檢查
SolidWorks軟件界面中提供了裝配統(tǒng)計、對稱性檢查、質量特性以及間隙檢查等命令，可以很方便、直觀地對已建立的產(chǎn)品模型進行相關的統(tǒng)計和檢查，根據(jù)檢查結果對裝配體作進一步簡化、合并、調整等減少裝配錯誤、提高裝配效率的設計，直觀檢查一般包含以下幾項：
（1）考慮把相鄰、相似、對稱的零件合并成一個零件；（2）設計多功能零件，減少零件數(shù)量；（3）合并減少緊固件的種類、數(shù)量；（4）調整裝配體及主體零件重心，避免裝配時失穩(wěn)；（5）通過間隙檢查，避免零件過約束；（6）進行防錯設計，避免非對稱零部件具有一個以上的裝配位置。
4.2 干涉檢查
對產(chǎn)品裝配體的干涉檢查主要包括靜態(tài)干涉檢查和運動干涉檢查兩種方式。
SolidWorks命令項中的干涉檢查，能夠直觀、明確、定量地給出裝配體靜態(tài)情況下干涉的零件、部位和干涉幾何尺寸，有利于對干涉的零部件定位、定向進行設計修正。
對實現(xiàn)機械運動的產(chǎn)品，采用虛擬仿真工具SolidWorks Motion插件，對虛擬裝配體進行運動學和動力學狀態(tài)的仿真，模擬產(chǎn)品的不同運動狀態(tài)，檢驗產(chǎn)品的運動性能及設計計算結果的正確性，對運動部件進行運動干涉檢查，查看限位運動的干涉情況以及裝配情況和零部件模型的精確程度，有助于在設計中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結構空間布置的干涉和運動機構的碰撞等問題。
更好地完成干涉檢查的關鍵點是完善裝配體模型，盡量詳盡真實地建模，特別是應注重建立自制件以外的外購件、緊固件、附件等的真實幾何模型，往往一些看似微不足道的省略處會在實際裝配時出現(xiàn)干涉問題。
4.3 公差分析
SolidWorks有 DimXpert和TolAnalyst兩項與公差相關的插件。DimXpert可以直接在3D圖形中按照標準生成標注，還可以幫助用戶查找圖形是否缺少尺寸；TolAnalyst主要作用是解決公差設計的問題。
將公差分析的結果與裝配體的簡化設計原則相結合，簡化裝配關系、減少尺寸鏈數(shù)量、減小累積公差，才能夠降低尺寸公差等級，實現(xiàn)寬松且合理的公差設計，提高裝配質量和裝配效率。
4.4 動態(tài)裝配
SolidWorks的爆炸視圖和animator插件可提供靜態(tài)和動態(tài)裝配拆分效果圖，按需要對虛擬裝配體進行拆分、分組，通過爆炸路徑和鍵碼對動畫進行編輯，生成各虛擬裝配體各部分的動畫和圖樣文件?？梢杂糜陔娮釉O備結構設計方案評審中，提供直觀生動的產(chǎn)品效果；也可以直接應用于實際裝配生產(chǎn)，特別是對于復雜的產(chǎn)品的裝配具有指導作用。
5 結語
通過基于SolidWorks軟件及其插件對電子設備結構面向裝配的設計作了一些研究和嘗試，體會到無論對軟件強大功能的應用，還是對先進的產(chǎn)品設計模式的理解和運用，都需要更加深入地探索。新的設計方法和設計思路在不斷涌現(xiàn)，CAD軟件的功能也在與時俱進，設計師如何將兩者更好地結合進而提升設計水平，是結構設計人員面臨的一項艱巨任務。
參考文獻
[1]鐘元.面向制造和裝配的產(chǎn)品設計指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.
第3篇：電子設備結構設計范文
關鍵詞：機載電子模塊；熱設計；熱仿真
中圖分類號：TP391.7文獻標志碼：A文章編號：1002－2333（2016）01－0119－03
作者簡介：董偉（1986—），男，工程師，主要從事機載電子設備結構設計
0引言
隨著各類飛機各項性能的提升，對機載電子設備的指標也越來越高，例如機載電子設備的體積越來越小，重量越來越輕，功耗卻越來越高，機載電子設備的環(huán)境越來越惡劣，其內(nèi)部的元器件能夠正常可靠地工作，是機載電子設備在設計之初著重考慮的內(nèi)容。隨著設計仿真技術的不斷創(chuàng)新，在熱設計方面，技術也日趨成熟，通過合理地運用熱分析工具，對產(chǎn)品設計進行多輪迭代改進完善，充分論證產(chǎn)品的各項性能，使得產(chǎn)品的設計符合需求，以期達到后續(xù)生產(chǎn)制造和使用方面風險最小，減少資源浪費，降低成本，提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命［1］。本文采用熱仿真分析，從散熱效果方面對某機載電子模塊的兩種設計方案進行評估，根據(jù)兩種方案的幾種工況，進行對比分析，確定最優(yōu)的結構設計方案。
1熱仿真分析背景
1.1方案介紹
根據(jù)電氣功能設計要求，某機載電子模塊安裝于某機箱內(nèi)，機箱采用自然散熱，模塊擬采用子卡實現(xiàn)其一部分功能，但是由于空間有限，該子卡可以采用一個單獨元器件進行替代，所以該模塊有兩種方案：方案一是采用基板和子卡結構，即基板和子卡分別安裝在散熱板兩側。其中基板功耗為20W，主要由4個5W的元器件組成。而子卡功耗為5W，其中子卡上有3個主要元器件，分別是1.5W、1.5W和2W；方案二是采用基板結構，子卡的功能集中到一個單元器件上，基本功耗為25W，主要由5個5W的元器件組成。兩種方案中，元器件都是通過散熱板進行散熱，散熱板再與機箱通過傳導散熱，將熱量導出。各元器件的最高允許工作溫度為105℃。
1.2兩種方案的對比說明
方案一的基板模塊大小為174mm×170mm，子卡大小為74mm×74mm。子卡采用獨立印制板形式，與基板分別安裝于散熱板兩面。其中子卡上的元器件通過導熱墊與散熱板緊貼安裝，基板的元器件從另外一面通過導熱墊與散熱板緊貼安裝，這樣所有元器件的熱量將首先傳導至散熱板，散熱板再將熱量傳導至機箱，機箱作為熱沉，為模塊提供冷卻路徑。此種方案有以下優(yōu)缺點：子卡元器件通過散熱板、子卡印制板傳導熱量，子卡有獨立的印制板輔助散熱；基板元器件通過散熱板、基板印制板傳導熱量；散熱途徑相對獨立，互相影響?。豢梢愿鶕?jù)基板的功耗布局，調整子卡的位置。如圖2所示。方案二是采用獨立元器件形式，基板上的元器件通過導熱墊與散熱板緊貼安裝，另一面則設計有散熱翅，加速熱量傳導至機箱。方案二將方案一中裝子卡的位置設計為散熱翅，可以增大導熱路徑。此種方案有以下優(yōu)缺點：所有元器件通過基板印制板和散熱板傳導；散熱板傳導面積大；熱量較為集中，各元器件導熱會受到周圍元器件影響；單個元器件熱流密度大［3］。
