机箱设计

机箱设计（共10篇）

机箱设计 篇1

1 引言

雷达结构设计是雷达研制过程中的一个重要环节, 它对保证雷达的优良性和可靠性起着重要的作用。雷达的机动性、可靠性、安全性、环境适应性、工艺性等在很大程度上都通过结构设计来实现;雷达的造型、美观也取决于结构设计的水平。某雷达接收分机是该雷达的重要组成部分, 受限于总体尺寸, 机箱宽高有严格限制, 而且是一个混装机箱, 箱内既安装有不同种类的模块, 又安装有普通插件及CPCI标准插件。接收分机安装在设备机柜内, 要兼顾地面试验和挂装运七飞机使用条件, 满足公路运输、飞机冲击、振动等要求。所以, 接收机箱的设计既要保证内部设备的布局合理, 又要保证机箱具在良好的刚强度, 同时还要提供内部器件运行的良好环境。

2 结构设计

分机机箱结构布局如图1所示, 机箱高6U。校正源模块设计成与变频接收模块相同的结构形式, 与3个六通道变频接收模块、1个本振源模块一起占用9.5个面板宽度。频率源插件、模拟电源插件各占用2个面板宽度。CPCI标准的1个时序控制板、3个数据采集板及1个数字电源共需要6个面板宽度。接收分机共需要20个面板宽度, 故选用19英寸的标准CPCI机箱进行改装设计。

3 刚强度设计

为了兼顾地面试验和挂装运七飞机使用平台, 满足公路运输、飞机冲击、振动等要求, 将机箱上、下导轨分别设计成整体结构形式, 如图2所示, 且选用铝合金材料加工, 以进一步增加刚强度。机箱左右侧壁采用5mm厚铝板加固。机箱内变频接收模块、校正源模块和本振源模块均设计成用锲形锁紧装置固定的机载固定方式。对于频率源插件和模拟电源插件, 在前面板上均采用4个松不脱螺钉固定, 为进一步加固, 在机箱后部又增加了定位销座。

4 散热设计

分机较大的热量集中在变频接收、数据采集以及电源等部分。接收分系统各部分热耗计算如表1所示。

热设计主要从以下几个方面考虑:

(1) 主要元器件均为芯片器件, 器件底面均为大面积地。设计以钼铜作为芯片载体, 载体具有良好的散热性, 芯片器件通过钼铜载体直接与盒体底部相连, 使散热得到很好的保证。

(2) 元器件离散地分布在电路板的不同位置, 避免热量集中。

(3) 各个模块采用独立的盒体结构, 直接通过螺钉固定在大盒体内, 并且分散在盒体的不同位置, 具有良好的散热效果。

(4) 数据采集板热量主要集中在AD和FPGA芯片上。在每个印制板上安装散热翅片, 翅片采用凸台及HD系列导热衬垫和功率芯片保持良好连接。

(5) 分机机箱上部安装风机组件对整个分机内变频接收、数据采集进行风冷散热。这种散热方式被成功应用于“全数字XXX”项目中, 单板的散热量达到65W, 因此可以满足系统要求。选用3个型号为AD1212HB和4个型号为AD0812UB的风机。

对接收分机工作时的温度状况进行了仿真分析。接收分机装在综合机柜内, 机柜装有空调, 风机采取抽风方式, 进口空气温度为30℃, 在此条件下, 通风条件较差的变频和校正源壳体温度分布如图3, 其四个箱体的壳体表面温度最高56℃, 组件散热满足要求。

数据采集板热仿真结果如图4所示, 在采用散热翅片、风机进风温度为30℃时, 芯片最高温度为76.16℃, 低于芯片耐受温度最高85℃的要求。

5 结束语

器件布局设计、刚强度设计、散热设计是雷达接收分系统设计中考虑的重点。通过内部器件的合理布局, 减小了机箱的体积;在机箱局部加固, 满足了机载条件下的冲击振动试验要求;通过在机箱上部安装风机组件解决了箱内器件的散热问题, 为器件的正常运行提供了良好环境。经过产品的使用验证, 此机箱的结构设计完全满足指标要求。

参考文献

[1]赵静.某雷达高频舱的结构总体设计[J].电子机械工程, 2011, 27 (2) :33-36.

[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.

[3]谭贵红, 张志毅, 宋志行, 程林.机载雷达吊舱的结构设计[J].雷达科学与技术, 2010, 3 (8) :284-288.

