时间：2023-05-30 10:00:05
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电子设备结构设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：结构设计 电子设备 振动 电磁兼容
Abstract: With the development of electronic technology, electronic equipment structure design is in constant development and improvement. This paper firstly describes the overall structure design of the equipment significance, given the design of the main points, to the structure, heat dissipation, electromagnetic compatibility, this paper discussed the general layout, the improvement is also improve the quality of the product and enhance electronic product competitiveness of the important means.
Key Words: Structure design, Electronic equipment, vibration, Electromagnetic compatibility
中图分类号： TU318 文献标识码：A文章编号：
引言
对于一个电子设备的结构设计，要考虑的因素很多，该概念不仅是指设计设备的外形和安装元器件，更重要的是需要综合考虑各种因素的影响，包括设备的性能和参数。热设计、电磁兼容设计、防腐蚀设计等都是非常重要的内容。尤其是对于小型的电子设备，由于其体积小、重量轻，内各种模块分布共同占有的空间非常小，此时，产生的热量和电磁干扰对其性能和参数的影响非常大，因此要更加合理的设计，要综合考虑各种因素，尽可能将对设备性能和参数的影响因素降低到最低的程度[1]。
1结构总体设计
结构总体的设计要从两个主要方面来入手：系统设计和综合设计，在设计中，要善于移植其它行业已经发展成熟的设计成果，采用新技术、新材料、新工艺，特别要贯穿机电一体化的思想。例如，对于雷达测量精度的提高，如果采用传统的设计方法，仅仅从提高天线系统刚度的方面来实现，必然引起重量加大，同时也带来机动性等问题，但是，如采用强度设计这样一种新的设计方法，不仅能够保证精度，而且又能保证重量在允许的范围内。结构总体设计包括机动性、可维修性及操作性等内容。运输性能的好坏是机动性问题的重要表现，对于机动式装备，要能够很好的实现多种手段的运输，同时在实战中，要求快速转移、展开、架设和折收；这些要求都是在实际中需要严格遵守的设计要求，首要的设计思想是使之实现小型化和轻便化。陆用设备普遍采用了方仓来解决运输性问题，虽然方仓具有很多优点，并且已经被人们普遍接受，但是，设计时机动性问题也是不容忽视的[2]。
可维修性在整体设计中也是值得注意的问题，由于装备对可靠性有比较严格的定量要求，在产品的结构总体设计中可维修性成为重点。周所周知，一个装备必须具备很好的可维修性，因为我们无法保证一个设备是百分之百可靠的，对其进行维修也是无法避免的。在设备遇到故障的时候，就会涉及到维修的问题，这个时候要求能够比较方便的接近故障点，也就是接近维修的地方。这样才能够在最短的时间内将设备修好，使其快速投入应用。但是，也不能一味的求快。有时，快速连接使用不当，反而引起设备不可靠，这就有点得不偿失了。
2热设计
电子设备的热设计是不可避免的话题，过热是造成设备不稳定甚至发生故障的主要原因。近年来，随着电子技术的飞速发展，集成化器件的功能也日趋复杂，其复杂主要表现在：在输出功率不断加大的情况下，电子设备要求体积越来越小，器件的封装密度不断提高，以适应电子设备的军用，因此，热设计对于对电子产品可靠性来说是至关重要的。减少元器件、部件以及设备的内部和外部热阻是热设计研究的基本方向，将在运行过程中产生的热量迅速地传至最终的散热器。减小元器件内部热阻的方法主要有改进封装结构以及采用合适的封装材料，电子设备结构设计师的主要任务是：在满足环境条件和可靠性要求的前提下，尽量选择简单、有效、经济的冷却方法。为了确保设备可靠工作，要求在规定的使用期内，冷却系统的故障率比被冷却元器件的故障率低[3]。
热设计技术在我国已经有相应的部标、国标、国军标等标准文件，这些都为热设计提供了技术依据。如今的电子设备电路的组装形式基本上实现了印制电路化，因此印制电路的冷却成为了关键技术。设计中，把箱体两侧壁设计成带散热风道的冷板形式，同时在箱体后部安装有轴流风机，这样就可以给箱内的印制电路板提供一个传热途径，可以顺利的为两侧的风道提供强迫风。现阶段，关于热设计过程的计算与试验问题还不算完善，在传热过程中各种参数相互耦合，计算与试验相当复杂。因此，还是在严格的环境中经受实际考验来验证设计。
3电磁兼容的设计
电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力，具体包括能在电磁环境中正常工作，具有一定的抵抗电磁干扰的能力和对所处环境中的其他设备的电磁干扰有一定的限值，不致于影响其他设备的正常工作两个方面的内容。如果电子设备不受任何保护，电磁的干扰就会导致逻辑错误或信息丢失，甚至造成电子设备的失控、死机或整个系统的混乱。产生电磁干扰有三个途径：干扰源、传输介质和接收单元。
如今，我国的EMC技术还刚刚起步。造成这种局面的原因主要有以下几点。
（1）EMC技术的发展相对较晚，又是一门边缘学科，介于电机之间，多种学科交叉，一些技术人员对有关EMC方面的知识掌握不够。
（2）测试设备价格昂贵，测试设备不能得到很好的普及。当然，现在我国已从国外引进了EMC监测和实验手段以及一些先进的设备仪器，加上有关EMC标准的制订与颁布，我国EM设计技术的发展正在稳步发展。
在电磁兼容的设计方面，有几点需要注意。
1）对机壳的屏蔽，要想实现较好的电磁屏蔽效果，需要选用良导体材料，并且尽量少开孔。但壳体上往往会有各种接插件、按键、显示器、通风孔和电缆孔等孔缝，而不是一个完整的封闭体，这样就会会降低屏蔽的效果，造成电磁泄漏。一般情况下，可通过以下几种方法来提高其屏蔽效能：散热处采用金属丝网；采用阶梯状接口，以此增加缝隙深度，提高结合面加工的精度；在接插件与壳体的接触面上增加导电橡胶衬垫；同时，用金属箔密封带对缝隙进行密封，增加壳体的密封性。
2）采用电源滤波器。周多周知，电源滤波器能够很好地降低由于传导耦合带来的系统电磁兼容性能的降低。将滤波器安装在设备的机壳上；在靠近设备的电源输入端，连线应尽量短；尽量使用双绞线和屏蔽线；被测设备中若出现其他单独的电源，需要在合适的地方加装各自的滤波器。
4冲击和振动的隔离设计
由于支承结构的刚性小以及固有频率低，传至敏感组件上的冲击能量会变小。防止结构共振是冲击振动隔离设计中的首要任务，其次才是在冲击与共振的隔离之间进行折衷考虑，在这一过程中，也要考虑到设备的造价、体积以及重量等问题。所以冲击振动隔离的设计夜不是一门单一的技术。在军用装备中，由于使用环境的不同，具有各自不同的特点。比如：在舰船上，强迫振动频率比较低，一般能做到使结构的固有频率高于强迫振动频率的上限。在飞机上，振动频率要高得多，这样高的强迫振动频率，只有利用阻尼技术来耗散共振时的能量，使其保持在许可的范围内。
使用隔振器是冲击与振动的隔离普遍采用的方法，伴随隔振器的发展是隔振技术的另一门类。目前，阻尼材料也取得了很大的发展。由于在隔振与降噪方面的独特功能，粘弹材料一直是工程界普遍采用的材料，但由于生产的成本太高，很难推广普及，因此主要是应用在航空与航天工程中，还有一种叫减震铬铁铝新材料在受到打击或振动时，几乎不发出声音，它能够将机械能几乎全部转化成了热能。当材料受震时，在第一个振动周期就使能量消耗。从目前的发展趋势来看，今后冲击、振动隔离技术的发展不仅取决于隔振器新形式的出现，更是取决于新的、廉价的隔振材料的出现。
5结束语
电子设备的结构设计，要考虑的因素很多，不仅仅要老考虑热设计、电磁兼容设计，同时，还需要考虑抗振动冲击性、机动性、可维修性、可操作性等等，当然，设备的体积、重量和造价等因素也是必须要考虑的因素。尤其是对于军用电子设备来说，系统中电子设备的技术含量越来越高，要求更高的可靠性，和适应各种恶劣环境的性能，这给结构设计和工艺人员提出了更高的要求。在结构设计的过程中，有时候不能够把每一方面做到尽善尽美，当各因素遇到矛盾时，要进行综合考虑，在各矛盾中选择最优的方案。
