電子設(shè)備機械結(jié)構(gòu)環(huán)境防護設(shè)計通則

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1環(huán)境參數(shù)組分類及其嚴酷程度分級

1.1一般原則

產(chǎn)品在任何場所使用，都會暴露在各種環(huán)境下。產(chǎn)品暴露在場所，環(huán)境因素相融合，勢必會影響產(chǎn)品。就標準化目的而言，根據(jù)使用場所與環(huán)境因素，進一步規(guī)定嚴酷程度，為產(chǎn)品選擇使用環(huán)境提供重要依據(jù)。在使用產(chǎn)品環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，對相應(yīng)的標準化環(huán)境條件和嚴酷程度進行科學合理的選擇，并進行可比性試驗，以此有效評判使用環(huán)境的具體適應(yīng)性。

1.2環(huán)境參數(shù)的嚴酷程度分級

對環(huán)境條件和參數(shù)嚴酷程度的具體等級進行分類，有助于環(huán)境條件的恰當選擇與測試。

2機械結(jié)構(gòu)環(huán)境條件在產(chǎn)品中的具體應(yīng)用

2.1機械結(jié)構(gòu)環(huán)境條件

嚴酷等級數(shù)字代表的是若干環(huán)境參數(shù)的組合，某一等級可能改回再次劃分高級和低級，環(huán)境條件組合代號是IE+2位數(shù)字。

2.2產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件的選用

2.2.1原則

在進行產(chǎn)品設(shè)計，選取具體使用環(huán)境條件的時候，應(yīng)對產(chǎn)品壽命期所可以承受的環(huán)境條件和嚴酷等級進行充分考慮，確保能夠在此條件上正常運轉(zhuǎn)。產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性試驗和合格評定應(yīng)該充分考慮環(huán)境參數(shù)、試驗方法、嚴酷等級、試驗程序、評判依據(jù)等因素。

2.2.2方法

第一，根據(jù)標準，確定產(chǎn)品使用環(huán)境類型，確定產(chǎn)品在使用時的具體環(huán)境類型，確定具體的嚴酷程度。第二，以標準為依據(jù)，對產(chǎn)品運輸和倉儲、嚴酷程度、微觀環(huán)境等影響因素做全面的考慮。第三，對所有條件進行綜合分析，以此進一步確定產(chǎn)品的環(huán)境條件與嚴酷程度。第四，在技術(shù)領(lǐng)域，嚴格按照相關(guān)使用規(guī)定，在既定標準下，為了明確環(huán)境條件與具體的嚴酷等級，直接使用這一等級，據(jù)此進行環(huán)境防護設(shè)計。

3電工電子設(shè)備機械結(jié)構(gòu)環(huán)境防護設(shè)計通則

3.1環(huán)境條件對機械結(jié)構(gòu)的影響

3.1.1風

風力會導致機械負荷明顯增加，使得結(jié)構(gòu)變化，對整機功能造成影響，或者導致機械被堵塞，磨損程度加劇。

3.1.2高溫

在電阻、電容、功率因素等各種因素的影響下，明顯降低了絕緣性能，其中運動部件由于發(fā)生膨脹，在上面被卡死，這時，涂層漸漸開始發(fā)生起皮，金屬逐漸氧化，非金屬卻開始逐漸老化，而潤滑劑則不斷蒸發(fā)。

3.1.3低溫

塑料與橡膠的性能衰弱，絕緣材料開始不斷變化。其中，濕度有所增強，發(fā)生了凝露現(xiàn)象。潤滑劑的粘度也不斷增加，表層的涂層發(fā)生了裂縫，構(gòu)件則因為出現(xiàn)收縮，發(fā)生過載。

3.1.4潮濕

金屬發(fā)生電化學腐蝕的速度開始加快，從而降低了絕緣材料的熱性能與電學性能。受元件和印制板等元素密封失效的影響，發(fā)生漏電與短路現(xiàn)象。機械強度不斷降低，形狀也失去了恒定性。