1.3兩種方案的四種工況
在上述兩種方案中，子卡的安裝方式和散熱板的厚度將影響到元器件散熱，為了更詳細地論證這兩種方案的優(yōu)劣，分別設計有以下4種工況［4］，具體細節(jié)如下：
1）工況一：a.采用方案一；b.基板與子卡分別安裝于散熱板兩面；c.子卡位于中部；d.散熱板壁厚7mm；e.子卡鑲嵌于散熱板中。仿真模型如圖5所示。
2）工況二：a.采用方案二；b.基板安裝于散熱板一側；c.替代子卡的元器件位于中部；d.散熱板壁厚7mm。3）工況三：a.采用方案一；b.基板與子卡分別安裝于散熱板兩面；c.散熱板壁厚2mm；d.子卡安裝在散熱板之上。4）工況四：a.采用方案二；b.基板安裝于散熱板一側；c.散熱板壁厚2mm。仿真模型如圖8所示。
2仿真計算
針對以上4種工況，分別進行熱仿真分析，設置環(huán)境溫度為70℃，設置機箱溫度為90℃，機箱為模塊提供熱沉，計算各模塊的最高溫度，各工況具體仿真結果如圖4所示［5］。經(jīng)計算，工況一中元器件最高溫度為99.7℃，工況二中元器件最高溫度為101℃，工況三中元器件最高溫度為104℃，工況四中元器件最高溫度為106℃。3仿真結果分析通過以上仿真計算可以看出：工況一中因為子卡上的元器件與基板上的元器件分別位于散熱板兩側，避免了熱量過于集中；子卡上的元器件還可以通過子卡的邊緣傳導部分熱量，為元器件熱量提供了更多的導熱路徑；厚度為7mm的散熱板為模塊的導熱提供了更好的途徑，進而加速了模塊的導熱。所以綜合以上結果，最終確定方案一的工況一為最優(yōu)方案。4結語通過對兩種設計方案的若干工況進行熱仿真分析對比，綜合考慮散熱效果、安裝方式和可靠性，并以此為依據(jù)選擇了最優(yōu)方案，并開展后續(xù)的設計工作，該模塊采用此種方案已完成了相應的機械結構設計和電氣設計，并進行了環(huán)境試驗，其中溫度試驗可以滿足要求，產(chǎn)品順利交付用戶，使用情況良好，為項目的順利開展提供了保障。另外，本文中提出的幾種工況，對同類型的機載電子模塊具有較大的參考價值，可以進一步指導設計人員開展熱設計工作。
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第4篇：電子設備結構設計范文
【關鍵詞】電子屏蔽設備；基本原理；屏蔽結構；設計分析；安裝方法
電子技術在近幾年發(fā)展迅速，應用范圍不斷擴大，越來越多的人使用電子設備工作或生活，由于電子設備的增加，導致空間中設備散布密度變大，磁場變強，相互之間的干擾越來越嚴重，為了使電子設備在使用中更加精準與穩(wěn)定，電子設備的屏蔽顯得越來越重要。我們需要消除其他設備電磁干擾，將之控制在一定范圍之內(nèi)，通過電路改進設備消除電子設備干擾需要付出高額的經(jīng)濟代價與時間代價，付出與回報不成比例。而屏蔽設計的采用能夠付出較少的代價從而回收較大的效果，在實踐中被較多使用。電子屏蔽設備不同于傳統(tǒng)電子設備，在設計中有許多問題需要思考，在設計之初就應該對屏蔽問題進行構思，滿足其電磁兼容的特殊要求。本文對電子屏蔽設備的設計原理與設計結構進行分析，最后對安裝方法進行總結。
1 電子屏蔽類型與原理
根據(jù)電子屏蔽原理可以進行如下三種分類：
1.1 靜電屏蔽
靜電屏蔽的主要作用在于對靜電場影響的規(guī)避，應用原理主要是將兩個電路之間的耦合干擾作用消除，防止電子設備互相干擾。靜電感應在強電場中產(chǎn)生阻抗的高輸入來說是主要的干擾因素。
1.2 磁場屏蔽
磁場屏蔽在電子設備的屏蔽中主要應用于避免寄生電感的耦合，通過高導磁率材料的選取和磁場分布的選擇，運用磁力線將寄生電感約束在磁屏蔽體中，通過磁場屏蔽的方法抑制磁場的擴散，形成電子設備的屏蔽干擾。
1.3 電磁屏蔽
在電子設備產(chǎn)生的干擾中，往往不僅有電場的因素也有磁場的因素，因此在屏蔽中不僅需要對電場進行屏蔽也應屏蔽磁場。電磁屏蔽的屏蔽體常常是導電率高的金屬材料，電磁屏蔽的原理是磁場的相互抵消，通過屏蔽金屬內(nèi)消除干擾產(chǎn)生的電流感應與原有的電磁感應相互抵消，通過這種模式將電子設備之間的干擾進行屏蔽，獲得預期效果。
2 幾種常用的屏蔽結構
2.1 屏蔽線
同軸電纜線；其二為低頻屏蔽線，又被稱之為金屬隔離狀皮線。這兩種屏蔽線所用材料不同，在用途上也有所不同。高屏蔽線主要用在特定要求的波阻抗與嚴格顯著傳輸衰減的場合，而低頻屏蔽線主要運用于低頻信號流通的電路線路中，主要作用為負荷電流，不需要對特定匹配阻抗問題進行解決。
對屏蔽線的正確使用能夠產(chǎn)生更加顯著的抑制干擾作用，在操作實踐中使用屏蔽線應注意以下問題：
（1）屏蔽線的電容分布大的情況下，使用高頻率電流回路連接屏蔽線，會導致回路中總電容量增大，降低回路中的諧振抗阻能力。
（2）假設屏蔽線的長度比最小波長的25%長，那么導線上則會產(chǎn)生駐波，出現(xiàn)輻射天線。因此在使用中，屏蔽線長度應比信號25%波長小，高頻情況下應比波長的5%小，除此之外，使用過長的屏蔽線會產(chǎn)生阻抗匹配的相關問題。
（3）使用高頻信號線進行屏蔽，可以將屏蔽線與其余導線進行合并捆扎，應注意的是，高平信號線不應該與低電平信號線相互合并，避免前者對后者的干擾，因此高平信號線一般應單獨進行走線。
（4）同軸電纜在接地時不能隨意連接隔離皮，以免不恰當連接導致的高頻低電流，產(chǎn)生電流會導致電子設備部件之間的耦合，產(chǎn)生噪聲源。實踐中避免干擾的方法是將隔離皮與部件屏蔽體進行連接。需要特別注意連接點的位置選擇。
2.2 屏蔽盒
屏蔽盒是一種特殊的盒式屏蔽體，一般擁有一個或多個腔體。屏蔽盒分為多種形式，分別為：單層或雙層屏蔽盒形式、多層屏蔽盒形式以及單腔屏蔽盒形式與多腔屏蔽盒形式。關于多腔屏蔽盒形式的屏蔽體，需要做到每個腔體均產(chǎn)生較好的屏蔽效果。
2.3 屏蔽室
針對效果而言，采用金屬板作為屏蔽室的屏蔽體效果最好，然而從通風角度與采光方面進行分析，綜合采用金屬網(wǎng)材料做屏蔽體較為合適，金屬網(wǎng)孔洞越小，屏蔽效果越好，一般實踐中采用1.3～1.5mm孔洞的金屬網(wǎng)最為合適。單層屏蔽的效果不如雙層屏蔽產(chǎn)生的效果，雙層屏蔽中可以使用絕緣襯墊，將兩層金屬網(wǎng)之間的間距控制在10cm左右最為合適。
3 屏蔽體的設計