[4]王成亮.无人机载雷达发射机结构设计[J].电子机械工程, 2011, 27 (3) :34-36.

[5]金涛, 尹周平, 陈建魁.RFID封装中热压头的热分析及优化设计[J].机械与电子, 2011, (1) :13-16.

[6]胡唐生.某无人机载有效载荷的结构设计[J].电子机械工程, 2012, 28 (2) :8-11.

机箱设计 篇2

近日长城推出了一款个性时尚的Mini小机箱产品灵龙G－01系列，这款机箱的外观设计颇有新意，面板采用酷黑加中国红，亚克力材质的面板采用黑红两种纯色，并以拼图纹理为设计主题，给机箱整体增加了不少时尚色彩。机箱尺寸相比普通ATX机箱要小不少，但是在用料方面也并不含糊，采用了08mm厚度的镀锌钢板，箱体周围设计了EMI弹片，有效控制了电磁辐射泄漏，并且支持2个12cm机箱风扇的位置，加强了小机箱的散热性能。电源下置的设计让机箱有更好的散热性能，整个机箱配有两个光驱位、一个软驱位和一个硬盘位，针对普通玩家还是足够了。

防辐射潮流金河田飓风8208B机箱

随着绿色环保概念的深八，不少用户对机箱防辐射越来越重视金河田在今年3月推出了防辐射机架设计的概念，优化机架整体设计，即机箱本身的密合度主要表现在机箱面板、前后侧挡板间的密台度上，目前这款8208B健康机箱已经上市，这款机箱外观设计简洁大方，以银黑为主色调，无论是办公还是家用都很适合，金河田飓风8208B机箱采用热解镀锌钢板设计，镀锌钢板对电磁波尤其是对低频电磁波具有很强的吸附性，同时具有较好的散热性和导电性。金河田飓风8208B机箱内部比较宽敞，预留有四个光驱位、一个软驱位和六个硬盘位，完全满足用户的一般扩展需求，全卷边工艺设计也非常人性化。8208B机箱无论是前置uSB接口位还是光驱位、后侧挡板接口位等，都有较高的无缝密台度设计，以防止电磁辐射泄漏，并且机箱侧板设计了EMI弹片，和箱体连成一体，增加防辐射的效果。

低端也防辐射华硕健康机箱TA-K11

起重机箱型吊臂设计要点分析 篇3

关键词：起重机吊臂,可靠性安全性,参数

箱型伸缩式吊臂结构紧凑, 抗扭性能好, 在汽车起重机上应用较为广泛, 箱体内部有伸缩液压缸, 在支撑内节的滑块, 各节臂之间可以相对滑动, 为了让吊臂在滑动变幅内可以自由转动, 转台交接要和根部链接。所以, 只有对起重机具有相当熟练的操作技能, 才能解决强度与重量之间的问题。需要有效的分析方法对其内部结构进行研究, 对工作的吊臂进行稳定性与各种应力的分析, 对接下来的研究与分析需要我们更进一步努力研究, 即是一件有价值有意义的事, 更是为实际工程设计提供一个可靠依据。

1 课题研究的背景

起重机吊臂根据变幅可以分为两种, 一种是定长式吊臂, 另一种是伸缩式吊臂。根据界面不同选择不同的臂种, 通常是用柔韧的钢丝绳牵引顶部实现变幅, 吊臂是双向构件。其基本臂可以做成直臂。折臂使得臂根位置变低。让转台部分容易分布, 固然液压缸受力较好, 整个尺寸布置限制, 伸缩臂变短, 对起重机的采用可以采用这种吊臂模式。由于伸缩式吊臂的长度可以变化, 通过性比较好, 适用范围相对更加宽泛, 占有的重要地位是无可替代的。在吊臂形式的选择上, 主要是取决于起重机总体的要求, 其次是对其技术的优劣和制造工艺的材料可靠性能。

1.1 课题目的及意义

起重机是工程建设中应用的特别广泛的设备, 特别是节省劳动力, 提高建设速率和质量, 无论是劳动力安全还是工程本身都具有相当大的意义。吊臂更实在起重机中占有无可替代的位置。随着各种先进技术应用的进一步提升, 起重机吊臂技术也越来越成熟, 尤其是计算机技术和成型技术的结合, 更是让起重机技术更上一层楼。在以前, 起重机的传动根本不像现在的这么机械化, 无论是升降还是旋转都单纯的应用机械传动来达到目的。