3.1.5沙塵

表面上被腐蝕，機械容易發(fā)生卡頓現(xiàn)象，軸承也會嚴重破壞。沙塵開始不斷深入到結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，將其中水分吸收，降低了其絕緣性能，電路也發(fā)生了明顯惡化，在一定程度上增加了靜電電壓，發(fā)生了電噪聲，引發(fā)了機電功能轉(zhuǎn)換元件性能的不斷降低，甚至發(fā)生磨損，高溫沙粒的熱效應(yīng)開始快速腐蝕。

3.1.6沉降物

沉降物直接影響著熱傳遞，并加速著銹蝕現(xiàn)象，使得表面被傷侍。保險罩出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，導致電氣故障出現(xiàn)。表層間的摩擦不斷增加，潤滑劑出現(xiàn)嚴重污染，小孔被堵塞，從而導致防腐涂層被破壞。

3.1.7大氣壓力

低壓加速結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)力腐蝕、放電、電暈、臭氧等各種現(xiàn)象，明顯降低了材料的絕緣性能，隨之產(chǎn)生變化的還有元器件性能，進而引發(fā)嚴重的電氣故障。在低壓狀態(tài)下，降低了冷卻性能，溫度則有所上升，壽命卻不斷縮短。而空氣壓力的逐漸變化，造成了泄漏、凝結(jié)、腐蝕等各種不良問題，從而使得機械強度明顯降低。

3.1.8太陽輻射

在熱效應(yīng)和化學效應(yīng)的作用下，非金屬材料的涂層性能與密封完整性開始不斷降低，甚至大大降低了焊接界面的強度，色碼發(fā)生褪色現(xiàn)象，整機的耐蝕性能也有所降低，進而導致熱負荷明顯增強。

3.1.9電磁干擾

電子元器件的性能開始不斷下降，不僅如此，還會出現(xiàn)故障和失效現(xiàn)象，導致出現(xiàn)誤動，發(fā)出錯誤指令。

3.1.10微生物、昆蟲

微生物的存在，會導致非金屬發(fā)生霉變和腐蝕現(xiàn)象，金屬材料則會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，進而在很大程度上降低結(jié)構(gòu)的綜合性。代謝物的出現(xiàn)勢必會造成玻璃發(fā)生刻蝕現(xiàn)象，其中絕緣性能也被損壞，以此導致機械和管道堵塞，以及潤滑劑的嚴重污染。而昆蟲污染也十分嚴重，會造成結(jié)構(gòu)被損壞。

3.1.11海洋大氣、鹽霧

非金屬材料的絕緣性電阻出現(xiàn)下降，引發(fā)導電層的產(chǎn)生，從而導致金周發(fā)生電化學反應(yīng)，被腐蝕，進而加速金屬和非金屬材料開始產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。機械活動部分出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，卡在上面，發(fā)生電解，致使漆膜上有起泡問題出現(xiàn)。

3.1.12振動、沖擊、加速

振動會造成機械疲勞，使得元器件的引線發(fā)生斷裂，構(gòu)件發(fā)生變形或者是斷開，結(jié)構(gòu)損失，電氣觸斷開，連接效率損失，使得接觸件發(fā)生嚴重損壞，粗結(jié)層之間出現(xiàn)隔離現(xiàn)象，瞬間電氣發(fā)生短路、斷路等不良現(xiàn)象。同時，沖擊會直接導致構(gòu)件發(fā)生過載現(xiàn)象，甚至造成構(gòu)件嚴重損壞，結(jié)構(gòu)失去效用，發(fā)生電氣短路等問題。加速會造成機械應(yīng)力，使得結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，或者是被破壞，液壓泄漏，都會造成嚴重應(yīng)力腐蝕。