根據(jù)電子設備的屏蔽要求，設計屏蔽體的材料選擇與厚度大小，從而確定其結構與形式?？梢岳闷帘涡芄椒治銎帘涡Ч瑴y量是否達到屏蔽要求。由于客觀條件的限制，屏蔽體的效能要差于理論結果，因此在設計中應對這部分效果進行驗證后進行補充。
3.1 屏蔽體的材料選擇原則
對于屏蔽材料的選擇，應在測量屏蔽效果后選擇銅、鋁或鐵等材料，對于有特殊要求的屏蔽體應選擇效果更好的坡莫合金進行設計制作。對于低頻電子干擾設備的屏蔽，在選擇上應傾向于反射損耗較大的金屬，對于高頻電子干擾設備的屏蔽，應傾向于吸收損耗大的金屬材料，在選擇上可以考慮金屬材料的重量與機械強度等因素。在屏蔽體材料的選擇上應盡量選擇電化次序排列相近的金屬進行制作，防止出現(xiàn)電化學腐蝕現(xiàn)象與有害噪電壓現(xiàn)象，影響屏蔽設備的使用時間與降低屏蔽效果。
3.2 屏蔽體結構設計原則
（1）設計屏蔽體應盡可能減少孔洞設計，以免降低屏蔽效能，在開口時應盡量避免開口為矩形。
（2）在屏蔽體結構設計中應使屏蔽體內(nèi)部縫隙與內(nèi)部線圈之間的軸線相互垂直。
（3）屏蔽體設計中應控制縫隙之間的直線尺寸，將大小控制在10%的最小波長內(nèi)，將孔洞直徑控制在20%的工作波長內(nèi)，否則會出現(xiàn)天線效應，影響屏蔽體的屏蔽效能。減少屏蔽體縫隙的方法有以下幾種：通過減少屏蔽室單元結構的劃分來減少縫隙，減少屏蔽盒子與蓋板大小，縮短屏蔽體縫隙；增加屏蔽體蓋板上的螺絲釘數(shù)量，減少固定艱間距，縮短縫隙大小，同時也可以采用增加接觸板壓力的方式縮短縫隙大??；選用梳形接觸片的彈簧結構，代替螺絲釘固定蓋板，減少屏蔽體縫隙大?。环胖脤щ妷|圈裝置；使用多層復合式蓋板，嚴合蓋板縫隙；改善蓋板結構，使用彈性蓋板結構，改變接觸機制。
4 屏蔽體的安裝方法
對于屏蔽設備的安裝，重點在于安裝屏蔽盒體以及屏蔽隔板，安裝正確直接影響電子設備的屏蔽效能，安裝中應本著最小縫隙的原則，即在安裝屏蔽體時應盡量做到減小縫隙、減小接觸電阻。連接屏蔽隔板與屏蔽盒體時使用熔焊技術或釬焊技術比螺絲釘、鉚釘連接會取得更加優(yōu)越的效果，因為螺絲釘電氣連接為不連續(xù)連接，且由于氧化與或腐蝕等原因會造成電阻加大，接觸不良。加工屏蔽體最好的方法是銑削，通過這種方式可以將屏蔽能效達到最高，在400～500MHz時，屏蔽體效果可以高達100dB以上，銑削的缺點是加工成本較高，加工不便。
5 總結
電子屏蔽設備在電子應用領域研究十分廣泛，屏蔽技術是運用電磁兼容技術的重要技術，主要解決電子設備的電磁干擾現(xiàn)象，在屏蔽設備應用中，電子設備能夠長期穩(wěn)定、精準工作運轉，結合電子屏蔽技術能夠解決電磁兼容問題，使應用電子技術變得更加簡單可靠。
【參考文獻】
[1]顧金良，王松巖，李安源.電子設備的屏蔽效能分析及設計方法[J].情報指揮控制系統(tǒng)與仿真技術，2004，04：76-80.
[2]楊明冬.電子設備的電磁屏蔽設計[J].電子工業(yè)專用設備，2010，05：46-49.
第5篇：電子設備結構設計范文
關鍵詞：屏蔽 電場 磁場 電磁兼容 結構設計
隨著科學技術的不斷發(fā)展，電子設備的數(shù)量及應用逐漸增多,電磁環(huán)境也日益復雜，結果必將造成電磁干擾越來越嚴重,在日趨惡劣的電磁環(huán)境中，如若不采取恰當?shù)碾姶牌帘未胧瑫е略O備之間的電磁干擾，輕則使電子設備的性能下降，重則使系統(tǒng)癱瘓不能正常工作。為了保證電子設備在復雜的電磁環(huán)境中既不干擾其他設備，而又不被其他設備干擾，這就要求在設備研制的初期階段必須從結構、技術等方面進行嚴格的電磁兼容設計。
1、總體設計
放電電子設備(以下簡稱設備)結構設計是把如PCB、調制器、固態(tài)繼定器、功放、場效應管、濾波器和電源等元器件按規(guī)律安裝在同一個機箱里，并使其內(nèi)部各單元相互間不干擾且不受外在電磁場的干擾，即滿足電磁兼容要求。達到電磁兼容的目的，其主要方法就是采取有效手段阻塞各種耦合通道。干擾源所產(chǎn)生的電磁波通過各種途徑到達感受器。針對設備的具體情況應重點考慮在結構設計方面如何進行合理布局并利用屏蔽體屏蔽和抑制干擾，提高其電磁兼容性。如圖1所示。
圖1 機箱內(nèi)部布局
1.1 屏蔽體上的所有插座與屏蔽體之間,金屬面與金屬面非永久性接縫之間均安裝電磁屏蔽材料如定向金屬絲填充硅實芯橡膠等,并且在金屬與金屬接觸面上不允許噴漆。安裝如圖2所示。
圖2 屏蔽體上插座安裝
1.2 屏蔽視窗的安裝,屏蔽視窗既能屏蔽輻射干擾,又能透光,是觀察顯示孔最佳的屏蔽材料,目前已廣泛應用于雷達顯示器、計算機顯示終端、打印機、電臺等的數(shù)字及圖像顯示窗口，產(chǎn)品有鍍膜玻璃、夾絲網(wǎng)玻璃等，我們選擇夾絲網(wǎng)屏蔽玻璃進行安裝。夾絲網(wǎng)屏蔽玻璃是將經(jīng)過導電防腐蝕處理的低阻抗高密度金屬絲網(wǎng)通過特殊工藝夾入兩層普通安全玻璃或聚丙烯樹脂之間,具有結構堅固、透光性好、顯示失真小，屏蔽效率高等，可以滿足該設備的使用要求。具體安裝如圖。
3所示。
圖3 金屬絲網(wǎng)夾芯型玻璃安裝示意圖
2、屏蔽體材料的選擇
屏蔽體的設計在電磁兼容設計中是一個非常重要的方面。屏蔽是抑制一切無關信號的重要手段，一般可分為3種類型：電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。電屏蔽的實質是減小兩個回路間電場感應的影響，電屏蔽利用良導體制成，且通過良好接地，既可阻止屏蔽體內(nèi)部干擾源產(chǎn)生的電力線泄漏到外部，也可阻止屏蔽體外部的電力線進入到屏蔽體內(nèi)部；磁屏蔽主要是依賴高磁導率材料所具有的低磁阻特性起到磁分路作用，磁場引起的干擾主要是低頻條件下產(chǎn)生的；電磁屏蔽是利用屏蔽體阻止高頻電磁場在空間的傳播，屏蔽體的電導率越高，屏蔽性能越好。而且本設備的工作頻率都很高，主要考慮電屏蔽和電磁屏蔽。
因此，屏蔽體材料的一個很重要的特點就是要導電良好。導電性能良好的材料有很多，如鋁、銅等。
對鋁、銅的密度，電導率及價格進行對比分析：體積相同時，銅的導電性優(yōu)于鋁；重量相同時，鋁的導電性優(yōu)于銅；重量相同時，鋁比銅價格低；
因此選用鋁材。再通過對比各種鋁及鋁合金的物理、機械性能，最后選擇5A06-F。
需注意的一點是，鋁材結構要進行導電氧化后使用。
3、屏蔽體壁厚的選擇