参考文献：
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[3] 陈树辉.强非线性振动系统的定量分析方法[M].北京:科学出版社
在高科技发展的现代军事行业中，对电子信息设备的科学技术要求越来越高。电子设备日趋向高、精、尖发展，具有高性能的电子设备可以有助于军事环境中的侦查与反干扰，为军事提供了很大的抗干扰的能力。但是由于军事设备的系列化与小型化的发展，大规模的集成电路与大功率元件的使用对设备产生了很大的电磁干扰，再加上外界环境产生的电磁波的影响，因此对军事效率产生了巨大的干扰。当干扰程度超过电子设备元气件的干扰程度限度时，电子设备的性能就会急剧降低，因此就很容易被敌方发现，造成极为严重的后果。
2电磁屏蔽的原理
电磁屏蔽的原理就是利用导电或导磁材料制成的盒壳、屏板[1]，将电磁能禁锢在一定的空间与范围内，使电磁场的力量通过导电或导磁等屏蔽体得到能量的减少。对于一个屏蔽介质，屏蔽效能指的是电磁干扰源在屏蔽体放置前后的电磁场强度或功率之比。电磁波理论指出吸收损耗、反射损耗、及屏蔽体内多次反射引起的修正项之和即为屏蔽效能。电磁可以通过多种方式对电子设备进行干扰，但干扰的过程必须具备三个要素：干扰源、接收电磁干扰的元件以及其传播途径，只有这三个要素同时具备电磁才能实现对设备元件的干扰，任何一个要素不具备时都会影响干扰过程。因此，我们可以通过遏制其中一个因素来达到消减电磁影响的作用。对于电子设备的结构设计中，设计师往往都会采取相应的方式去减弱设甚至消除电磁对设备的干扰。大多数情况下，结构设计师会通过切断传播途径的具体方式进行电磁消除。
3操控车电磁屏蔽设计
操控车是雷达系统至关重要的一部分，由方舱、底盘、配电箱、发电机等设备组成，同时操控车也是雷达系统电子设备的载体。操控车的运行较为灵活，适合稳定的运输，它升降的特点为现代军事提供了很多便利之处。操控车对于电磁干扰的屏蔽性能的优劣很大程度影响并决定了整个雷达系统的电磁屏蔽。如何将雷达系统的操控方舱进行合理的结构设计，使其达到最好的电磁屏蔽效能呢？下面为大家做出详细的论述。该测试的雷达操控车属于一个长方体大板方舱，3500mm×2400mm×1900mm，整个方舱利用螺钉、铆钉进行焊接，与端梁、侧梁形成一个统一的整体。大板方舱由1mm厚的内蒙皮与外蒙皮构成，两者之间填充的是聚胺脂泡沫。在雷达系统的操控方舱结构设计的规格要求中，对于应急门、进出风口、各个拐角以及门缝等地方，对电磁波的屏蔽效能必须大于40dB。当电磁波频率在10000MH2时，通过计算其吸收损耗均大于10dB，修正项可以忽略。我们可以利用双层的金属板来强化电磁屏蔽的效果，比如将雷达操控大板方舱中央的单层金属板换成双层的，至少能保证其屏蔽效果在40dB以上。对于一些不可避免的接口处，电磁的影响不容小觑，我们可以采用其他的技术手段增强其屏蔽电磁波干扰的效果。
3.1孔口结构设计利用双层的经过氧化的导电铝板作为孔口门的设计，当孔口门闭合的时候，能实现内外门与内外壁面的贴合，形成一个紧密的整体，在很多大程度减弱、阻隔了电磁波的传播与干扰。对于孔口四周，可以采用装屏蔽条的方式阻碍电磁波，屏蔽条相当于一个密闭的衬垫，我们要综合分析屏蔽条的结构与成本，选择最佳的导电橡胶进行构建，要注意的是屏蔽衬垫是由单一的屏蔽层组成，有时候为了增加屏蔽衬垫的弹性与性能，我们会添加硅橡胶进行构建与设计。
3.2通风孔口设置通风板方舱壁面在结构设计中，不可避免的存在不同大小的小洞，这些洞都是为了通风散热，而且在雷达系统运作的时候，这些小洞必须处于打开的状态，因此比起方舱的其他结构与位置，这些地方对于电磁屏蔽效果的要求更高。为了达到更好的电磁屏蔽效果，我们通常采用设置六角形蜂窝状的通风板的方式，因为在电磁波处于100MHZ以上的时候，我们如果采用的是双层金属网，其电磁波的屏蔽效果会明显降低，金属网过于密集还会导致通风不利。蜂窝状通风孔板具有很多优良的性能：（1）相对于其他金属，对对电磁波的衰减作用更有效；（2）长期暴露氧化之后仍然可靠坚固，屏蔽效能不会发生太多改变。
3.3改进工艺装配与接地形式雷达操控方舱在设计过程中，还应该注意工艺措施的优化与改进。（1）使用经过熔焊、挤压的金属流动工艺进行操作；（2）提高蒙皮的平整度；（3）保证金属元件表面的干净与清洁；（3）防止产生电位差，使用同种金属进行连接。为了雷达系统的操控方舱达到最好的电磁屏蔽效能，我们应避免电磁感应产生的危害，采用对方舱单点接地的方式降低对电磁波的干扰程度，方舱内的设备与元件都可以通过接地过程聚集到外接线板上，再通过金属性进行大地。不仅避免了电位差对舱壁的危害，还有效增加了电磁屏蔽效能。
4结束语
关键词：人机工程学 工作行径路线 容膝空间 视角范围
中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）0006-02
雷达电子设备方舱作为雷达设备以及操作员的主要载体，是雷达系统的主要组成部分[1]。随着社会的进步以及人们对于工作环境的舒适性要求越来越高。方舱内部的结构布局显得尤为重要，其中方舱内部的设计内容主要包括噪音的控制、通风设计、照明设计、色彩与内饰设计以及人机工程设计[2-3]。该文基于传统方舱进行改进，提出新一代方舱内部的结构设计方案。
1 方舱的内部主要构成
电子设备方舱内部的关键设备主要包括显控台、设备机柜、工作台、配套工具以及空调，见图1。方舱的内部结构设计主要根据内部的有限空间进行关键设备的布局，传统的设计方法主要是依据设计经验或设计模具现场体验修正。该文基于现有软件（DELMIA[4]和keyshot）进行方舱内部设备的布局设计以及优化，有效地降低劳动设计强度，减少设计成本，为方舱内部结构布局提供设计依据。
2 方舱内部布局设计
对于方舱内部设备的布局设计，该文借助于人机工程仿真软件DELMIA进行辅助设计，主要是对方舱内人员行为路线、操作区域容膝空间以及可视范围的优化。
2.1 工作行为路线优化
工作人员进入方舱的工作路线主要为：①进仓②打开仓内照明③开启仓内电子设备④开启显控台设备进行仓内工作。整个仓内设备的不同布局会影响到工作人员的工作活动路径。为了能营造更好的工作环境以及提高员工的工作效率及舒适感，本文利用人机工程分析软件――DELMIA进行工作路径的仿真分析。
首先可以直接利用CATIA软件进行方舱三维模型的建立，也可以通过PROE、UG等软件建立方舱三维模型，然后导入DELMIA软件的人机仿真工作环境内。操作人员的建立，利用DELMIA软件中的Human Builder功能设置工作人员身高、性别等相关参数可以方便快捷的建立出工作人员的三维模型，见图2。
基于以上初步工作的完成，借助于DELMIA的人机仿真平台按顺序创建工作环境、创建流程计划、创建仿真、增加仿真动画、分析仿真动作。经过此一系列步骤即可生成操作人员的仓内工作动画，并进行工作路径的优化，见图3。对于不同的方舱内布局，可以用同样的方法进行方舱内人员工作路径的仿真优化，设计出舱内设备的初步布局。
2.2 容膝空间分析
工作人员在进行操纵工作的过程中，如何才能确保具有合理的容膝空间，使得人员能工作得更舒服，这是个方舱设计的关键问题。该文借助DELMIA仿真软件进行工作人员容膝空间和工作视角分析，以2.1节中建立的方舱和工作人员模型，进行工作容膝仿真，见图4。通过容膝分析可以优化显控台工作平台的结构设计。
2.3 视角分析
在整个舱内行径分析的过程中，可以借助于DELMIA的Open Vision Window功能对工作人员的视角范围进行实时监测，如图5所示。
图5（b）表示工作人员走向显控台某一时刻（见图5a）的视野范围内所见。在借助于软件分析过程中，可以时刻显示工作人员在动态行径过程中任意时刻的所见。通过此分析可以优化布局使得工作人员在舱内工作过程中具有更加宽广的视野范围。
3 结语
该文基于人机工程仿真软件――DELMIA，提出了一种电子设备方舱舱内布局设计的新方法。利用该文提出的方法可以更加直观的对舱内工作人员行径路线、容膝空间以及视角范围进行分析。对不同的舱内布局进行比对分析，从而设计出更优的舱内设备布局。基于人机工程仿真软件的舱内布局设计，可以降低设计成本，缩短研发时间，降低劳动强度。
参考文献
[1] 杨会越.雷达方舱的布局设计探讨[J].电子机械工程，2008，24（6）：14-17.
[2] 卢德辉，郭黎.某雷达电子设备方舱设计[J].电子机械工程，2012，28（6）：37- 39.
