电气设备结构设计的方法

1/23电气设备结构设计的方法1.结构设计的重要性2.结构设计包含的内容3.新产品开发的过程4.新产品设计要解决的问题5.电磁兼容6.接地防静电设计7.结构设计的热设计2/23一.结构设计的重要性1.不论什么电气设备的设计都离不开结构设计。产品结构设计与工艺技术的好坏，对产品的功能、电气性能及使用寿命起着决定性作用。2.产品造型会对消费者产生引导作用，直接影响产品的竞争力。二．结构设计包含的内容1.满足电气产品的安装要求2.满足电气产品电性能的要求，比如安全接地，屏蔽等要求3.满足产品适应环境的要求，包括散热和三防的要求，户外产品要求更严格4.满足产品使用和运输要求，包括吊装，使用和运输过程中的隔振、缓冲等设计。5.为携带方便减轻重量减小体积降低成本的设计6.为方便操作和美观进行的人机关系的设计。结构设计是为了满足电子设备的各项工能、电性能，以及电子设备能在各种给出的既定环境下正常工作所进行的设计，既包含原始设计也包括改进设计和升级换代的设计。三、新产品开发过程新产品开发流程：立项-市场调研、项目评审-产品开发-试制验证-设计工艺修改-新产品推出3/23市场调研：是在立项后对用户需求和现阶段市场上同类产品的调查分析和信息收集。目的在于确定产品的定位及本项目的可行性。输出结果是计划任务书和技术任务书。产品开发：包括概念设计、详细设计、设计（工艺）评审、设计修改工艺策划和样机试制。四．新产品设计方法1.概念设计在满足产品整机要求的前提下，让设计有创新元素。只提出功能概念，没有任何外形限制，就是概念设计诺基亚概念手机4/23三星概念手机标志的概念车5/23宝马的概念车宝马的概念车概念设计的意义：1）概念设计是今后结构设计的主流思想。2）概念设计才有创新，有创新才有竞争力3）概念设计能挖掘出让人耳目一新的产品6/234）一个好的创意会带来好的买点和直接的经济效益。2.造型设计1).一个好的产品是以形体、结构、颜色质感等构成完整的感染力2）造型设计能对产品起到强化美观、促进愉悦，减少长时间操作后的疲劳。3).好的造型，能赋予产品时代感造型设计方法举例：●面板布局a．面板布局要调和与对称b.显示装置放在左上角，留出右侧用于右手操作c.接线端子放在左下方或右下方方便接线d.电源开关的位置放在右下方，方便发生事故时快速切断电源。●色彩选用：电力产品属于高科技产品，色彩选用应给人理性感。①配色上必须有大面积的主色调才能显的统一。②主从色不能太多，一般不超过3种，太多则太杂，缺少高科技的严肃性③尽量选用中型流行色调，比如中灰和浅米色，这两种色系稳重富有时代感。④色彩的位置应注意保证重心稳定，布局匀称，比例协调，层次和谐，有节奏和韵律感⑤色调对比，应以相邻色相对比的方法，能使面板显得活泼，令人心情愉快。7/23⑥颜色的空间感，暖进冷退，明轻暗重，黄、橙、红、紫红让人感觉近，青、蓝、紫色让人感觉远；颜色同时还给人一种冷暖感等。●字体选用：面板或小铭牌上的设备名称，一般采用等线体，也可以采用仿宋体，因为这两种字体比较清晰，易于辨识等线体优点是粗细均匀相等，在丝印时，不论阴文阳文均有很好的效果字体颜色根据面板颜色而定，深色面板可用白色字体，浅色面板可用黑色字体，特殊元件则采用红色字体●表面处理不同金属材料经过不同的化学或物理处理，可以产生不同的光亮度和多样的色彩美。镀铬-----高光沙光或氧化------亚光氧化发黑------无光油漆喷涂氨基烘漆----高光硝基漆------亚光斑纹漆------亚光●铭牌位置应该在装置的显眼位置固定产品标牌，标牌内容：产品名称、型号、技术参数、生产日期或编号、厂标、商标、制造商名称及产地标牌材质一般选用防锈铝板或不锈钢四、结构设计中要解决的问题安全问题经济问题8/231.安全设计防爆设备要考虑气压平衡设计，设计透气孔，一般是直径6-8mm的空，孔表面覆盖高分子材料聚四氟乙烯滤膜(FHLP09050)。高分子材料能够防止水分子进入，却能够保持设备内外气压相同。2.