电箱的密封结构设计

行精确计算。 由于这三种结构的密封力也较小, 因而得到了广泛应用。图 4a 常用于国产小型或袖珍 式军用电子设备中, 图 4c 在美制小型军用电子设备中常用, 图 4b 在国内外的小型电子设 备中都经常使用。 对于电箱， 可以采用图 3a、 b、 j 和图 4a 所示的结构形式,另外还可以辅助一些防水槽。
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续增大到一定值时, 相对变形量ε= 20 % ~ 30 %, 由于密封件的弹性及变形作用, 密封件紧 贴装配面, 使水分子不能渗透, 从而形成密封。如果进一步增大力 F, 使相对变形量ε> 30 %, 此时密封质量改善不大, 反而会由于疲劳破坏而加速橡胶损坏, 以至于影响密封效果。 因 此, 在密封设计中, 橡胶的相对变形量一般取ε= 20 %~ 30 % 为宜。 设计中应当注意的是, 橡 胶的变形不仅与所加的压力有关, 与温度、 变形程度、 受压时间以及材料本身的邵氏硬度等 多因素有关,所以其变形与应力并非直线关系, 如图 2 所示, 这也是橡胶不同于一般结构 材料的特殊之处, 由图 2 可以看出, 曲线在ε= 0. 1~ 0. 45 这一段基本接近直线。 因此, 在实际设计和计算中可以近似地把它看作是直线, 不会引起过大的误差。
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设备的密封质量与所选的密封材料有很大关系, 密封材料质量的好坏、 可靠性的高低直 接影响到设备的密封能力和可靠性, 选好密封材料是进行密封设计的第一步。 随着科学技术 的不断进步, 材料科学研究的不断深入, 出现了许多新型固体高分子密封材料 , 如橡胶型 固体密封材料、 塑料型固体密封材料等, 而且在合作方法和密封性能上都有很大改进, 为解 决现代技术中的各种密封问题提供了有力保障。 在电箱中, 最常用的密封材料是橡胶, 具有 弹性高、不透水、不透气、电绝缘性好、比重低等优良性能, 经过适当处理后, 它还具有耐 热、寒、油、酸、碱、压、磨、能导电等宝贵特点, 所以它已成为密封结构中用得最多甚至 是非用不可的密封材料。 橡胶的物理、 机械性能与一般的结构材料相比差别很大, 它的可逆弹性变形很大, 比钢 大 20~ 30 倍, 但这仅限于变形弹性, 其体积则和液体一样, 具有不可压缩性, 橡胶的体积 弹性模量 K 高达 220MPa,而压缩弹性模量 E 仅为 3~ 8 MPa。 因此, 在利用橡胶做密封件时, 其密封结构设计要充分考虑上述物理、 机械性能, 即使橡胶在一个方向受压变形时, 在另外 两个方向上要有膨胀的可能性。由于橡胶的配方不同, 性能也不相同。从密封的角度考虑, 橡胶的硬度和脆性温度不能太高, 作为密封橡胶, 实践证明: 其邵氏硬度应小于 55 C, 脆 性温度应低于- 50 C 。 针对现有的电箱，密封采用橡胶密封胶或者橡胶密封条。 2 密封原理 所谓密封就是利用密封圈(条) 截面上的凸缘与机箱装配面之间产生压力而达到密封效 果。设计时, 主要是通过控制橡胶的相对变形量( 简称压缩量) 来达到密封的目的。如图 1 所示 , 密封件未受压时的高度为 H 1, 受压后的高度为 H 2, 则相对变形量为 ε = (H1 − H2)/Hi , 实践证明, 当ε= 10 % 时, 缝隙小至 0.01 mm 时, 水分子仍然能渗透, 当 F 继
3 密封结构设计
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对于可拆卸式密封结构, 其结构形式多种多样,如图 3 所示的密封结构。其中, 图 3a、 b、j 这三种结构形式适用于铸造、压铸或者机加工制成的机箱, 且具有较大的可供密封面 积的情况下, 图 3a、b 这两种形式, 可事先做好密封件, 再用胶将它粘于密封槽内, 也可 以将密封件直接压入密封槽内硫化而成, 图 3j 为橡胶板冲切而成的密封垫, 使用时置予 预定的位置, 这三种密封形式结构简单, 均可以达到防水的目的, 其缺点是密封件的压缩 量无法控制, 容易造成压缩过度,使橡胶很快因疲劳而丧失弹性, 以致于影响密封效果。此 外, 在使用时还应注意, 由于密封力与密封件的宽度 A 成正比, 而 A 又不可能做得过小,
4 IP 防护等级 IP（INGRESS PROTECTION）防护等级系统是由 IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人 的手指等均不可接触到电器内之带电部分，以免触电。IP 防护等级是由两个数字所组成， 第 1 个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第 2 个数字表示灯具防湿气、防水侵入的 密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。 两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二所示： 表 1：第一个数字标示的含义 数字 0 1 防护范围 无防护 防止大于 50mm 的固体外物 侵入 2 防止大于 12.5mm 的固体外 物侵入 3 防止大于 2.5mm 的固体外物 侵入 4 防止大于 1.0mm 的固体外物 侵入 说明 对外界的人或物无特殊的防护 防止人体(如手掌)因意外而接触到电器内部的零 件，防止较大尺寸(直径大于 50mm)的外物侵入 防止人的手指接触到电器内部的零件，防止中等 尺寸(直径大于 12.5mm)的外物侵入 防止直径或厚度大于 2.5mm 的工具、电线及类 似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件 防止直径或厚度大于 1.0mm 的工具、电线及类 似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件