关键词：星载电子设备；“弹簧帽”结构；表面贴装技术；热分析
中图分类号：TN803;TP302 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)2201503
Heatspreader Structure Design and Optimization of the Spaceborne SMT Chips
ZHU Jinbiao
(Institute of Electronics,Chinese Academy of Sciences,Beijing,100190,China)
Abstract：Characteristics of SMT chips of high power are that the heat-sink plane of them is on the top and there are hundreds of pins welded on the PCB.As a rule,the method of taking off the heat of the chips is to press an un-spring metal plane on the chips.The disadvantage of this method is the positive pressure brought to chips can not be concroled,that is to say,little pressure on chips will get more thermal resistence so that the method does not well in spreader heat,on the other hand,more pressure will get pins of chips breaks while satellite being launched.This paper designs a sping-cap-structure,analyzes and optimizes these structures using flotherm software,which comes to a useful conclusion that the sping-cap-structure meets the requirement of designs.The sping-cap-structure has been used in the satellite.
Keywords：spaceborne electronic equipment;sping-cap-structure;SMT;thermal analysis
1 引 言
为了满足星载电子设备可靠性热设计要求，使芯片结温控制在一定温度范围内［1］，降低设备的失效概率，必须针对大功率芯片进行热设计［2,3］。而大功率表贴芯片的散热结构设计一直是星载电子设备可靠性热设计的难点。
常见的热沉面在顶面的芯片的散热方法是采用一整块金属导热板［4］扣压在需要散热的大功率芯片的表面，热量通过金属导热板传导给机箱，或者使用一小块帽子形状的金属导热板扣压在芯片顶部和冷板［4］上，热量先通过帽子形金属导热板传导给冷板，然后再传导给机箱。这两种散热方案都存在可靠性低的问题：一是芯片顶部受到的正压力难以控制，受压力过大，芯片的焊点容易在卫星发射时的剧烈振动和冲击力下遭到破坏；压力过小，芯片的热沉面与散热结构接触面就减小，增大了热阻，无法满足芯片散热的要求；二是由于芯片和金属导热板之间的热膨胀系数不同，受热变形后容易产生较大的内应力。
本文设计一种弹性的弹簧帽散热结构，可以很好地解决这一问题。
2 常用星载表贴芯片的特点
星载电子设备常用表贴芯片的封装形式［5,6］主要有QFP塑料方型扁平式封装、PFP塑料扁平组件式封装、BGA球栅阵列封装、PLCC封装、SOP小外形封装等，如图1所示。
其中，QFP，PFP，PLCC，SOP等封装形式的芯片在电装时不需在PCB板上制作焊盘孔，而是在PCB板表面对应芯片管脚位置上设置焊盘，采用SMT表面贴装技术实现与PCB板的焊接。由于器件底面与PCB的留有间隙（约0.2 mm），所以器件的受力都作用到了管脚和焊盘上。
3 “弹簧帽”散热结构
基于上述表面贴装芯片的特点，设计”弹簧帽”式散热结构如图2所示。
图2所示1为散热板；2为弹簧帽散热结构；3为芯片；4为PCB板；5为导热绝缘胶或片。散热方案是：在芯片周围铺设散热板，采用帽子形具有弹性的簧片扣压在芯片热沉面上，然后用螺钉将弹簧帽的边沿安装到散热板与PCB组件上。热量通过弹簧帽传导给散热板，再传导到机箱、卫星热控系统。
图1 各种表面贴装芯片
图2 “弹簧帽”式散热结构
弹簧帽材料选用弹性和导热性能均较好的铍青铜合金（牌号为QBe2，QBe1.7，1.9或者QBe1.9-0.1）、锡青铜合金（牌号为QSn4-3或者QSn6.5-0.1）或铝青铜合金（牌号为QAL5或者QAL7）。为增加弹簧帽与芯片热沉面之间接触面积，减小热阻，在它们之间增加导热系数高、绝缘性能好的导热胶或片，这种导热绝缘胶的厚度控制在0.13～0.25 mm，热阻为0.3～0.6，绝缘度为3 000～6 000 VA，能够在温度-40~120 ℃之间正常工作。
4 散热帽结构的热仿真分析
使用Flotherm软件对弹簧帽散热结构进行热仿真分析，建立如图3所示几何模型。
给定芯片功耗为400 mW，左右散热板边条的温度恒定为45 ℃，PCB板材料从Flotherm软件材料库里选取为FR4。在芯片内部设定一个监测点，并设定两种工作状态：一种带有弹簧帽结构，另外一种去掉弹簧帽结构，得到监测点的稳态温度变化曲线，如图4所示。
图3 弹簧帽散热结构几何模型
图4 监测点的稳态温度变化曲线
图4中纵坐标表示监测点的温度，横坐标表示稳态解算过程。0～6区间为采用弹簧帽散热结构时的监测点温度变化曲线，最高温度为50.2 ℃，6～16区间为去掉弹簧帽散热结构时的监测点温度变化曲线，最高温度为63.5 ℃。图4说明弹簧帽散热结构可以明显降低芯片的温升。
5 散热帽结构的优化设计
热传导基本规律――傅里叶定律［7］的数学表达式为：
ИЕ=－λAdTdx（1）И
式（1）中：Е瘴热流量，单位为W；A为垂直于温度梯度矢量的面积；λ为材料的热导率，又称导热系数，单位是W・m－1・K－1。
从式（1）可以看出，热流量与垂直于温度梯度矢量方向的导热面积成正比，而弹簧帽结构的壁厚是影响导热面积和重量的重要参量。保持散热板截面积、弹簧帽结构与散热板之间的接触面积不变，对不同壁厚条件下的弹簧帽结构进行稳态分析，得到如图5所示的温度曲线。
图5所示为弹簧帽壁厚度分别为0.1 mm，0.2 mm，0.4 mm，0.8 mm和1.6 mm五种情况下的稳态温度对比图，这些厚度分别对应的区间是0~7，7~12，12~17，17~23，23~40。
从图5中监测点温度的变化情况可知，厚度在0.1～1.6 mm范围内的弹簧帽散热结构的稳态温度相差不大。在厚度0.1～0.2 mm范围内，随着厚度的增加，监测点稳态温度升高，在厚度0.2～1.6 mm范围内，随着厚度的增加，监测点稳态温度降低。
弹簧帽的壁厚尺寸越大，相同的变形产生的弹性力就越大；同一壁厚尺寸的弹簧帽结构，施加的变形力越大，芯片与弹簧帽的接触面积就越大，热阻越小，导热性越好。由于卫星发射时的冲击震动易造成芯片管脚的断裂，所以需要尽量减小弹簧帽施加给芯片的正压力。
综合以上分析，可以选用厚度在0.1～0.2 mm的弹簧帽结构进行散热，其弹性、散热效果达到最佳。
图5 弹簧帽不同壁厚情况下的稳态温度曲线
6 结 语
本文给出了一种星载电子设备的散热结构设计方案，即弹簧帽结构，适合用于热沉面在顶面且不能承受较大正压力的芯片进行热传导散热。
通过分析对比该散热结构使用前后的稳态温度，说明了弹簧帽结构具有良好的散热效果；通过分析对比不同壁厚散热帽结构的稳态温度，给出既能保证散热效果又能控制弹性力的弹簧帽壁厚范围为1～1.5 mm。
目前，该散热结构方案已在卫星电子设备中得到实际应用，取得了预期效果。
参考文献
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关键词：面向装配的设计；简化设计；虚拟装配；模块化设计
中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0094-02