选择了超高强度的材料, 吊臂质量变轻, 吊臂截面结构单一, 没有什么高要求, 所以被我国应用的很广泛。自从应用了液压技术, 起重机吊臂技术得到提高, 汽车起重机吊臂质量占整体的15%-20%, 因此需要改变吊臂材料以降低质量, 以满足吊臂的高强度作业施工, 否则起重机更是有翻身的危险。我们可以适当研究特殊材料以替代原有材料, 在这种材料的基础上, 进行设计构思, 将会达到意想不到的结构。汽车起重机截面形式多种多样, 最后人们经过试验发现把截面做成正梯形和倒梯形的结构, 各种特性得到一定的改善, 尤其是韧性和扭矩, 也有利于机身稳定性, 后来又提出五边形等诸多截面。

1.2 起重机吊臂国内外动态

工程起重机具有很多品种, 具有作业适应能力大、使用范围宽泛的特点。在近几年中, 世界起重机行业发生渐渐升起成为一颗新星, 市场上出现越来越多商家, 直接导致了一些中小型甚至一些具有一定声望的企业倒闭或者被收购, 有些公司把市场转移, 通过在国外开设厂子以扩大总体市场, 从而加剧世界起重机市场的垄断以及一些由此带来的弊端。就产品种类而言, 这些起重机中有两颗新星占领市场巨大份额, 最大的变化是路面起重机和越野轮胎起重机迅速地发展了起来。对于我国起重机单一产品为主的工程起重机行业而言, 其影响是具大的。由于起重机灵活性能高、作业效率高, 在战后修复家园建设以及工业生产上, 以及国内经济建设中起到决定性的作用。早期的起重机大多采用机械传动这种比较落后的应用技术。随着液压技术的突然出现, 液压伸缩臂起重机也因此得到进一步发展。随后的几年, 越来越多的起重机慢慢的采用液压伸缩式吊臂取代了原有的起重方式, 只有一部分吨位汽车起重机仍采用旧时吊臂随着建筑公事、炼铁炼金、水电厂、南水北调等大型重工业发展, 对起重机的作业性能、安全性以及耗能提出了更高的要求。由于当时设计能够熟练的应用到液压技术。高强度水泥及一些建筑板材的兴起, 起重机渐渐地向大型化发展, 并且在普通起重机的基础上研发出来更高级别的起重机。

目前, 日本、美国、以及一些欧洲国家生产的起重机比较受欢迎。以日本为首主要生产越野起重机, 并且具有多系列生产的特点。但是存在着不追求创新研究等诸多问题, 而欧洲国家则是具有多配件、大吨位的特点。

2 起重机吊臂结构分析研究

起重机正常作业时主要有常规载荷、偶然载荷、特殊载荷这几种载荷。起重机工作情况的差别直接使得起重机具有不同的载荷状态。

常规载荷在起重机中应用的是最多的, 这种载荷是由重力和驱动力产生的载荷。由加速度和各种用力引起位移产生的载荷, 也是在验算过程中必须考虑的一种载荷。偶然载荷是在起重机工作时不经常发生的偶然出现的载荷。自然因素的影响导致载荷的发生。特殊载荷是在非正常工作时发生的载荷, 由起重机意外停止、碰撞侧翻、非正常停止转动、机器发生意外碰撞等引起的载荷。在防止的同时不考虑后两者载荷对其影响。

吊臂伸缩机构种类很多, 但是主要应用的有三种:顺序伸缩、同步伸缩、独立伸缩。它们是根据伸缩次序的不同划分。伸缩方式选择的不同, 对吊臂自重有一些影响。一般而言, 独立伸缩机构是三者当中最重的, 顺序伸缩机构是三者中最轻的, 在起重相同物件时, 我们会选择用顺序伸缩机构, 因为其相对比较廉价。在其它位置上, 在要求相同臂展, 同步伸缩的吊臂重心离得更近, 所以相同的吊臂, 如果采用同步伸缩, 起重性能可以提高。

结语

在采用自定义方式对吊臂进行数据结构的计算, 能适当的减少吊臂复杂的变截面使之变为直截面。在吊臂整体结构的研究上;由于建模速度快, 单元数相对减少, 加快了吊臂建模的整体计算速度, 降低了成本, 将计算结果与理论分析数据进行对比, 结果更加准确。但使用这种方法进行吊臂的强度、重量分析也有瑕疵, 对吊臂上贴的钢筋无法考虑, 对吊臂组成材料及局部区域受力看不到。