導電媒質中電磁波的衰減隨頻率、電導率的增加而增大，特別是良導體的電導率都在107數(shù)量級，也就是說在良導體中電磁波只存在于表面，這種現(xiàn)象稱為集膚效應。工程上常用穿透深度(亦稱集膚深度)表示集膚程度。它等于電磁波場強的振幅衰減到表面值的l／e所經(jīng)過的距離，按此定義：
式中, 為衰減常數(shù)。
例如在UHF波段時，當時，
對于牌號為5A06-F的鋁，磁導率為電導率為
所以
為了得到有效的屏蔽作用，屏蔽體厚度必須滿足：
根據(jù)應用的具體情況，考慮體積，重量和工藝等因數(shù)，將屏蔽體厚度取為1.5mm。采取此厚度的屏蔽體將能屏蔽覆蓋VHF、UHF、L、C、S、X、Ku、K，K以上各個頻段以及部分中低頻信號，完全能滿足電磁屏蔽要求。
4 縫隙的處理
一個完全封閉的金屬殼體電磁場有良好的屏蔽效果。如果殼體上開有縫隙，電磁場會由縫隙泄漏，則屏蔽效果會顯著下降，從縫隙中泄漏出電磁場,磁場強度估算公式為：
式中，HO為縫隙處屏蔽的磁強度；Hg為從縫隙處漏出的磁場強度；t為金屬板的厚度，即縫隙深度；g為金屬板的縫隙寬度 ，顯然，縫隙深而窄泄漏就小，穿透深度隨頻率升高而降低。在縫隙尺寸一定的情況下，頻率越高，縫隙泄漏的影響就越大。在實際結構設計中，應使屏蔽體的縫隙數(shù)量最少，且增加縫隙的深度，減小縫隙的寬度和長度。接縫分為永久性接縫和非永久性接縫。永久性接縫一般在加工過程中產(chǎn)生，最常見的是焊接。非永久性接縫一般在螺釘緊固方式時由于接合表面不平、緊固件(如螺釘、鉚釘)之間存在不密封的空隙等原因產(chǎn)生。要提高屏蔽體的屏蔽效能，改善這些縫隙的電接觸對屏蔽體的結構設計是至關重要的，因此采取以下的措施：
①機箱箱體所有焊縫均滿焊，最大限度地消除永久性焊縫；
②屏蔽體與蓋板接觸表面安裝指型金屬簧片襯墊，簧片可在很大程度上增加蓋與盒體的導電性、接地性。
5、結束語
經(jīng)實際工程應用的檢驗，該放電設備的電磁兼容性的各項指標均達到了預期的設計要求，電磁兼容考核測試一次通過，證明該設計方法有效、可行。本次設計在復雜電磁環(huán)境情況下，通過合理布局和設置屏蔽體等方法，在提高機箱電磁兼容性能方面做了一次有益的嘗試，也為今后相關方向的設計提供了一種新的思路。
參考文獻：
[1]王慶斌等,編著.電磁干擾與電磁兼容技術[M].機械工業(yè)出版社
[2]周旭,編著.電子設備防干擾原理與技術[M].國防工業(yè)出版社
第6篇：電子設備結構設計范文
3D打印技術，是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。它無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成多樣形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。在工業(yè)生產(chǎn)中3D打印技術的應用已衍生到很多領域，裝飾行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、賽車零件、飛機零件以及為個人定制產(chǎn)品等可以用3D軟件刻畫的實體都可以用該技術制造出來。
3D打印快速成型技術，已經(jīng)出現(xiàn)幾十年，在生產(chǎn)制造領域的應用研究已經(jīng)取得了一些進度，3D打印金屬的性能在某些領域已經(jīng)接近甚至超越傳統(tǒng)的常規(guī)加工。從材料角度講，傳統(tǒng)常規(guī)工藝采用原始的液體、固體、粉末等材料，材料本身無特殊處理;而3D打印使用的金屬粉末材料，是經(jīng)過特殊處理的，加入了更多成分元素，已經(jīng)具有了屈伸強度、拉伸強度、延伸率、楊氏模量、硬度、斷裂拉伸界點、熱膨脹系數(shù)、彈性模數(shù)、熔度范圍、耐腐蝕性、粘合強度等幾十項指標。而此類材料的性能是經(jīng)過研究、測試、引用，已經(jīng)證明是符合結構件的需求。
目前3D打印技術雖然可應用領域廣泛，但其也有自身的局限性，主要體現(xiàn)在加工材料上，目前打印材料主要是塑料、樹脂和金屬，骨骼等有機原料的研究也正在進行并有了初步成果。受材料限制，3D 打印最初的應用局限在建模和工業(yè)設計領域。但如今，3D 打印技術逐漸開始被用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可定制個性化造型的各種產(chǎn)品，它適用于小批量加工，由于不需要模具，對產(chǎn)品的修改不會增加額外成本，只需修改設計圖即可。這也意味著，小批量個性化定制的成本被降低。未來，定制個性化的家具、食品、工藝品等商品將變得更加劃算。
二、民用雷達電子設備加工方式及現(xiàn)狀
在電子設備中，由工程材料按合理的連接方式進行連接，且能安裝電子元器件及機械零部件，使設備成為一個整體的基礎結構，稱為電子設備結構。目前電子設備技術的進一步發(fā)展，組成設備的元器件越來越多，體積越來越小，使用范圍也趨于廣泛，設備所處的工作環(huán)境也越來越復雜，對設備的使用精度和可靠性要求也越來越高。因此，電子設備的結構設計已經(jīng)稱為產(chǎn)品研發(fā)的一個重要技術環(huán)節(jié)。
民用雷達電子設備主要包括機柜、機箱、插件及盒體，機柜機箱類通常采用的加工方式有鈑金折彎或運用鋁型材進行組合裝配。鈑金折彎的方式靈活多樣，適合單件多品種生產(chǎn)方式，其用料品種少，生產(chǎn)周期短，且成型件的強度與剛度能夠達到使用要求。但由于其外形尺寸的加工公差較大，且對鈑金工的要求較高，因此不宜于批量生產(chǎn)。型材組合的結構形式可采用多種不同斷面形狀的鋁型材通過螺釘在轉角處連接組成機箱框架，再加前后面板及左右、上下蓋板組成機箱，其優(yōu)點在于外形尺寸變換方便，適應于多品種及有一定批量的產(chǎn)品。但由于機加工的工作量大，且型材尺寸精度要求高，因此型材加工也具有一定的局限性。
盒體在電子設備設計中屬于中小型器件，一般裝配在機箱及機柜內(nèi)，其外形規(guī)整，常用加工材料主要為鋁，盒體內(nèi)常裝配的零件有印制板、連接器、電源板等精密設備，且裝配精度要求較高，因此在這類盒體加工時需要特別注重加工精度。由于雷達電子設備的設計以模塊化為主，設計的主導思想是自上而下，層層嵌套，所以各種尺寸的盒體在整個雷達電子設備的結構總體設計中占有很大數(shù)量。完成一套電子設備器件需要經(jīng)過設計、投產(chǎn)、加工、質檢、裝配等一系列過程，這些環(huán)節(jié)層層相扣但相互獨立，不同的環(huán)節(jié)由不同的人員負責，這就要求每個環(huán)節(jié)能夠銜接緊密且相互溝通順暢，但實際加工中往往很難無縫溝通，周期延遲和加工問題會頻頻出現(xiàn)。