随着现代电子产品的高度集成化和小型化，以及用户对设备的可靠性、环境适应性等提出的越来越严格的要求，使得电子设备结构复杂程度不断提高，也使产品的装配面临越来越多的困难，导致出现装配质量下降、装配效率降低等一系列问题。在这一环境下，引入面向装配的设计（DFA）这一产品开发模式，在电子设备结构设计阶段即充分考虑产品的装配环节以及各种相关因素的影响，采用简化产品设计、减少零件数量、使用标准件、零件装配模块化和减少装配过程中的调节、装配防错等方法，并利用分析、评价、规划、仿真等各种技术手段，不断地完善设计和改进装配性能，确保装配工序简单、效率高、质量高、不良率低和成本低[1]。
1 基于SolidWorks的DFA应用方法
将SolidWorks功能和DFA方法相结合，在SolidWorks的环境下，主要可以进行以下三方面的应用方法研究。
1.1 简化设计
简化设计就是在设计中遵循KISS原则。简化设计过程往往是对已有的产品结构进行提炼和优化的过程，可以充分利用CAD的数据存储和规划优势，建立各种库文件，选择和调用成熟设计和模块，构建具有较高装配性能的产品。
1.2 标准化模块化设计
在电子设备结构设计过程中，运用标准化和模块化的设计方法，能大幅提高装配质量的可靠性，使装配问题能更早、更容易被发现，从而提高产品装配效率和装配质量。
1.3 虚拟装配
以产品设计为中心的虚拟装配，是在虚拟环境下对CAD模型进行装配性能分析的一项计算机辅助设计技术。基于DFA虚拟装配的基本任务是寻求产品装配结构的最优解，即通过CAD模拟产品装配、进行定量或定性分析，找出结构设计中装配性差的结构特征，进行设计修改和完善的过程。
使用SolidWorks 等CAD软件，可对产品的三维模型进行虚拟装配，并利用CAD提供的分析模块，进行包括静态干涉、运动干涉分析以及装配公差分析等装配性能分析、判断和改进。
2 DFA应用步骤
产品概念设计阶段的主要任务是根据用户要求、设计输入定义产品的架构，并将产品进行模块划分；在此基础上，建立产品装配模型，将各类库文件引入建模过程中，贯彻标准化、模块化设计理念；完成装配模型建立之后，开始虚拟装配，即对模型进行装配性能分析，运用 DFA简化设计等方法对装配体及零部组件进行简化、合并等设计改进，并且进行装配相关检查，直到得到优化模型。
根据DFA的应用方法，制定出在SolidWorks环境下产品设计的流程，见图1所示。
3 DFA装配建模
主要需要建立两类模型，一类是建立一系列库模型，一类是对产品本身结构的建模，而前者是后者的基础。在对产品建模的过程中贯彻标准化模块化思想，为产品的简化设计提供良好的土壤。
3.1 产品装配建模
CAD装配建模有自下而上和自顶向下两种方法。自下而上设计法即首先完成零件设计建模，然后在装配文件中逐一插入零部件，组合成装配体模型，零部件之间无关联；自顶向下法为在装配文件中直接建立零部件模型，零部件之间往往存在几何关联以及配合限制。
综合两种设计方法的优势，在方案设计阶段，采用自顶向下的设计思路，首先规划产品装配体的框架，划分模块类型，在此基础上，将产品主体零件在装配图中进行初步建模或者将通用模块装入装配体中，使产品具备基本的模型架构，然后进入自下而上的模式，对构成装配体的零件模型作细化处理以及建立相关的零件，将生产的零部件装入装配体中并进行配合限制，逐步装配形成产品最终的装配模型。
3.2 库文件建模
库文件泛指CAD软件可调用的所有子组件和模块，它是构建新研制产品的基础，也是面向装配的设计中标准化和模块化设计原则实施的基础。
库文件建立的原则是：
（1）库文件归属文件夹应层次分明，库文件名应简洁明确地表示出库集合的特征，以方便选用；
（2）库文件中固化的组件和模块，如紧固件、外购件等，尽量以零件形式建模，以便存储和调用；
（3）分析同一系列模块的主要安装尺寸，形成尺寸系列表，以方便建模和扩充；
（4）同一系列化零件的建模尽量采用一个模型、多个配置；
（5）模块应尽量包含安装基准、安装尺寸等装配信息，有助于选用和避免装配加工错误。
根据库文件存放的位置和模块的类型可分为两类库，一是存放于计算机本地的本地资源库；另一种需要通过网络管理可上传和下载的ODM电子仓库。
3.2.1 本地资源库
根据电子设备的特点，在CAD环境中主要建立紧固件库（螺钉、螺母等）、电子器件库（连接器、显示屏、键盘、滤波器等）、机械成品库（风机、减震器等）、材料库（屏蔽材料、密封材料、铝型材）以及通用件库（机柜、机箱、控制台、把手、导轨、走线架等）。建立各种库后，将其存放地址添加到SolidWorks系统选项中的设计库中，即可开始在CAD界面中直接调用设计库文件。库文件的设计、编辑、修改等较容易实现， 技术人员可以通过改变某些参数而不必改动元件设计的全过程来更新设计。
3.2.2 PDM电子仓库
SolidWorks Workgroup PDM作SolidWorks的插件，主要用于工作组的产品数据管理，可以将本地成熟产品的数据检入到电子仓库，同时也可以分享工作组内其他成员上传到电子仓库并共享的数据，以实现设计资源的充分利用，并且能确保设计版本和复杂的结构件挂接关系得到有效管理。
根据电子设备结构面向装配的设计需要，以便于选择和调用为建库原则，电子仓库可主要划分为公用资料库、设备资源库和工艺资源库等。将设计相关标准、规范、资料放入公用资料库中；将工艺相关规程、工具资料等放入工艺资源库；设备资源库可以根据电子设备使用的工作环境，如地面、车载、舰载、星载、机载等进行分类，也可以按照结构形式、密封性、抗冲击振动性和电磁兼容性等产品结构特点设置有利于搜索的关键词。
4 装配性能分析
4.1 直观检查
SolidWorks软件界面中提供了装配统计、对称性检查、质量特性以及间隙检查等命令，可以很方便、直观地对已建立的产品模型进行相关的统计和检查，根据检查结果对装配体作进一步简化、合并、调整等减少装配错误、提高装配效率的设计，直观检查一般包含以下几项：
（1）考虑把相邻、相似、对称的零件合并成一个零件；（2）设计多功能零件，减少零件数量；（3）合并减少紧固件的种类、数量；（4）调整装配体及主体零件重心，避免装配时失稳；（5）通过间隙检查，避免零件过约束；（6）进行防错设计，避免非对称零部件具有一个以上的装配位置。
4.2 干涉检查
对产品装配体的干涉检查主要包括静态干涉检查和运动干涉检查两种方式。
SolidWorks命令项中的干涉检查，能够直观、明确、定量地给出装配体静态情况下干涉的零件、部位和干涉几何尺寸，有利于对干涉的零部件定位、定向进行设计修正。
对实现机械运动的产品，采用虚拟仿真工具SolidWorks Motion插件，对虚拟装配体进行运动学和动力学状态的仿真，模拟产品的不同运动状态，检验产品的运动性能及设计计算结果的正确性，对运动部件进行运动干涉检查，查看限位运动的干涉情况以及装配情况和零部件模型的精确程度，有助于在设计中发现产品结构空间布置的干涉和运动机构的碰撞等问题。
更好地完成干涉检查的关键点是完善装配体模型，尽量详尽真实地建模，特别是应注重建立自制件以外的外购件、紧固件、附件等的真实几何模型，往往一些看似微不足道的省略处会在实际装配时出现干涉问题。
4.3 公差分析
SolidWorks有 DimXpert和TolAnalyst两项与公差相关的插件。DimXpert可以直接在3D图形中按照标准生成标注，还可以帮助用户查找图形是否缺少尺寸；TolAnalyst主要作用是解决公差设计的问题。
将公差分析的结果与装配体的简化设计原则相结合，简化装配关系、减少尺寸链数量、减小累积公差，才能够降低尺寸公差等级，实现宽松且合理的公差设计，提高装配质量和装配效率。
4.4 动态装配
SolidWorks的爆炸视图和animator插件可提供静态和动态装配拆分效果图，按需要对虚拟装配体进行拆分、分组，通过爆炸路径和键码对动画进行编辑，生成各虚拟装配体各部分的动画和图样文件。可以用于电子设备结构设计方案评审中，提供直观生动的产品效果；也可以直接应用于实际装配生产，特别是对于复杂的产品的装配具有指导作用。
5 结语
通过基于SolidWorks软件及其插件对电子设备结构面向装配的设计作了一些研究和尝试，体会到无论对软件强大功能的应用，还是对先进的产品设计模式的理解和运用，都需要更加深入地探索。新的设计方法和设计思路在不断涌现，CAD软件的功能也在与时俱进，设计师如何将两者更好地结合进而提升设计水平，是结构设计人员面临的一项艰巨任务。
参考文献
[1]钟元.面向制造和装配的产品设计指南[M].北京：机械工业出版社，2013.