参考文献

机箱与火箱 篇4

今年就不同了，我仍然坐在电火箱里，火箱却不温不火的，身体在静态中微微发冷。更为恼人的是电脑机箱，持续的嗡鸣夹杂着电流波音，使人感觉特别嘈杂。

我知道在冬天启动电脑，初时会有一些动静，可持续的噪音就不正常。本想将机箱搬到楼下修理店去，可店铺多日无人，我便上网百度，希望能自己解决问题。

網络实在是个奇妙的东西，我很快搜索到数十条答案，有一位网友的帖子比较详尽和风趣，他说冬天户外环境相对静寂，听觉对声响也相对敏感；电脑噪声主要是因风扇缺油、螺栓松动或零部件为灰尘积垢所致。他还把电脑比作人体，我们人基本上每天洗澡，定期体检，对于任劳任怨的电脑，一年为它洗一次澡，做一次保养，这事儿挺“人性”……

我被这哥们儿逗乐了，于是悉心拔掉电脑所有连线，打开机箱，果然，机箱里为多年的积尘污垢所覆盖。我小心翼翼地拆下风扇、显卡等部件，并逐一清理，直到一尘不染。最后，我将零件仔细复原，并拧紧所有细小螺丝，还为风扇滴了润滑油。当我接上线，重新启动电脑时，电脑便飞速运转，再无噪音了。

一番沾沾自喜过后，我联想到电火箱，既无电路故障，会不会也为尘埃所困呢？没错，当我卸去火箱盖板，毛茸茸的灰尘覆盖在箱底，致使电热灯管无法给力释放温度。清理火箱就简单得多了，我发现火箱底部有一张反光板，除去灰尘后热量四射……

再次坐到电脑前，便温暖而宁静了。我想，清理一台电脑，能使它飞速运转，打扫一间房子，可以让它窗明几净，排除身体垃圾是有助健康的。可是，心也是会沾染尘埃的，因此我们困惑、疲惫甚至迷失。有时，品茗不觉茶香，举杯无心月光。那是因为生活的忙碌，使我们无暇清理心灵的积垢。

清代学者史襄哉在《中华谚海》中说：镜子明则尘埃不染，心智明则邪恶不生。只是我们都是凡夫俗子，很难做到心无杂念，与其虚妄于“本来无一物，何处惹尘埃”之境，倒不如“时时勤拂拭，勿使惹尘埃”了。至少可以在尘嚣中，保持一颗心的清洁和淡泊……

（编辑 慕容吟）

机箱设计 篇5

1 静音机柜系统设计理念

静音机箱机柜系统的设计主要是解决密闭结构中的散热和静音控制, 对于设备的静音功能实现主要是利用自然散热, 通过不带有风扇的强制散热, 使得系统实现无源散热, 从而控制设备的温度。由于户外的通讯设备都是安装在封闭的机柜之内, 在设备运转时需要散发很多的热量, 如果这些热量不能有效的排出, 会使机箱内的热平衡失衡, 产生高温聚集的现象, 设置导致设备的损坏。自然散热的途径主要有两种, 分别是传到散热和辐射散热, 传导是机箱内部的热量直接传导到机箱的表面吗, 从而把热量散发到机柜之外, 辐射散热则是通过利用机箱的表面积将内部空气的热量辐射散热到机柜的外面。

阳关的照射对于通信设备的散热有着较大的影响, 因此在进行通户外机箱的散热时要减少阳光对通讯设备的直接照射, 可以采用浅颜色的机箱表面材料, 从而减少机箱对阳光热量的吸收, 降低机箱的温度。

2 静音散热结构的设计

静音散热机箱主要安装在居民的楼道内、户外的墙体上, 因此设备结构的整体要求是结构比较小巧, 对居民的正常生活部产生任何的影响。

2.1 单板部件散热设计

户外通讯设备机箱的热源源点主要来源于芯片, 因此想要提升整体设备的散热性能, 需要进行芯片的散热, 通过控制芯片的温度、空气温度。通常的操作时在设备的芯片上进行散热转板的连接, 并且将散热转板与机箱机柜的外壳相联系, 从而将芯片的温度传给机柜上, 完成散热处理。在进行集中散热的处理时, 要控制散热连接板的成本, 要对连接板进行双面利用, 在芯片和散热连接板之间进行可靠的连接, 保证散热的有效。对于芯片的选择要根据设备的要求进行, 同时要控制好散热连接板的传导截面。