图 4 所示的三种密封结构形式, 当具有一定的压缩量时就可保证有效的水密封, 其优 点是密封件的压缩量可以严格控制 , 当达到预定压缩量时, 两个密封面就闭合, 橡胶不会 被继续压缩, 从而保证密封件不致因过压而疲劳损坏。 另外一个优点是结构闭合后外观无缝 隙, 不会因密封而影响设备的整体美观, 而且结构闭合后, 两个密封面导通, 对于设备的 导电性能( 尤其是屏蔽效果) 十分有利。 设计时, 要做到这一点, 必须对密封件的截面积进
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防止外物及灰尘
完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘侵入， 但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作
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防止外物及灰尘
完全防止外物及灰尘侵入
表 2：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度 数字 0 1 2 防护范围 无防护 防止水滴侵入 倾斜 15 度时，仍可防止水滴 侵入 3 防止喷洒的水侵入 说明 对水或湿气无特殊的防护 垂直落下的水滴(如凝结水)不会对电器造成损坏 当电器由垂直倾斜至 15 度时，滴水不会对电器 造成损坏 防雨或防止与垂直的夹角小于 60 度的方向所喷 洒的水侵入电器而造成损坏 4 防止飞溅的水侵入 防止各个方向飞溅而来的水侵入电器而造成损 坏 5 防止喷射的水侵入 防止来自各个方向飞由喷嘴射出的水侵入电器 而造成损坏 6 防止大浪侵入 装设于甲板上的电器，可防止因大浪的侵袭而造 成的损坏 7 防止浸水时水的侵入 电器浸在水中一定时间或水压在一定的标准以 下，可确保不因浸水而造成损坏 8 防止沉没时水的侵入 电器无限期沉没在指定的水压下，可确保不因浸 水而造成损坏 一般来说， 电箱的结构上将所有的配合面加 O 型密封圈， 同时加密封胶， 可以达到 IP56 的防护等级，具体通过专门的防水试验可以确定。 5 结束语 随着加工技术的不断进步, 加工工艺的不断完善, 加工设备的不断改进, 电箱的种类 繁多, 在进行密封设计时, 针对不同种类的电箱选用相应的密封结构, 力争做到既简单、 经 济又可靠、实用。
因为过小容易失稳, 所以相对来说结构所需的密封力也就较大 , 故其加压件常使用直径较 大的螺钉, 此时需要根据设备的体积和密封情况综合考虑, 选择适当的宽度值 A。图 3c 是 另一种用于铸造、 压铸结构的密封形式, 其特点是密封面积大大减小, 因而密封力也大大减 小, 所需的加压螺钉直径亦可小一些, 这样也就可以减小结构尺寸和壁厚。 图 3d 也是属于 这一类型, 不过它是铸造(压铸)件与冲制件之间的密封。图 3e 所示结构, 具有密封力小、 结构简单等优点, 但是加工误差较大, 容易导致密封失败, 例如, 当密封槽过宽, 密封件 的中线偏离上密封面凸起时, 极易造成压偏!而使密封失效。图 3f 所示密封结构, 密封件 的变形更容易, 因而密封力较上述结构可更小,但结构比较复杂, 且对加工要求高, 仅用于 一些特殊场合。图 3g、h 所示结构采用双面密封, 由于单一密封面上的接触宽度较窄, 故 密封力增大有限, 但其密封可靠性则大大提高, 其缺点是密封面结构尺寸较大, 故多用于 密封要求严格的场合。 图 3i 所示结构一般只用于小面积密封, 其特点是结构简单, 无须采 取任何措施, 但密封垫的形状稍微复杂( 多了螺钉孔) , 由于密封垫的受压面积较大, 所 要求的密封力也较大, 因而结构尺寸也相应增大。
参考文献：
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电箱的密封结构设计
摘要： 阐述了密封原理, 讨论了密封材料的选择问题、 密封结构的具体形式以及 IP 防护等级。 关键词: 密封; 橡胶; 密封结构 现代电源系统的电箱在满足客户要求的情况下，常要求体积小、重量轻、结构紧凑 。 电源系统的电箱通常随车携带，经常在野外使用，受环境影响( 如潮湿、霉菌、盐雾等) 比 较大，对此类设备更是常常提出防水要求，而解决以防潮、防霉、防尘!( 简称三防) 为主 要内容的三防问题以及防水问题最有效的途径之一就是密封。 整机采用密封机箱可以相对降 低对部件的三防要求， 而且密封机箱对设备的维修性没有影响。 但是, 在小型电源系统的特 定条件下，由于种种原因，常使结构的钢度、强度比其它中、大型机箱要低，为了结构的紧 凑和重量的减轻，用于为密封加压的机构、螺钉等也常常是比较小的，不可能提供很大的密 封力。另外，为了进一步方便维修、降低成本，密封结构的设计不允许太复杂，所有这些都 给小型设备机箱的密封设计带来一些特殊问题， 这就要求设计人员在不对设备结构本身提出 过分苛刻要求的前提下，力求用最简设计、最低成本、最易维修的措施来满足设备的密封要 求。 1 密封材料