【关键词】 密封 密封垫 结构设计
屏蔽盒是通信、测控类电子设备中常见的部件。我公司设备多工作于舰船或者野外环境，应用环境十分恶劣，因此“三防”问题（防潮湿、防霉菌、防盐雾）和防水问题，是我们结构设计的工作重点。
1 结构要求
现假设某屏蔽盒长期工作在野外环境下，因此为了保证内部器件正常工作，对其三防性能就提出了较高要求。首先根据屏蔽盒的工作环境，将其定义为防淋型机壳。
2 设计原则
针对上例屏蔽盒进行密封设计时，可遵循以下原则：a）尽量减少屏蔽盒需要密封的部位；b）密封结构应简单、可靠、重量轻等；c）屏蔽盒密封中尽量增加盒体与密封垫接触面积，合理地设置压紧点的数量、相互距离和压力大小。
3 设计方法
（1）密封的定义。密封的定义较广，凡是用一种装置或一种材料来填充一个缝隙或一处接触部位，使之不泄漏气体、液体等，都可称为密封。根据密封部位的运动特点，可分为静密封和动密封。本文讨论的屏蔽盒为静密封。
（2）静密封的方法。静密封的方法有很多，目前常用的大致有以下几种：①垫片密封。静密封采用的各种密封垫、密封胶、胶粘剂就属于这一类；②压力密封。利用液体或者气体的压力实现对器件的密封。③螺旋密封。利用螺纹线的结构特点进行密封。[1]本文选用第一种密封方式进行密封。
（3）密封材料的选用。对密封材料的要求一般是：材料致密性好，不易泄漏介质；压缩性和回弹性好，永久变形小等等。[2]
常用的密封材料有液体、纤维、橡胶、塑料、石墨、陶瓷、有色金属等。而其中，橡胶是最常用的密封材料。[4]本文选用橡胶进行密封。
除了密封效果外，屏蔽盒还需要考虑电磁兼容问题。根据实际需求和工程经验，本文选择一种铝镀银导电橡胶，它是一种由铝镀微粒填充的硅橡胶，其能达到最高的导电性，提供高的屏蔽效果。其EMI屏蔽性能见表1。
（4）结构设计。
a）密封设备从结构形式上可分为不可拆式和可拆式。不可拆式结构常用于一次性使用的或不需要维修的设备。可采用焊接、胶粘等形式实现，上述方法有利于减少密封缝隙和部位，减小泄漏的隐患；可拆式结构通常用于整机拼接结构和便于维修和操作的部位，一般采用垫片密封，如橡胶垫、橡胶套、橡胶圈等高分子材料来实现密封。本文的屏蔽盒属于可拆式结构。[3]
目前常见的可拆式密封结构有以下几种，见图1。
a、b、e三种结构形式，其密封效果非常好，但其加工成本较高，常应用在汽密等密封要求较高的环境下。d类的结构形式，具有结构简单的特点，但其密封性能较差，常用在密封要求不高的环境。本文使用c类结构形式，其特点是加工成本相对较低，且满足使用要求。
b）下一步需要选择合适的密封垫形式。较常见的密封垫如图2。
推荐选择f型密封垫，其特点是制造成本相对较低，耐压性较好，在合适的压力下可产生适当的变形。
c）我们已经确定了密封的结构和密封垫的形式，下一步是密封槽的设计。密封槽设计的好坏，直接影响到密封的效果。
关于密封槽的理论计算，很多文章上都有充分阐述，本文不再累述。本文特别推荐一种简单、实用的设计计算方法，希望能帮助读者提高工作效率。具体方法如下：
通常O型密封垫的压缩量ε应控制在20%～25%；
设槽深为D，O型密封垫的直径为φ，那么：
D=φ×（1-ε）
设槽宽为W，O型密封垫的截面积为S，那么：
W=S/D×（110%～120%）
*需要注意的是，槽宽W的设计必须考虑适当的余量，以防止密封垫的“过容”，同时应考虑加工公差的配合。[5]
4 试验验证
依据相关国军标，对上述屏蔽盒进行淋雨试验，其顺利通过了试验。
5 结语
本文系统性地讨论了密封屏蔽盒的结构设计方法，同时提供了一种较为简便的设计方法，为传统的密封设计提出了新的思路。
参考文献：
[1]魏龙.密封技术[M].北京：化学工业出版社，2009.
[2]黄志坚.现代密封技术应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3]生建友.军用电子设备的密封件设计[J].舰船电子工程，2005，（5）：134～137.
【关键词】信息系统硬件集成；车载电子设备；便携机箱；应急通信指挥车
1.引言
近年来，车载应急指挥通信系统被广泛应用于防空、防灾、应急处置等公共安全领域。与之直接相关的应急通信指挥车产品得到了快速的发展。应急通信指挥车与地面固定指挥中心配合使用，具备互联互通、信息处理量大、及时决策等特点，成为提高应急指挥决策效率、全面夺取防空袭斗争和抢险救灾胜利的有效手段。
一个完整的车载应急指挥通信系统由硬件、电气、软件三大部分组成。其中，硬件是整个系统的物质基础，硬件系统的优化设计是保证车载应急指挥通信系统具备优良性能的重要手段之一。本文对一种新型车载信息系统硬件集成方法进行阐述，介绍了便携式电子设备的机箱的设计与应用。
2.车载信息系统硬件集成方法分析
车载应急指挥通信系统以车辆为运载平台，在有限的车内空间里最优化地进行设备布局，是硬件系统集成重点要考虑的问题。
2.1 19英寸标准机柜的应用
采用19英寸标准机柜对电子信息设备进行硬件集成是现行最常用的方法，其具备方便、快捷、通用性强等特点。在应急指挥通信车项目的建设中，常用的19英寸标准机柜有金属骨架式机柜和便携式机柜两种。
（1）金属骨架式机柜
19英寸标准金属骨架式机柜的结构示例如图1所示。信息系统硬件集成时，电子信息设备首先通过标准机架结构（或插箱、托盘）固定在机柜中，然后机柜整体固定在车厢内，进而构成完整的车载应急指挥通信硬件系统。
该种机柜采用金属材料经焊接加工而成，其结构简单、加工方便、成本较低，但同时具有体积大、质量重、便携性差等缺点。因此，该机柜在大中型载车及地面站建设中应用的比较广泛。当载车为小型车时，车内有限的空间及对载重的特殊要求给这种硬件集成方法的应用带来诸多的不便。
（2）便携式机柜
19英寸标准便携式机柜的结构示例如图2所示。此种机柜3U为一个单元模块，根据设备量进行自由组合。利用该种机柜进行信息系统硬件集成的的思路与金属骨架式机柜相同，只是在机柜骨架的材料与结构上进行了变形设计，以适应不同的需求。
便携式机柜的主体骨架采用ABS材料，故重量较轻。同时，机柜加入了便携性的设计结构（把手），有效地提高了机柜的可移动性。该形式的机柜一定程度上适应在小型载车上进行信息系统硬件集成的要求。但由于整体体积较大，其应用仍然受到很大的限制。
2.2 便携式电子设备机箱的应用
便携式电子设备机箱打破19英寸标准机柜的尺寸限制，采取更适合在车内（尤其是小型车）安装的尺寸及结构形式。其采用组合式箱体的思想，每个箱体为一个相对独立的模块，一个模块集成了车载应急指挥通信系统若干个独立的功能，若干个模块组合在一起构成完整的车载应急指挥通信系统。利用模块化的思想对设备及电子元器件进行组合，实现最优化的布局设计，可以大大提高机箱的空间利用率和设备集成度。便携式电子设备机箱的结构示意图如图3所示。
3.便携式电子设备机箱设计
便携式电子设备机箱的三维结构如图4所示，其外形尺寸为600mm（L） ×420mm（W）×140mm（H），箱体材料以铝材为主。另外，在机箱两侧设计了搬运把手。该外形尺寸与材料以及搬运把手的设计可大大增加机箱的便携性。
便携式电子设备机箱设计有前、后过渡面板。前过渡面板为人机接口板，完成人机操作和指示功能。后过渡面板为设备接口板，完成机箱之间、机箱与外设之间的连接。另外，便携式电子设备机箱内部设计有安装衬板，箱内设备或元器件均安装在安装衬板上。当箱内设备改变时，只需改变前后过渡板和安装衬板即可，从而可保证机箱主体结构的通用性。
便携式电子设备机箱前后设计有翻转盖板，用于保护前后过渡面板。翻转盖板通过设计的弹簧卡扣进行锁紧，且前后翻转盖板可拆卸。
便携式电子设备机箱两侧设计有连接锁扣，机箱顶部设计有定位块。机箱之间通过机箱顶部定位块叠加放置，通过锁扣进行连接锁紧。
便携式电子设备机箱后部安装有散热风扇，机箱每侧设计有两个通风孔；使用时根据箱内设备热源的分布情况合理设置通风孔，以形成特定的循环风道，实现机箱内部设备与器件的散热。
4.便携式电子设备机箱的应用实例
本文设计的便携式电子设备机箱已成功应用于某项目的小型3G图传通信指挥车，该指挥车的主要功能是实现短波、超短波通信以及3G图传功能。在小型3G图传通信指挥车的硬件集成上，将整个系统划分为两个模块：配电模块和通信模块。配电模块负责为整个通信指挥系统供配电；通信模块负责实现短波通信功能、超短波通信功能以及3G图传功能。配电模块、通信模块的实物图如图5所示，配电模块和通信模块的组合如图6所示。
5.便携式电子设备机箱的特点
5.1 集成化
便携式电子设备机箱可实现对整件设备以及设备印刷电路板的集成，可将若干个独立的功能集成在一个设备机箱内，其大大提高了指挥通信系统的集成度及载车空间的利用率。
5.2 模块化
便携式电子设备机箱以箱体为单元进行整个指挥通信系统的功能划分，将若干个相对独立但类似的功能进行重新组合，形成较大的功能模块。因此，整个系统的模块化更加清晰，系统的组建更加方便、快捷。