经济性零件尽可能采用标准件，零件应该有互换性，提高材料利用率，材料选用时尽量选用常用牌号，减少采购难度和成本电子设备的三防要求电子设备长期工作在各种恶劣环境中，受到潮湿、盐雾、霉菌等影响，如果防护设计有问题，电子设备的性能和可靠性会受到很大影响。电子设备在恶劣环境中的破坏形式较普遍的有三种：1.受潮。受潮后，电器原件打火或短路，接口部分老化，绝缘失效，发射功率低2.金属腐蚀：腐蚀后金属穿孔，油漆脱落，发黑，长霉3.长霉:电器原件长时间储存，储存环境不透风，容易出现腐烂，接插件接触不良，绝元件漏电短路，保护能力下降三防的可以从三个方面做起：材料选用结构防护工艺防护●材料选用□金属材料的选用：冷板、镀锌板、热镀锌板和耐指纹板冷板：是在热轧板卷的基础上经过酸洗冷轧加工形成的钢板。9/23电镀锌板：就是在冷板表面利用电解液，形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层，来提高冷板的防护性能。热镀锌板是带钢直接镀前处理→热浸镀→镀后处理而成，热镀锌板的基材有冷板也有热板。耐指纹板就是在电镀锌基础上，再镀一层耐指纹膜，用于家电产品，其特点是汗手接触后，不留痕迹，不影响外观，防腐性能一般。根据镀锌方式、生产工艺以及镀锌量的不同，热浸镀锌钢板和电解镀锌钢板存在着较大的差异：从外观来看，电解镀锌板的表面光亮度要比热浸锌板好，但是通过净面处理，热浸锌板也可以达到很好的光亮度；热浸锌板的镀锌层与钢板间可以形成一层锌铁合金，可以使镀锌层更为牢固，而电解镀锌的镀锌层较薄，无法形成锌铁合金层，因而热浸锌板的防腐蚀及防锈蚀特性要优于电解镀锌；镀锌量的多少将会直接影响到钢板的防辐射及抗氧化能力；相比电解镀锌而言，热浸锌板对电磁波尤其是对低频电磁波具有更强的吸附性，同时这种材料还具有更好的散热性和导电性，可有效的抵御高频电磁波。含铝材料的选用容易产生腐蚀和不容易维护的部位选用耐蚀性能高的材料□无承重要求的导电件选用纯铝材质□有一般承重要求的钣金件选用防锈铝板□铝型材或机加工件选用锻铝6061或606310/23□压铸铝合金件选用YL102按防腐性能比较，纯铝＞防锈铝＞锻铝＞硬铝，在湿热环境下应用硬铝如：LY12的加工件应慎重。□不锈钢的选用：用于湿热环境下，尽量选用奥氏体不锈钢，如：1Gr18Ni9、1Gr18Ni9T、0Gr18Ni9和0Gr17Ni12Mo2，必要时还需要钝化处理。奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能，抗高温氧化性能，较好的低温性能及优良的机械与加上性能，不锈钢通过酸洗钝化，形成富铬钝化膜，使不锈钢的防腐蚀能力得到很大提高。目前钝化后的不锈钢零件应用于化工、石油、动力、核工程、航天航空、海洋、医药等领域。●非金属选用a.选用具有抗真菌、霉菌和细菌能力的材料b.选用不散发有害气体的材料，如:橡胶、塑料及PVCc.选用吸湿率低的材料d.在所需频率和温度范围内，能保持性能稳定性结构防护a.喷涂三防漆b.避免气密性设计，应设置合适的通风孔，尽量将内腔与盲孔设计成通孔，便于排水除湿气11/23c.结构件设计应便于检查、维修和更换d.尽量减少积水积污的间隙、死角和空间，易积水的部位设计足够的排水孔e.避免不同电位的金属接触，防止电化腐蚀f.电镀件、氧化件避免深凹、盲孔及积水结构，避免夹缝结构，以防止储流腐蚀液，避免凸出尖角和尖锐切边g.安装件外R应是板厚的1倍以上，以免应力集中产生应力腐蚀h.采用连续焊，在焊接部位必须喷二道底漆和二道面漆工艺防护工艺防护主要包括：金属防护，非金属防护，降低环境严酷等级，保护材料和设备不受环境影响的防护包装。建议：□铝及铝合金采用阳极氧化膜层加涂料或化学转化膜加涂料涂层□锌及镀锌层可用阳极氧化膜加涂料涂层□碳钢及低合金钢镀层外加涂料涂层□通过排湿气、冷却、灭菌措施，改善设备环境□采用密封包装技术，合理选择包装等级和包装设计，防止腐蚀介质接触材料表面□在容器内冲入惰性气体，利用过滤、干燥等技术排除湿气，冷却设备防止过热，变质老化，防止腐蚀氛围三防的常用措施总结为：密封防潮，放置吸湿剂，金属表面涂漆及金属非金属表面的电镀。