三、3D打印與加工中心的優(yōu)勢對比
數(shù)控機床(Numerical Control Machine Tools)是指裝備了計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床，簡稱CNC機床或加工中心。它被廣泛應用于各類機械加工領域，其加工精度、強度等指標都能夠達到當今機械加工要求，是較為成熟的一種機械加工方式。與3D打印技術相比，CNC使用的時間較長，有著更深的技術積淀，但也同時存在很多問題，從機械加工長遠的發(fā)展角度來看，3D打印技術如能得到普及，將會是工業(yè)加工生產(chǎn)的一次重要蛻變。
3D打印機以數(shù)字模型為基礎，采用材料堆疊的方法將模型逐層打印成型，CNC加工則需要預先選擇尺寸合適的材料，以數(shù)字模型為基礎，對選材進行切削。 從材料利用率來看，3D打印機采用加法的方式，對材料進行逐層堆疊，CNC加工中心則采用減法的形式，對材料進行切削，3D打印的材料利用率更高。從工藝角度出發(fā)，3D打印機可以加工各種優(yōu)美曲面及復雜的工業(yè)造型，并且能夠一次成型，也無需考慮工裝夾具的使用。CNC加工中心加工復雜的工業(yè)造型難度很大，且需要專人設計，也需使用夾具，大多造型需要分多次才可加工完成。從加工流程來看，3D打印只需導入相應格式的文件，即可完成打印，而CNC則需要專業(yè)編程人員對數(shù)字模型進行編程后將數(shù)字輸入機器中才能完成整個模型的加工。在材料選擇上，3D打印目前選用較多，較成熟的為工程塑料，顏色可多樣化。CNC在用料上有著明顯的優(yōu)勢，以加工金屬原料為主，在材料運用上更勝一籌。
從以上對比中可以得出，3D打印技術最突出的優(yōu)點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)技術相比，三維打印技術通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本;大幅減少了材料浪費;而且，它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設計出飛機機翼或熱交換器;另外，在具有良好設計概念和設計過程的情況下，三維打印技術還可以簡化生產(chǎn)制造過程，快速有效又廉價地生產(chǎn)出單個物品。
四、3D打印技術對民用雷達電子設備實際生產(chǎn)中的啟示
3D打印技術在電子設備設計中能夠帶來首要的優(yōu)勢就是設計和制作的協(xié)同合作，電子設備設計中設計師的外觀設計以及結構設計的設計方法，決定了每個模塊都是獨立的，這意味著設計、制造、材料、維護、采購等不同的環(huán)節(jié)以及人員之間需要相互協(xié)作。在整個設計和生產(chǎn)過程中設計師不得不協(xié)同合作，因此返工和拖延時間的事件也時有發(fā)生。
3D打印技術可在電子設備設計中簡化設計流程，將設計和制造過程融為一體。電子設備結構設計的流程一般為輸入—設計—交流—輸出，設計與交流階段往往是一個往復的過程，設計師在輸出產(chǎn)品之前通過模型、圖紙等方式與需求方進行溝通，最終確定設計方案。接下來就是生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)中，設計師任然需要提供一定技術支持，產(chǎn)品加工完成后經(jīng)過質量檢驗最終到設計師手中。通過3D打印的方式在電子設備設計中，整個設計與加工流程可實現(xiàn)同步優(yōu)化，在設計完成后可以直接將模型文件導入3D打印機內(nèi)，實物很快就能呈現(xiàn)在設計師面前，這對設計與加工起到了關鍵的銜接作用。
在電子設備產(chǎn)品生產(chǎn)中，成本和效率是重要的因素，盒體加工生產(chǎn)在電子設備加工生產(chǎn)中占有很大的比例，通常采用加工方式為數(shù)控加工，但由于流程偏長導致其成本偏高，效率偏低。3D打印可在設計師的辦公室里直接運用，隨用隨打，在設計研發(fā)初期能夠節(jié)省材料大量節(jié)省成本，大幅度提高生產(chǎn)加工效率，同時也縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。
因此，隨著3D打印技術的興起并逐步走向成熟，它所應用的領域會逐步滲透到工業(yè)生產(chǎn)的每個角落。民用雷達電子設備的加工生產(chǎn)，在不久的將來也一定會受3D打印技術的影響，實現(xiàn)加工方式和加工效率的改革。
第7篇：電子設備結構設計范文
【關鍵詞】線管收縮器；卷尺；渦旋扭簧
Abstract：In real life，the electronic equipment of line pipe when use frequently，tie up into a ball，when using the trouble and remove the problems easy to be broken line.In order to facilitate the use of line pipe，and improve the service life of line pipe，don't cause unnecessary waste.Starting from the design of tape measure，put forward a kind of line pipe can be instruments of contraction.Its depend on the torsional spring，make the pipe line to achieve the effect of pared with other existing set line device，its applicability is wide and easy to remove，is more safe and practical，can play a more important role in our daily life.