5.3 通用化
以便携式电子设备机箱构成的功能模块具备很强的通用性，其只需根据客户的具体要求做适当的设备改动，即可用于组建一个新的指挥通信系统。另外，便携式电子设备机箱不仅可用于构建车载指挥通信系统，还可用于组建指挥通信基站、便携式指挥所等。
5.4 便携化
便携式电子设备机箱从选材到具体结构设计，始终贯穿便携化的思想。箱体便于搬运，便于拆卸，且可以快速的组装。
二年以上工作经验 | 男| 24岁（1991年3月9日）
居住地：广州
电 话：151********（手机）
E-mail：
最近工作 [ 1年4个月]
公 司：XX电子设备有限公司
行 业：电器，电子，通信设备
职 位：机械工程师
最高学历
学 历：本科
专 业：材料成型及控制工程
学 校：湖北汽车工业学院
自我评价
我的理念是：在年轻的季节我甘愿吃苦受累，只愿通过自己富有激情、积极主动的努力实现自身价值并在工作中做出最大的贡献：作为初学者，我具备出色的学习能力并且乐于学习、敢于创新，不断追求卓越; 作为参与者，我具备诚实可信的品格、富有团队合作精神;作为领导者，我具备做事干练、果断的风格，良好的沟通和人际协调能力。受过系统的经济相关专业知识 训练，有在多家单位和公司的实习和兼职经历;有很强的忍耐力、意志力和吃苦耐劳的品质，对工作认真负责，积极进取，个性乐观执着，敢于面对困难与挑战。
求职意向
到岗时间：一周之内
工作性质：全职
希望行业：电器，电子，通信设备
目标地点：广州
期望月薪：面议/月
目标职能：机械工程师
工作经验
2013/10—至今：XX电子设备有限公司[ 1年4个月]
所属行业： 电器，电子，通信设备
机械工程部机械工程师
1、 公司是关于宠物自动洗浴机和空气净化机。
2、 空气加湿器等产品的开发。
3、 本人担任结构工程师一职。
4、 同时兼任采购部采购员，主要负责产品的外观设计和内部结构设计。
2012/7—2013 /7：XX有限公司[ 1年]
所属行业： 电器，电子，通信设备
采购部 采购员
1、 熟悉家电及电器类产品的外观和结构设计。
2、 熟练使用PRO/E工程软件进行产品的三维造型和所有零部件的模拟装配。
3、 使用CAD软件出零部件加工图，并联系加工厂进行零部件加工。
4、 能熟练OFFICE等办公软件进行产品验收表格制作以及工艺指导书的制作。
5、 对钣金及塑料零部件的加工有较丰富的经验，对五金类标准件的采购有经验，有五金类非标准件外协加工经验。
教育经历
2008/9--2012 /7 湖北汽车工业学院 材料成型及控制工程 本科
证 书
2012 /6 大学英语六级
2011/6 大学英语四级
【关键词】电磁干扰；电源滤波器；电磁屏蔽
1.引言
电磁兼容性(EMC)是指电子、电器设备共处一个环境中能互不干扰、兼容工作的能力。一个现代电子和电器产品(设备、系统)的电磁兼容性对保证产品正常功能的发挥起着至关重要的作用，这已是国内外业界公认的事实。
在实际电磁环境中，给电子设备供电的电源是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径，都存在着各式各样的电磁干扰。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰。
本文结合国军标的电磁兼容实验传导干扰项目及实验中遇到的问题，针对机箱电源进行电磁兼容性设计，以解决电磁干扰的问题。
2.传导干扰
在对机箱的电磁兼容性试验中发现，传导干扰项目CE102超标。其测试图如图1所示。
分析发现机箱的电源线上的噪声电流是产生传导干扰的主要原因。当这些电流传到供电网上，他们就将有效辐射，产生干扰。
传导干扰的耦合途径是直接相通的电路，干扰信号正是通过此电路由干扰源耦合到敏感设备。解决传导耦合的办法是进行电磁兼容性设计，即防止导线感应噪声，也就是采用适当的屏蔽并且在干扰进入敏感电路之前，用滤波方法从导线上除去噪声。
3.电磁兼容性设计
为了提高该设备的电磁兼容性能，在结构设计的初始阶段，从电磁干扰源、耦合途径和敏感电路及器件入手，采取适当设计方法和设计措施，满足GJB151A标准对电磁兼容性能的要求。为满足性能需要，确保每一个系统都能最大限度地的完成预定任务，必须对电子设备进行电磁兼容设计。为消除电子设备工作时对其有影响的所有干扰，主要从以下两个方面入手：（1）电磁屏蔽设计；（2）电源滤波设计。
3.1 电磁屏蔽设计
电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另外一个区域感应和辐射传播的方法。在机箱内部电路密集，功能复杂的情况下，每个元件之间电磁干扰较为复杂，需要采取恰当的屏蔽措施，因为屏蔽体对来自导线、电缆、元器件、电路或系统等机箱外部的干扰电磁波和机箱内部的电磁波均具有吸收能量、反射能量、和抵消能量的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的作用。
从电磁屏蔽的角度来看，理想的屏蔽机壳是使用较厚的金属板，该机壳具有连续的结构，且没有接缝和开口。但是实际上，考虑到机壳内电子设备的维护和散热性，选用具有坚固的结构且在接缝处和拐角处有高电导连续性的金属材料做成的机壳。本设计为了增加机箱外壳材料的电导性和磁导性，外壳选用硬质合金铝，表面氧化后，再进行电镀两种以上的金属材料。
由于机箱上与屏蔽体的接缝以及穿出屏蔽体的各种导线也是造成电磁泄漏的根源。可以采用在缝隙处加装电磁密封衬垫。使用屏蔽电缆等方法，达到预期效果。实践证明，此环节的设计是改动最多、反复试验最多的。在此环节的设计上，需要多方考虑、多管齐下，单靠一种难以实现设计目的。
3.2 EMI电源滤波器设计
考虑电源输入端高频干扰信号经过屏蔽体后并不能完全消除，还是会对机箱内部的一些敏感元件产生影响。选择在电源穿入处使用电源滤波器。
3.2.1 滤波器的基本原理
滤波技术的合理用可以有效地用于切断沿导线传播的传导骚扰。根据电子设备的工作要求，主要选用电源滤波器和吸收式电缆滤波器来抑制电源和电缆上输入信号的电磁干扰。这两种都属于低通EMI滤波器，在允许有用低频信号通过的同时阻止其他干扰分量的通过。
为了使设备能够满足电磁兼容标准中对传导发射、传导敏感度的要求以及对抑制设备产生较强的辐射干扰的要求，作为抑制干扰的电源滤波器应该是一个性能优良的低通滤波器。由于干扰信号有共模和差模两种，电源线滤波器要对这两种干扰都有衰减作用。其基本电路图如图2所示。
图2中，X电容用做滤除差模干扰信号的电容，Y电容式用做滤除共模干扰信号。L电感线圈一般绕制成共模扼流圈的形式。
3.2.2 滤波器的设计
EMI电源滤波器对干扰噪声的抑制能力用插入损耗I.L(Insertion Loss)来衡量，插入损耗定义为：没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功率P1和接入滤波器后，噪声源传输到负载的功率P2之比，用分贝(dB)表示，其表达式如下：
，，
若接入滤波器前后负载阻抗不变，则可以用滤波器接入前后的端口电压V1和V2来表示，即：
分贝值越大，说明滤波器抑制噪声干扰能力越强。由于实际运用中，滤波器的插入损耗会有所降低，所以在正确选择滤波器时，需加入一定的余量。
3.2.3 滤波器的安装
滤波器不同于其他电子元器件，它的性能与其安装方式有很大关系，所以在滤波器的安装方式上也采取了一系列措施。如图3所示，首先滤波器输入与输出线要远离，以避免由于两端耦合而导致高频滤波效果变差等现象产生；其次滤波器外壳与机箱低阻抗接触，同时要减短电源端口到滤波器的连线，当电流进入机箱后，先流经滤波器进行滤波，然后再到其他各单元；最后电源端口与滤波器之间连线也要进行屏蔽，这样外界的电磁干扰不能沿电源线进入设备，机箱内的电磁干扰也无法传出机箱，造成干扰发射超标。
4.实验分析
把电源进行单独屏蔽并安装了电源滤波器后实验结果如图4所示，传导干扰项目CE102无明显超标现象。符合GJB151的要求，说明屏蔽设计和安装电源滤波器可有效的抑制机箱电源的电磁干扰。
5.结束语
电磁兼容性是电子设备或系统的重要性能之一。对电子设备进行电磁兼容性设计是一项复杂的技术任务。而机箱作为电子设备的基础结构，除了具备一定的机械保护作用以外，它还具有一定的屏蔽电磁干扰的作用，所以在机箱结构得到设计初期，机箱内外电子设备的电磁电磁兼容性设计也越来越重要。
参考文献
[1]刘素玲.车载电子设备电磁兼容性设计[J].综合电子信息技术,2006,36(4):43-45.
[2]周秀清,刘兆黎.电子设备机箱的电磁屏蔽设计探讨[J].石油仪器.2006,20(4):24-27.
[3]孙靖.电源滤波器的电磁兼容性设计[J].舰船电子对抗,2008,31(1):118-120.