12/23结构设计中主框架与面板的选材●在湿热气候条件下使用，耐腐蚀材料的选择应为关键设计。不锈钢在海水中不稳定，钝化膜易受氯离子破坏发生腐蚀和孔蚀。铝及铝合金腐蚀电位在-0.4~-0.7之间，低于大多数金属材料，所以应选用LF2-Y2的铝板做骨架。铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金包含：防锈铝合金，代号为LF,主要是AL-Mn和AL-Mg合金，硬铝合金，代号为LY，属于Al-Gu-Mg合金，超硬铝合金代号为LD，多为Al-Mg-Si合金。●面板选用ABS工程塑料，因为工程塑料是天然或合成的高分子化合物为基本成分，还加入填料、增塑剂及其他添加物制成，可塑性好，防腐蚀性能优良。抗霉菌的材料通常认为非霉菌培养基的材料：金属、陶瓷、云母、玻璃、尼龙、聚炳烯氰、聚乙烯、聚四氟乙烯、复合天然橡胶、合成橡胶、有机硅树脂等。电化学腐蚀电化学腐蚀是金属与外部介质以电池原理的形式发生的腐蚀，主要表现为：13/23□均匀腐蚀□电偶腐蚀□间隙腐蚀□晶间腐蚀□磨损腐蚀□应力腐蚀常见的为电偶腐蚀，因为不同类型的金属，电位不同，相互接触的两种材料电位差越大，腐蚀越严重。因此在同一结构中，尽量选用同一种材质或选用同一种镀层，以免引起电化学腐蚀。电位接近可以接触的金属镁与镁合金铝、铝合金、锌、锡碳钢、铁、铝、锡、铬-锡焊料镍、不锈钢铜、银、金、铂、钛常用防腐蚀保护层选用说明□镀锌冷板表面镀锌，可以防止大气和水的腐蚀。镀锌是一种经常采用的经济有效的表面处理方法，适用于常温，干燥和弱酸性环境在高温潮湿和碱性环境中，防腐蚀能力较差。覆铝锌板也叫镀铝锌钢板，它的铝锌合金结构是由55%铝、43.4%锌与1.6%硅在600℃高温下固化而组成，形成致密的四元结晶体，具有很好的防腐性，其耐腐蚀性，高温抗氧化性以及附着力远远14/23高于镀锌材料，敷铝锌板具有极高的反射性，经常用于抗热屏障。□铝及铝合金，因为表面有氧化层保护，本身具有一定的防腐能力，同时由于吸附力强，可以表面喷涂，进一步提高其防腐能力。□镀铬，钢件表面镀铬，一般作为耐磨层使用，镀铬层在大气中表面生成钝化膜，具有良好的耐腐蚀性；镀铬层在海洋性气候中，比镀锌层稳定，防腐效果比镀锌层好。□镀镍，钢制零件在镀铬镀镍前一般先镀一层铜做底层，然后再镀镍镀铬，镀铬和镀铬的镀层有问题，大部分情况是镀铜层不好造成的。镀镍层抛光后能够产生镜面般的光泽，所以一般镀镍做装饰性镀层。□镀银及贵重金属镀银层拥有的有机膜具有很好的抗腐蚀性，同时可焊性好，富有弹性，缺点是阻抗高。为了增强镀锌件或铝化学氧化件的防腐性，通常在零件表面喷涂聚氨酯清漆。五、电磁兼容电子设备的电磁兼容的含义就是：为了保证电子设备在电磁环境中正常工作，且不对设备所在的环境中的其他设备造成不能承受的电磁干扰。电磁兼容的定义：电磁设备在共同的电磁环境中能一起执行个字功能的共存状态。EMC=EMS+EMIEMI:电磁敏感度，设备抗干扰能力15/23EMS：电磁辐射，设备对外干涉能力为了保证设备能够正常工作，必须使设备传输的有用信号远远强于干扰信号，或把干扰信号屏蔽掉，来保证正常信号不受干扰。电磁干扰分为:电干扰，磁干扰和电磁干扰，对应的屏蔽分类也为三类：电屏蔽，磁屏蔽和电磁屏蔽。□电场屏蔽:利用电磁感应原理在金属屏蔽体上产生涡流，反射电磁波，起到电场屏蔽的作用，金属屏蔽体必须有完善的屏蔽和良好的接地□磁场屏蔽：利用高磁导率使金属屏蔽体内产生涡流，将电磁波能量转化为热能，消耗电磁波的能量。□电磁屏蔽:利用电磁波穿过金属屏蔽体时，产生波反射和波吸收，削弱电磁波的能量。电磁屏蔽包含电气设计和结构设计两方面的屏蔽。结构的屏蔽以成本为代价，要求越高成本越高。结构屏蔽是实现产品电磁兼容的重要手段，完整的结构屏蔽体理论上能够达到90db的屏蔽效能，但实际使用中，由于屏蔽体的散热、部件安装、加工误差、缝隙等问题，降低了电磁屏蔽的效能。因此电磁屏蔽主要从电子线路的设计上才能根本解决。电