Key words：Line pipe contraction；A tape measure；Vortex torsional spring
目前，電子設備普及度很高，比如耳機、鍵盤、鼠標等電子設備在日常生活中處處可見。但是它們的線管卻不能被很好地保護，比如經(jīng)常發(fā)生耳機線纏在一起，導致使用時必須花費不少的精力去拆解，有時甚至會將它拉斷，其它電子設備也經(jīng)常出現(xiàn)類似的情況，
為了解決這些問題，前人已經(jīng)做出了一些設計。是黎彬設計了耳機線自動收縮器[1]；張德超設計了一種能收縮的掛機耳機[2]；鐘文雙設計了一種雙向手動收縮耳機[3]；陳暉、周細應等人設計了一種自動卷線鼠標[4]?？梢?，前人已經(jīng)在此問題上取得了不小的成果。這些設計有一些共同的地方，基本上都是利用彈簧對線管進行收縮。但是，它們也存在一些局限性，這些設計基本上都是針對某一種電子設備而設計的，適用范圍比較窄，用途單一。所以這一領域仍需進一步的設計開發(fā)。
本文基于前人的研究成果，借助卷尺的設計理念，設計了一種便攜式線管收縮器，該收縮器由外殼、卷線器、漩渦扭簧三部分構成，具有制作簡單、使用方便的優(yōu)點，與現(xiàn)有裝置相比，其最大創(chuàng)新之處在于該裝置易拆卸安裝，可以適用于各種電子設備，如鍵盤、耳機、鼠標等，使用范圍廣，實用性強。
1.便攜式線管收縮器的設計
1.1 便攜式線管收縮器的整體設計
線管收縮器借助了卷尺的設計理念，需要的時候可以將線管拉出來，不需要的時候可以放在容器里。不同之處在于卷尺本身可以達到收縮功能，一般線管沒有這個效果。因此扭簧和線之間應該有個傳遞力的裝置，設計出的卷線盤便可以達到這個效果。線管收縮器的基本設計思想為拉伸線時，會使得卷線盤旋轉，同時帶動著渦旋扭簧被拉緊，當不拉伸時，彈簧在自身彈性回復力作用下向著初始位置反向旋轉，這樣會帶動著卷線盤將線卷起來。
裝配時，先將扭簧凹槽與底殼的主軸固定，再將卷線盤固定在主軸上，同時保證卷盤器的銷與扭簧的凹槽無縫契合。接下來就可以將需要便攜收縮的線管卷在卷線器上，卷線時保證線管中央部分被卷線器凹槽卡緊，然后將線分別在兩側纏繞，注意不能重合。纏繞好了一后，用螺絲將上殼與底殼連接。使用時，將需要使用的電子設備的導線全部纏繞在卷線器上，合上外殼，然后你就可以根據(jù)自己的需要調整導線的長度了，使用過程中也可以隨意調整長度，這樣子就不需要但心電子設備的線管打結纏繞的問題了。當你不使用電子設備時，便攜式線管收縮器在扭簧的回復力作用下會自動收縮。
1.2 部分設計
線管收縮器由3部分構成，外殼，卷線盤及渦旋扭簧。
1.2.1 外殼的設計
如圖1所示，線管收縮器的外殼由上下兩部分構成。線管收縮器的外殼需要達到三個功能，一是容納線，二是為線的兩端設計出口，三是內(nèi)部有根軸可以固定彈簧和卷線器。
為了達到以上功能，外殼設計時必須選擇充分大的空間來容納線，然后外殼兩側分別有兩個小孔，使得線可以從兩側引出。圖1中8和9分別為插銷和插孔，它利用長度優(yōu)勢保證線管收縮器有一個最大的容納量，使線管足夠卷進去；同時采用四個這樣的插銷可以對線進行引導作用，保證線管的兩端可以有規(guī)律的進出。為了固定扭簧和卷線器，外殼內(nèi)部設計一軸，如圖所示，此軸由8和10構成，其上端截面為圓，下端截面為正方形。如圖所示，下端設計是為了使外殼與彈簧的正方形掛鉤6契合，從而使得外側轉動時彈簧會產(chǎn)生回復力。上端設計是與卷線器內(nèi)部凹槽有間隙契合，起到平衡卷線器的設計，同時也保證了線不會因此而打結。
1.2.2 卷線器的設計
卷線器由圖1中3、4、5構成，其功能有二，一是卷線，保證線管在裝置中不會纏繞打結；二是將線固定在卷線器里面，保證線不會與卷線器發(fā)生相對運動；二是連接扭簧，從而使得扭簧轉動會帶動卷線器轉動，從而帶動線的收縮。圖1中，3是一個梯形凹槽，如圖2所示，其第一個作用是將線管固定在集線器上，使用時將所需收縮線管的中間部分夾在凹槽里面，這樣拉動線管時線管和卷線器就不會發(fā)生相對滑動。第二個作用是保證線管在裝置中不會纏繞打結，由于凹槽為梯形凹槽，兩側的線管可以在不同高度進行卷線，這樣保證了線管不會出現(xiàn)打結纏繞的情況。4是與扭簧最外側凹槽吻合的鍵，其功能是將扭簧的運動情況與卷線器運動狀態(tài)同步，使得扭簧可以通過這個卷線器帶動線管的收縮。5是集線器的底部軸孔，如圖2所示，其作用是平衡卷線器，防止卷線器在卷線過程中不能保持平衡，導致線管纏在一起。但是由于在轉動過程中集線器與外殼會發(fā)生相對運動，所以5與10為有隙契合。為了更好得表達卷線器的設計，此處畫出了其三視圖：
1.2.3 渦旋扭簧的設計
渦旋扭簧是一種應用很廣泛的彈性裝置，它是由細長的彈性材料彎曲成形而成的，其兩端均設置有彎曲的用于和其他部件連接的掛鉤，這就形成了一個位于中心的掛鉤和一個位于其外側圓周的掛鉤[5]。此處渦旋扭簧在線管收縮器內(nèi)的作用是給提供一個回復力的作用，使線管收縮器達到收縮的效果。為了使扭簧可以和外殼還有卷線器可以契合，此處結構設計將彈簧中心掛鉤改成正方形正方形掛鉤6，可以與外殼上的軸契合。其外側圓周的掛鉤改成圓形掛鉤7，可以和卷線器的插銷契合，兩個掛鉤可以保證扭簧可以通過其回復力保持卷線器處于平衡位置。
2.結論與討論
為了解決電子設備由于線的原因不易攜帶而且使用不方面的問題，本文設計了一種便攜式線管收縮器。它具有制作簡單、使用方便的優(yōu)點，與現(xiàn)有裝置相比，其最大創(chuàng)新之處在于該裝置易拆卸安裝，可以適用于各種電子設備，如鍵盤、耳機、鼠標等，使用范圍廣，實用性強。
通過本文的設計，線管收縮器的結構設計已經(jīng)基本成熟。在后續(xù)研究中，需要對不同器具進行實驗，確定彈簧的彈性系數(shù)、繞線器半徑最佳范圍及外殼大小等參數(shù)，進一步完善便攜式線管收縮器的設計，提高其適用范圍。
參考文獻
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基金項目：2013年山西省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（2013102）。
第8篇：電子設備結構設計范文
【關鍵詞】電子機柜；布線板；線束
1.概述