【关键词】民用飞机；设备托架；有限元；强度分析
0 引言
设备托架是由相互依存的零件和紧固件组成的支承结构组件，用于设备的安装固定。民用飞机实现电子设备标准化，其外形尺寸，前端锁勾，后端连接器，重量，热载荷等级等符合ARINC600[1]标准，可迅速拆卸和更换。为实现ARINC600电子设备的固定安装、快速插拔和集中维护，同时实现在设备架上规定位置的互换性，设计了一系列标准设备托架。如图1所示，ARINC600自然冷托架主要由导向件、安装板、垫板和加强片组成。本文以3MCU自然风冷标准托架为例，采用有限元分析方法[2]对标准托架进行强度分析，评估结构的安全性。
1 有限元分析
标准托架中零件的材料主要选用7075-T62铝合金和15-5PH-H925不锈钢，各零件之间采用铆钉连接。标准托架底部与结构横梁分别通过4个螺栓连接，锁紧器铰链座与托架底部分别通过2个螺栓连接，横梁两端约束三个自由度的平动。
1.1 工况
标准支架上安装电子设备，如图3所示。根据CCAR-25（运输类飞机适航标准）中有关设备架适用的条款规定，托架需在使用限制载荷和极限载荷（限制载荷乘以规定的安全系数）下满足强度要求。此外为保证设备在应急着陆情况下仍能正常工作，托架还需要满足CCAR-25中561条的要求。根据飞机各占位坐标限制过载系数的规定以及机载设备冲击和坠撞安全环境条件及试验程序，并考虑到标准托架在飞机设备架上的安装位置、安装方向不固定，故各方向过载取最大值，最终确定标准托架的计算工况为：向前9g（应急着陆）、向后9g（应急着陆）、侧向9g（坠撞）、向上9g（坠撞）、向下11.2g（极限过载包线），方向如图3所示。
1.2 载荷
托架的载荷主要来自其安装的机箱设备，工况向前时，载荷全部由锁紧器的紧定钩承受，工况向上时，载荷全部由后部连接和紧定钩承受，侧向工况时，设备所产生的力由后部连接和紧定钩承受，向后工况时，设备所产生的力全部由安装板承受，向下工况时，设备所产生的力由导轨板承受。
根据ARINC600规定，3MCU标准托架允许的最大机箱设备重量为7.5kg。本文重心选取位置为设备形心处，所以在机箱重心位置施加向前、向上、侧向、向后极限载荷F=661.5N；向下工况时，按照公式P=，计算导向件底板压力载荷为0.035MPa，S为机箱与托架底部接触的有效面积。
1.3 有限元建模
采用有限元分析方法对标准托架进行有限元建模，其中导向件、垫板、安装板、铰链座采用壳单元，厚度为零件实际厚度；螺栓连接处用REB2、CBAR刚性单元；铆钉用CWELD单元进行模拟，直径和材料按实际铆钉材料定义；机箱用一组刚性梁CBAR 模拟；机箱与托架后部连接器连接处采用弹簧单元CELAS2模拟。
在向前工况下，在托架前部边缘建立一组垂直弹簧模拟机箱对托架的垂向压力，锁紧器中的螺杆、环扣、旋钮组件用CBAR单元进行模拟，如图4所示。
2 应力结果及强度分析
采用Hypermesh软件进行有限元计算，得到5个工况下的零件应力。本文通过对比零件应力和材料许用值，计算得到结构静强度的裕度，评估托架的承载能力和安全性。零件安全裕度计算公式[3]如下：
式中：σtu为零件的材料许用值；σmax为零件最大Mises应力。
根据5个载荷工况下托架的应力云图可知，向前、向后、向上、向下4个工况的最大应力位于导向件底板前部边缘上，其中向前工况下零件应力最大，如图7所示，应力值为265Mpa，导向件材料为7075-T62，材料许用值为537MPa，安全裕度为：
3 结论
本文对民用飞机标准设备托架进行了有限元建模分析，得到静强度计算结果，分析结果表明标准设备托架满足强度要求。
民用飞机中ARINC600电子设备需要快速插拔和集中维护，标准托架的设计不但可以很好的满足这些要求，还实现了在设备架上规定位置的互换性。但同时其载荷环境也相对比较复杂。本文通过对民用飞机标准设备托架进行静强度分析，证明了标准设备托架安全性，可以为其他类型的飞机电子设备安装结构的强度分析提供参考。
【参考文献】
[1]AIR TRANSPORT AVIONICS EQUIPMENT INTERFACES：ARINC 600-19-2011[S].
【关键词】热设计；热量传递；散热 0.引言
现代电子设备结构越来越小，性能要求越来越高，不但支持多任务功能，而且具有更好的便携功能，由此会产生更多的系统热量，更大的热流密度。大量的系统热量在设备中聚集，会严重影响设备的性能指标及使用寿命。在电子产品中，高温对电子产品的影响包括，绝缘性能退化，元器件损坏，材料的热老化，低熔点焊缝开裂及焊点脱落，从而导致整个产品的性能下降以至完全失效。因此在许多现代化产品的设计，特别是可靠性设计中，热设计已占有越来越重要的地位。
1.热设计概述
1.1 热设计概述
热设计是整个系统设计的一部分，它往往与结构设计、内部布局、电磁兼容要求等设计耦合在一起，必须综合考虑才能使整个产品达到优异的性能。根据相关标准和规范，通过对产品各组成部分的热分析，确定所需散热措施，以调节所有机械部件、电子器件和其它一切与热有关的零部件的温度，使其本身及其所处的工作环境的温度都不超过标准和规范所规定的温度范围。对于电子产品，最高和最低允许温度的计算应以元器件的耐热性能和应力分析为基础，并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。通过热设计在满足性能要求的前提下尽可能减少设备内部产生的热量，减少热阻，选择合理的冷却方式，保证设备在散热方面的可靠性。
1.2 热量传递方式
热量传递有三种方式：传导、对流和辐射。传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或一个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。对流：流动的流体（气体或液体）与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。根据引起流动的原因可以分为自然对流和强制对流。辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式称为热辐射。热辐射不需要依赖介质传递，任何物体都存在热辐射，物体不断的向空间发出热辐射，也不断的吸收其他物体的热辐射。
2.电子设备热设计方法
2.1冷却方式的选择
热设计的核心是，在热源至热沉之间提供一条低热阻通道。根据热量的三种传递方式，散热方式有传导散热、对流散热和辐射散热。其中，对流散热又分为自然对流和强制对流。在电子设备热设计中，通常根据电子设备热流密度〔表面热功率系数和体积发热功率系数〕进行估算，来确定冷却方法。
（1）当电子设备的热流密度小于0.08w/cm2，体积功率功率密度不超过0.18w/cm3时，一般采用自然对流冷却。
（2）当电子设备的热流密度超过0.08w/cm2，体积功率密度超过0.18w/cm3时，需要外加动力进行强迫空气冷却或其它冷却方法。
2.2自然对流散热
首先，要合理布局元器件；在布置元器件时，应将热敏元器件放在靠近进风口的位置，而且位于功率大、发热量大的元器件的上游，尽量远离高温组件，以避免辐射的影响；将本身发热而又耐热的组件放在靠近出风口的位置或顶部；大功率的元器件尽量分散布局，避免热源集中；不同大小尺寸的元器件尽量均匀排列，使风阻均布，风量分布均匀。其次，要尽量减少接触热阻；可以通过在接触表面涂一层导热脂（膏），加一薄紫铜片或延展好的高导热系数材料，提高界面间的接触压力，或提高接触面的光洁度来减少接触热阻。再次，必要时使用散热器散热。对于个别热流密度较高的元器件，如果自然对流时温升过高，可以使用散热器以增加散热表面。
2.3强迫对流散热
当自然对流方式散热不能满足设计要求时，就必须采用强迫对流的方式散热。强迫对流的最简单方式是强迫风冷，即使用风机进行散热，采用风机冷却可以将散热器和机箱的体积减小许多。风机冷却又可分为抽风和吹风两种方式。吹风时风机出口附近气流主要为紊流流动，局部换热强烈，宜用于发热器件比较集中的情况，必须将风机的主要出风口对准集中的发热组件，吹风有一定方向性，对整个系统的送风量会不均匀；抽风送风均匀，适用于发热器件分布比较均匀，风道比较复杂的情况。风机的选择要与风道的设计相匹配，同时还要考虑风扇的噪音等因素。轴流风扇在大风量，低风压的区域噪音最小，而离心风机在高风压，低风量的区域噪音最小，要避免风扇工作在高噪音区。对于内部空间较小，或由于其它原因而不能采用风冷的情况，如果有可能，还可以使用其它流体进行冷却，如水冷或其它介质。
3.结束语
综上所述，对于电子设备热设计，设计人员通过分析整个系统产生的热量多少，来确定系统的散热方式，在自然散热不能满足散热要求时，要采用强制散热方式，以达到设备的散热效果最佳。