3.2環(huán)境防護設(shè)計基本原則

3.2.1腐蝕防護設(shè)計通則

其一，結(jié)構(gòu)外形和零部件設(shè)計最好簡單和光潔，以便于防腐施工與檢修。其二，結(jié)構(gòu)設(shè)計需要防止出現(xiàn)滲水、漏水、冷凝水、殘液滯留、沉積物富集等引發(fā)的腐蝕現(xiàn)象，在停機時，應(yīng)快速排出這些物質(zhì)。其三，以結(jié)構(gòu)材料與產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件作為重要依據(jù)，據(jù)此科學合理選擇有效的防腐蝕措施。其四，就產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)形式，以及應(yīng)用環(huán)境條件等要求，科學合理設(shè)計密封結(jié)構(gòu)，并對內(nèi)部形成有效的防護。其五，防止結(jié)構(gòu)組合和連接方法不恰當，導致腐蝕不斷家具，尤其是應(yīng)充分考慮金屬電極電位引起的腐蝕，必要時應(yīng)采取陰極保護措施。其六，以產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件為依據(jù)，合理選擇經(jīng)濟性的、耐腐蝕性的材料。其七，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式與應(yīng)用環(huán)境條件需求，合理設(shè)計，采取合適的工藝，有效降低腐蝕。其八，最大程度上縮減甚至是消除應(yīng)力集中、殘余應(yīng)力，減緩應(yīng)力腐蝕的危險性。其九，利用緩蝕劑和隔離保護膜等，全面改善局部腐蝕環(huán)境條件。其十，合理選取零件表面強化技術(shù)與熱處理狀態(tài)，促使結(jié)構(gòu)材料的腐蝕敏感度被降低。最后，利用無余量裝配設(shè)計，防止在裝配時，銼修導致結(jié)構(gòu)表面被損壞。

3.2.2材料選擇

在選擇機械結(jié)構(gòu)材料的時候，應(yīng)對材料綜合性能與性價比進行充分考慮。需要充分考慮材料力學性能和物力性能、冷加工性能和、熱加工性能、性價比等各種因素，同時還需要顧及到材料的耐蝕性、可涂鍍、防護特性等等，為了滿足耐腐蝕性和可涂鍍性的要求，材料的其它性能要求可在允許范圍內(nèi)降低。容易腐蝕，但很難修復的部分，應(yīng)該充分合理利用高耐腐蝕性材料，或者做特殊的防腐處理。組件應(yīng)由壽命相同或相似且腐蝕傾向低的材料制成。硬鋁和防銹鋁可以同時使用時，最好使用防銹鋁。應(yīng)該選取具有較低雜質(zhì)含量的材料，也就是有害雜質(zhì)含量比較低的鋼材，確保能夠符合強度設(shè)計的相關(guān)要求，選用低碳鋼。而選擇鋁材時，應(yīng)該優(yōu)先選擇雜質(zhì)含量低的鋁合金，選擇可涂鍍性、防護性良好、工藝性良好的材料。非金屬材料與金屬材料一樣，需要同時具備所需功能與環(huán)境適應(yīng)性。選擇材料時，應(yīng)該按照既定順序進行，即設(shè)備體系、整機、分機、部件、零件，逐層考慮材料的相容性。在設(shè)計和制造設(shè)備時，恰當處理材料之間的相容性與匹配關(guān)系，并以檢修性與壽命周期綜合成本等相關(guān)因素為載體，進一步優(yōu)化選擇。

4結(jié)語

總而言之，電工電子設(shè)備機械結(jié)構(gòu)的環(huán)境防護設(shè)計具有非常重要的作用，必須加強重視。而環(huán)境防護設(shè)計主要體現(xiàn)在腐蝕防護設(shè)計通則、材料選擇兩方面，同時還需要注意的是其他環(huán)境防護設(shè)計，即IP防護設(shè)計、能量沖擊防護設(shè)計、電磁防護設(shè)計、爆炸性環(huán)境防護設(shè)計等。只有這樣，才能夠全面保證電工電子機械結(jié)構(gòu)的良好性能。

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作者：黃杰 劉艷 單位：北方聯(lián)創(chuàng)通信有限公司