隨著我國航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，電子設備內(nèi)部各功能模塊之間需要相互通信，所敷設的電纜（線扎）電壓不同、電流不同、頻率不同，這些電纜的相互位置，以及走向都將對設備整體的電磁兼容性能產(chǎn)生影響。所以，必須對電纜進行合理的分類布局，使之更適合于機載機柜的布線要求。
2.當前機載電子設備布線分析
我所常用的機載電子設備中的電子電路裝配設計，通常只有一份接線圖和接線表，不能體現(xiàn)電子設備電纜和線扎的電氣性能和機械特征。接線圖和接線表在生產(chǎn)操作人員布線過程中容易出現(xiàn)一些情況：
（1）沒有明確電路圖中的電纜是由哪些導線組成的，沒有對電纜進行交流電纜、直流電纜、數(shù)字信號電纜、模擬信號電纜、高頻電纜和高壓電纜等進行分類。
（2）沒有明確電子設備中電纜布線的空間位置，也沒有對電纜之間容易出現(xiàn)信號干擾等問題進行明確注明。
由于這些傳統(tǒng)的設計缺陷，因此機載電路布線過程中沒有明確的電氣設計，根本不可能進行電纜布線設計。此外機載設備較小，集成度高，控制機柜和驅動機柜合而為一，趨于采用標準的一體化控制機柜。這種控制機柜通常采用抽屜推拉的結構，如圖1所示。機載方艙空間有限，各機柜并列緊密排在一起，背靠機體，側面、后面被封死，裝配、維修困難。機載方艙機柜由于機體空間而限制了機柜的數(shù)量，機體高度的限制又使得機柜高度變低，為了不減少控制單元的功能數(shù)量，只有加長抽屜的長度，而抽屜容量的增大，使得機柜的縱深加長。如圖1所示，H尺寸變小，L尺寸變大。機柜數(shù)量的壓縮使得單個機柜的電器單元容量增加，電器之間的互聯(lián)性增多，導線數(shù)量隨之加大；抽屜長度的加長，使得抽屜后面的線束隨之加長，線束過長給抽屜的推拉增加了不小的困難。
3.機載電子設備布線改進
從以上兩種布線上所需的硬件分析，我們可以看出由于電纜和線扎是屬于機械電氣類的產(chǎn)品，在處理設計問題時，必須兼有電氣技術與機械技術兩個專業(yè)的特點。電纜布線設計需要將電氣技術、機械技術、制造技術的有關內(nèi)容結合起來，綜合考慮。
3.1 改進機柜走線
針對機載裝備系統(tǒng)中方艙空間窄小、機柜結構復雜、導線數(shù)量較多的具體情況，克服傳統(tǒng)走線的缺點，從工藝角度考慮設計了一種新的機柜走線方案。
(1)增大機柜抽屜之間的空間，用于布線抽屜面板尺寸不動，抽屜高度縮小，抽屜底板向上抬高30mm，與抽屜上部原有10mm高度合在一起，在兩抽屜之間留出40mm的空間，用于布線。
(2)去掉跟線裝置，加裝布線板去掉抽屜后面的跟線裝置，改變走線路徑，在抽屜之間留出的布線空間內(nèi)加裝金屬布線板；在布線板上走線、布線。圖2。
3.2 布線設計優(yōu)點
(1)布線板上線束固定有依托，不會隨飛機的起飛、降落、顛簸、振動、加速、制動而晃蕩，始終不受力，插頭也不受力，保證整機設備的電氣性能。
(2)可滿足電氣方面的要求。每個抽屜內(nèi)有強、弱信號控制線，有電源線、有大電流線，信號線與電源線可從機柜兩側分開分別走線，在布線板上可分開一定距離布線，避免電源線干擾信號線。而跟線架是無法滿足這一電氣要求的。
(3)抽屜后面的線束不需要留過多的余量，縮短了導線長度，降低了信號損耗，節(jié)約了線材，且不會再有線束下垂、絞纏的現(xiàn)象。
(4)各抽屜之間線束互不影響，徹底分離，上面抽屜的線束不會影響下面抽屜。
(5)布線板上各插頭線束各自分開，條理分明，不會絞在一起，裝卸抽屜，人為操作都在機柜前面，能看見，易操作，各插頭、插座不易插亂，減少人為誤插。
(6)布線板上開有許多長條孔，可用于固定線束，同時利于機柜通風，并減輕重量。
3.3 布線過程應注意的問題
(1)金屬布線板一定要把毛刺打磨掉，并對所有棱邊打磨，避免毛刺、棱邊劃傷導線。
(2)線束拐彎不能打死彎，彎曲半徑要比線束直徑大兩倍以上。
(3)插頭線束較多可編成辮子形狀，以減輕線束彎曲張力。
4.結語
新的機載電子設備機柜布線方法解決了機柜傳統(tǒng)的布線弊端，有效地改善了機柜電氣設備的電氣性能，使之更適合機載機柜的布線要求。同時也使機柜的走線從外觀上條理清晰，整齊美觀，便于裝聯(lián)、調試和日后的維護、維修。
參考文獻
[1]龔維蒸.無線電設備結構設計與工藝[M].天津:天津科學技術出版社,1983.
[2]吳漢森.電子設備結構與工藝[M].北京:北京理工大學出版社,1995.
第9篇：電子設備結構設計范文
【關鍵詞】散熱設計;數(shù)值模擬;優(yōu)化;基站
基站是在一定的無線電覆蓋區(qū)域中通過交換中心，與終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)裝置，它是無線通信系統(tǒng)的重要信息樞紐。整個基站的穩(wěn)定性直接決定了整個通信系統(tǒng)是否穩(wěn)定可靠地長期運行。在現(xiàn)代電子設備中，電子設備散熱設計對設備的可靠性、穩(wěn)定性至關重要。
目前基站設備越來越向大容量、大功率、高集成度方向發(fā)展，單位體積的熱耗散也越來越大，而體積卻越做越小，基站熱設計已成為基站整機設計中越來越重要的問題。通常情況下，當溫度超過一定值時電子器件的失效率隨著溫度增加按指數(shù)增加，不合適的冷卻是使電子設備可靠性降低的主要原因之一，電子設備的故障20%是由于高溫引起的[1]。
1.熱設計與熱仿真
1.1 熱設計
一般情況下，熱設計從狹義的角度上的定義是指對電子產(chǎn)品進行熱控制，即對電子元器件以及整機或系統(tǒng)的溫升進行控制所采取的措施[2]。
電子設備熱設計的目的是要為電子設備內(nèi)部各組成要素（如芯片、元件、組件、系統(tǒng)等）提供良好的熱環(huán)境，確保電子設備內(nèi)部各組成要素在所處的工作環(huán)境條件下溫度不超過標準及規(guī)范所規(guī)定的最高溫度， 保證它們在規(guī)定的熱環(huán)境下，能按預定的參數(shù)正常、可靠地工作。
1.2 熱量傳遞
熱量傳遞是指能量從高溫物體向低溫物體轉移的過程，是能量轉移的一種方式。熱量傳遞通過三種方式傳播，即熱傳導、熱對流、熱輻射。
熱傳導是指依靠物體內(nèi)部的溫度差或兩個不同物體直接接觸，不產(chǎn)生相對運動，僅靠物體內(nèi)部顆粒熱運動傳遞能量，如分子碰撞、自由電子運動、分子熱運動等。