【参考文献】
关键词： 电子工艺设备；热设计；可靠性
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0110053－01
随着电子工艺的发展，电子工艺设备利用的已经不仅仅是电气和机械技术的结合，而是更多的综合应用到声、电、光、热、等离子物理、计算机等多项技术。并且随着电子工艺设备的应用越来越广泛，因而对其运行的稳定可靠性的要求也越来越高。而可靠的热设计又是保证电子设备可靠性的重要措施。
1 电子工艺的热设计
电子工艺的热设计主要是指利用热传递技术，降低电子设备发热部件、元器件的温度，使设备的内容温度处在正常运行允许的范围内，使电子设备的抗温度应力能力得以提高。热设计的主要目的就是为了控制电子工艺设备内部所有元器件的温度。电子工艺内部元器件的最高安全的计算分析应该是基于元器件的应力，并且保证设备内部元器件的失效率和所要求的设备可靠性的一致。通过热设计，保证设备的安全使用、性能稳定，避免元器件失效从而提高整个设备的无故障工作时间。减缓部件的老化、氧化、磨损等，延长整个设备的使用寿命。
通常电子设备的热设计可以分为系统级热设计、封装级热设计、元器件级热设计三个层次。系统及热设计主要是指对电子设备的方腔、机箱和机框等系统级别的热设计；封装级的热设计主要是指对电子模块、PCB级主板和散热器等级别的热设计；而一些组件级别的热设计通常就被称为是元器件热设计。
系统级的热设计主要是以电子设备所处的环境作为研究对象，如温度、湿度、沙尘、盐分、海拔、震动、冲击等对其的影响。并且环境温度也是电路板热设计的一个重要边界条件。
系统级别的热设计则主要采用一系列的措施对环境温度进行控制，确保电子设备在在一个比较适宜的温度下工作。
电子设备封装级的热设计在国外电子工艺比较发达的国家已经比较完善，在有些国家电子器件封装已经成为了一面专业学科。电子设备封装级的PCB电路板、电子模板热设计、设备电路设计及结构设计之间存在着紧密的联系，并且通常同步进行。其中电子设备封装级热设计最重要的内容就是对PCB电路板基材的选择，覆铜箔层压板的种类、特性是印制电路板设计和制造工艺人员所关心的项目，覆铜板除了在强度、介质系数、绝缘等方面有要求外，同时在热性能方面有其特殊的要求。覆铜板的热性能主要有两个方面：
1）覆铜板的耐温性。环氧剥离布覆铜箔层压板有很好的化学稳定性及电性能，其工作温度一般介于零下230℃至260℃之间。而聚酰亚胺覆铜箔层压板除了具有良好的化学稳定性和电性能外，还具有介电系数小和信号传输延迟小等方面的优势。
2）覆铜板的导热性能。印制电路板的材料通常会采用一些导热系数高且耐高温的材料。在同等环境下，当环氧玻璃布层压板图形导线温度升高到40℃时，金属芯印制电路板图形导线的温度升高低于20℃。正是由于金属芯印制电路板具有比较好的热性能，因而在电子设备中得到广泛的应用。
电子设备的各个部件主要是由塑料封装外壳、铝互连线、硅芯片、氧化硅绝缘膜、金属引线框架等共同组成。这些材料的热膨胀系数各不相同，随着设备的运行内部的温度会产生变化，不同材料部件的交界面会产生压缩、伸拉应力，产生热应力。电子设备的元器件级热设计就是为了防止元器件由于温度交变或是温度够高而出现故障。
2 热设计的基本要求
2.1 热设计应该满足设备可靠性的要求
电子设备运行的时候其输入的电能在元器件作用下下会转化为热能，散发在设备内部，升高设备内部温度。温度的升高将影响设备内部很多元器件的性能，导致元器件失灵，并影响整个设备的正常使用。热设计的最主要目的就是解决设备内部温度过高的问题，通过热设计，利用相关的措施对发热元器件进行散热冷却处理，降低设备内部温度，保证整个设备健康可靠的运行。要保证设备的可靠性，在热设计的时候需要注意以下几点：
1）元器件降额应用对设备内部的温度也会有一定的要求，在热设计时要注意满足这一要求。一般情况下，电子工艺设备的机内温度最好保证在45℃～65℃之间，功率较大的设备其机内温度通常也应尽量控制在50℃～70℃之间。
2）整机的散热冷却设计方案应该要根据设备的功率密度大小来进行。如果设备的功率密度大于43KW/m3时，可以用水冷却方案；如果功率密度大于12.2kW/m3时，可以利用强制风进行冷却；当功率密度比12.2 kW/m3小时，一般采用自然冷却。
3）对发热元器件采取散热措施时应该尽量满足其对热轧的要求。通常，倘若发热元器件对电阻要求在0.05℃/W～2℃/W之间时，可以利用轴流风机强制风冷散热；当对热阻的要求在2℃/W～30℃/W时，通常使用散热器进行散热；如果对电热组的要求大于30℃/W，那么不需要任何的散热措施。
4）机箱设计方案与设备的冷却散热方案要相适应。即在设计机箱时要充分考虑其通风散热性能，方便冷热空气的对流，方便快速散发机箱内部的热量。
5）部件、元器件的布置应着重注意散热、降温。在实际操作中通常将一些不发热或是产生热量较小的元器件安装于机箱底部，机箱的上部安装发热量较大且较为耐温的元器件，元器件与机箱之间的最好保持35mm～40mm的距离，方便空气对流、散热。
6）电子工艺中的某些元器件或是部件对温度比较敏感或是有特殊的要求，这些部件应该要尽可能的远离热源，如果不要还可以用隔离法隔开热源，使这些部件在结构上分开成为独立的两个部分。
2.2 热设计要满足设备预期工作的热环境要求
电子设备预期工作的热环境主要包括：环境温度、压力和高度地极限值与变化率；阳光等周围物体的辐射热载荷；温度、种类、湿度、压力等可利用的热沉状况；对于有其他系统、设备提供冷却剂进行冷却的设备来说，还需要考虑冷却剂的温度、种类、压力和允许的降压。
2.3 在热设计时还需要考虑冷却系统的限制要求
这些限制要求主要包括：对冷却系统的安装条件、体积、重量、密封等结构限制；限制冷却设备的振动、噪音；限制供冷系统所使用的电源，主要是限制其采用交流还是直流，还有电源；对强迫空气冷却设备的空气出口温度的限制。
3 传热的基本原则和计算方法
电子工艺设备的所需的输入功率往往比有效输出功率要大得多，这些多余的功率会在运行中转化成为热能被散发出去。随着电子工艺技术的不断进步，电子设备和元器件的体积越来越小，使设备的体积功率密度增加了。因此需要配置相应的冷却系统，在热源与外部环境之间提供一条低热阻通路，保证传热顺利进行。在传热中热量总是从温度较高的一端传向温度较低的一端的，并且高温端散发的热量总是等于低温端吸收的热量。热传递的过程可以分为两种：不稳定过程和稳定过程。不稳定过程即是在热传递过程中设备各点的温度会随着时间变化而变化；稳定过程是指热传递过程中设备各点的温度稳定不变。
φ=KAΔt即是传热的基本计算公式，在这个式中φ是热流量；K为总传热系数；A是设备传热面积；Δt表示低温端与高温端的温度差异。
导热、对流和辐射是热量传递的三种主要方式。这三种方式可以单独作用，也有可能后两种共同作用。
3.1 导热
在电子设备中由一些传导系数较大的材料成为导体，产生的热量通过导体进行传递。导热在气体、固体或是液体中都可以进行。气体分子的不规则运动时相互间的碰撞完成了气体导热工作。而固体导热可以分为两种，导电性固定和非导电性固定导热，导电性固体主要是借助自由电子运动来进行导热的，而非导电性固体的导热则主要是通过晶格结构的振动实现的。液体导热主要是通过弹性波的作用完成。
在导热中，单位时间内通过固定截面的热量与该界面垂直方向上的温度变化率和截面面积成正比例关系，而热量传递的方向与温度升高的方向总是相反的，这即是傅里叶定律。其计算公式为：Φ＝-λA(dt/dx)
式中的Φ表示热流量；负号表示热传递方向和温度梯度的方向相反；λ表示导热系数；A是传热面积，而dt/dx则表示x方向的温度变化率。
3.2 对流
对流主要发生于流体中，是由流体各部分之间相对位移过程中产生的热传递。并且对流过程中必然会伴随导热现象。对流可以分为两种：自然对流和强迫对流。
自然对流主要是由流体冷热各部分不同的密度引起的；强迫对流是指由由泵、风机等外力运动引起的对流。
对流换热可用牛顿冷却公式计算：φ= hcA（tw-tg）
在这个公式中hc表示的是对流换热系数，A表示传热面积，tw是热表面温度，tg表示的是冷却流体温度。
3.3 辐射
物体以电磁波的形式传递热量的过程被称为热辐射。热辐射可以在真空中传递并且还可以将辐射能转换成热能或是能够将热能转换为辐射能。
物体辐射能的计算公式为：φ=εAσOT4
在这个公式中，ε表示的是物体的黑度，A是为辐射表面积，σO是斯蒂芬-波尔兹常数通常用5.67×10-8W/9（m2·K4）表示，T是物体表面热力学温度。
参考文献：
[1]张兴旺，计算机设备的热设计[J].电子工艺技术，2001（22）.