熱對流是指流體中溫度不同的各部分之間發(fā)生相對位移是引起的熱量的過程，如自然對流、受迫對流等。
熱輻射是指物體由于熱的原因內(nèi)能轉化為電磁波，通過電磁波輻射傳遞能量的過程。
一般情況下，熱傳遞的三種方式往往是同時進行的。
1.3 熱仿真
電子設備的散熱方式很多，根據(jù)不同電子設備具體的熱產(chǎn)生和傳播機理，選擇不同的散熱方式保證電子設備在允許的溫度范圍內(nèi)工作。在電子設備設計過程中可以借助熱設計分析軟件，確定或優(yōu)化熱設計方案，以便于達到設備的熱環(huán)境要求。
電子冷卻分析軟件通過模型建立模型求解和結果解釋三方面將電子產(chǎn)品的熱效應分析放在了設計階段，以期解決如下問題： 優(yōu)化電子系統(tǒng)內(nèi)結構設計參數(shù); 對電子系統(tǒng)強迫對流和自然對流冷方案進行優(yōu)化。
目前電子產(chǎn)品熱設計中計算機仿真軟件在界面、精度、可靠性、速度等方面都已成熟。如目前的6SigmaET軟件，它是由英國Future Facilities公司開發(fā)的新一代熱分析軟件，具備系統(tǒng)、設備、板、器件等級別的散熱設計解決能力。6SigmaET具備快速建立模型功能、查錯功能、智能化網(wǎng)格生成功能、自動簡化模型功能。
2.基站大功率發(fā)熱模塊散熱設計及優(yōu)化
本研究中所涉及到的該型基站主要組成為天饋單元、功放單元、信道單元、控制單元、接口單元、電源單元和風機單元等。其中發(fā)熱量較大的單元為天饋單元、功放單元和電源單元，其中天饋單元位于基站機柜上部，本次僅對基站天饋單元內(nèi)的大功率發(fā)熱模塊的熱設計及優(yōu)化做以研究。
2.1 天饋大功率發(fā)熱模塊的散熱設計
基站天饋單元3D 效果圖如圖1所示，整機尺寸為482.6×177×420mm。天饋單元主要由合路器和雙工器等構成，其中大功率發(fā)熱模塊位于合路器部位。發(fā)熱模塊內(nèi)部主要發(fā)熱元是三個微帶電阻器，單個平均功耗為50W，整體功耗為150W。
圖1 基站天饋單元模型
天饋單元位于整個基站最上端，基站整機采用垂直式風道設計，根據(jù)天饋內(nèi)部大功率發(fā)熱模塊的熱耗散情況，借用基站機柜內(nèi)已有垂直式風道形成的強迫風冷方式散熱其優(yōu)點在于：
（1）設備器件可布置在腔體或殼體內(nèi)部，器件不與環(huán)境氣體直接接觸，避免灰塵、潮氣等進入設備內(nèi)部;
（2）借助已有風道的無風扇設計的設備可靠性明顯高于有風扇參與的散射方式。
圖2 大功率發(fā)熱模塊（合路器）散熱尺截面圖
發(fā)熱模塊的散熱尺和整機風道方向一致，為垂直方向。發(fā)熱模塊內(nèi)的熱源（微帶電阻器）安裝在散熱尺下面的腔體內(nèi)壁上，溫度通過腔體傳遞到腔體外面散熱尺上，通過散熱尺的表面與機柜內(nèi)的垂直氣流接觸，通過熱傳遞將熱量散失到周圍空氣中，熱氣體通過自行上升或機柜頂部風機的提升排到基站外部。
根據(jù)天饋單元的尺寸和合路器散熱方式的考慮，將合路器腔體（含散熱器）截面設計為圖2所示的形狀。合路器腔體材質為鋁合金，重量為3.8Kg。
2.2 仿真分析
基站使用環(huán)境溫度為-20～+55℃，微帶電阻器的工作溫度范圍為-55～+150℃。
首先，將天饋模型導入到6SigmaET中，并將與仿真運算關系不大的部件和零件等進行簡化處理，以減少求解器的運算量。然后完成仿真環(huán)境的建模，包括測試空間設置、熱源定義、材料屬性定義、風道設置等。完成建模后，設置求解器參數(shù)：環(huán)境溫度為55℃，網(wǎng)格數(shù)上限為2848320，湍流模型為標準k-e模型。
標準k-e模型是個半經(jīng)驗公式，主要是基于湍流動能和擴散率，k方程是精確方程，e方程是由經(jīng)驗公式導出的方程。標準 k-e是目前工程流場計算中主要的工具，適用范圍廣，比較經(jīng)濟，有足夠的精度。
所有設置完成后，提交給求解器計算。計算完成后查看散熱溫度云圖，如圖3所示，達到熱平衡狀態(tài)時的器件表面最高為91.7℃，溫升不超過36.7℃，器件工作溫度在其工作容許溫度的范圍內(nèi)，滿足設計要求。
圖3 大功率發(fā)熱模塊（合路器）溫度分布圖
圖4 優(yōu)化后的散熱器散熱尺截面圖
2.3 散熱優(yōu)化設計
由熱平衡狀態(tài)下的溫度分布云圖（圖3）上可以看出，整個散熱器兩邊約五分之一處的溫度基本上與環(huán)境溫度比較接近，發(fā)熱主要集中在中間部位?？梢园l(fā)現(xiàn)熱量很少傳遞到散熱器兩邊邊緣位置的散熱尺上，中部的熱阻比較大。為了達到最佳散熱效果，采取相應減小接觸熱阻的措施（可采取加銦合金片或涂導熱脂），保證良好的熱傳遞。根據(jù)仿真情況，可以改進散熱器形狀，減小兩端散熱尺的空氣接觸面積，從結構參數(shù)上減小中間部分熱阻，滿足散熱和支撐需求的情況下減輕腔體重量，優(yōu)化后的含散熱器截面設計為圖4所示，重量為3.2Kg。
圖5 優(yōu)化后的大功率發(fā)熱模塊（合路器）溫度分布圖
模型修改完成后，重新提交計算，計算完成后查看散熱溫度云圖，如圖5所示，達到熱平衡狀態(tài)時的器件表面最高為91.1℃，相比優(yōu)化前溫度下降0.6℃，優(yōu)化后的散熱器質量下降15.8%。
根據(jù)工程驗證的實際情況，在高溫工作階段（環(huán)境溫度55℃），設備工作正常，位于熱源附近的溫度傳感器溫度為88.5℃，仿真數(shù)據(jù)接近真實發(fā)熱情況。
3.結論
a.利用6SigmaET熱仿真軟件對基站大功率發(fā)熱模塊進行優(yōu)化設計，在重量下降15.8%的同時，溫升也下降了1.6%。
b.在產(chǎn)品研發(fā)初期，尤其針對大功率器件散熱器要進行優(yōu)化設計，利用先進的設計手段和方法找到最優(yōu)設計參數(shù)，使重量，溫升等指標達到最優(yōu)。
c.在工程設計中，先進的熱分析仿真技術有助于電子設備設計環(huán)節(jié)中的熱設計，優(yōu)化產(chǎn)品設計，提升產(chǎn)品設計質量和產(chǎn)品經(jīng)濟性。
參考文獻
[1]王錫吉.電子設備可靠性工程[M].西安：陜西科學技術出版社，1999：50.