2.2 机柜的散热设计

机柜的散热是整个散热系统的最后环节, 户外机箱机柜除了要对阳关的照射进行控制之外, 还需要为内部的结构提供传导功能, 从而降低设备的温度。可以选用浅颜色的喷涂材料进行机箱外壳的喷涂, 从而有效的减少阳光照射带来的热量。

3 影响户外机箱散热的因素分析

从对户外通讯设备的检查来看, 芯片散热连接板和散热器接触面的导热能够有效的降低芯片的温度, 芯片的厚度也会影响机箱的整体散热, 如果芯片过薄, 会使传导的热阻增加, 从而降低散热传导的效率, 因此增加芯片的厚度能够有效的提升机箱设备的散热水平。设备之间的连接器也对散热产生一定的影响, 如果减少连接器的数量, 也会使机箱的温度下降很多。在进行散热设备的设计时, 要注意对这些因素的控制。

4 结语

从通讯设备的发展和应用上看, 通讯设备的设计是影响其发展的重要因素, 随着通讯技术水平的不断增加, 人们对通讯设备的性能要求也越来越高, 通讯设备主要安装在户外, 但是密集的设备会对居民的生活产生很大的影响, 因此就需要进行相应的散热静音结构设计。在进行静音设计时, 主要是通过设备的自然散热, 不利用风扇进行散热, 从而满足户外设备静音的设计。在进行散热处理时, 主要有传导散热和辐射散热两种, 主要是通过芯片的设计和芯片散热连接板的安装来进行。要对影响户外机箱机柜散热的影响因素进行有效的分析, 进而进行有针对的散热处理。要使通讯设备更好的满足人们的需求, 在进行科学散热的同时充分发挥材料的特性, 让通讯设备更好的发展。

参考文献

[1]谭迅, 陈洁茹, 何朝来, 等.通讯设备户外机柜静音散热设计[C]//中国电子学会电子机械工程分会.中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集.中国电子学会电子机械工程分会, 2009 (10) .

[2]张钰.户外机柜结构设计中应考虑的问题[J].电子机械工程, 2000 (4) .

[3]卢亮明.系列化参数化设计在机箱机柜设计中的应用[J].电子机械工程, 2001 (5) .

机箱设计 篇6

关键词：模块化设计,机箱,机柜,结构设计

1 概述

模块化设计作为一种新的设计理论和方法, 自上世纪70年代在发达国家兴起以来, 已渗透到设计的方方面面, 形成了理论分析、设计生产、试验标准及规范等一套完整体系。它是一种标准化方法, 属于标准化范畴, 是标准化原理在设计方而的具体应用。模块化设计就是将基准部件和功能部件 (模块) 通过各种形式的组合, 或通过增加、减少来实现产品的多样化, 是强调通用性和互换性的一种设计方法。

随着高新技术在军用雷达中的广泛应用, 军用雷达的功能越来越先进, 设备结构也日趋复杂, 面对未来高科技与高集成技术的迅猛发展, 传统的设计模式已经无法适应产品多样化, 更新快的发展趋势和市场竞争的需求。在这种形势下, 通用化、系列化、模块化在设计中的应用就显得尤为重要。

2 机箱机柜的模块化设计

2.1 模块化设计的必要性

机箱机柜作为雷达的重要组成部分, 它的模块化设计对于整个雷达系统有着举足轻重的作用。不同的雷达有着不同的使用功能和应用环境, 对机箱机柜的要求也是千差万别, 设计出一种能适应所有应用环境的产品是不现实的, 但可以设计出有侧重点的机箱机柜模块化, 针对不同的使用情况, 灵活的组合、互换, 这样不仅缩短了研制周期, 避免了重复设计, 还提高了设备的可靠性和可维修性。

2.2 机柜模块

机箱机柜结构的模块化是通过结构形式模块化、外形尺寸系列化、结构件的通用化来实现的。一般说来, 机柜从外形可分为琴式机柜, 立式机柜和卧式机柜三种, 下面就某车载雷达立式机柜为例介绍机柜的模块化设计。

机柜是机箱的载体, 机柜的形式和尺寸由机箱的形式和尺寸决定。从GJB2825-97—《军用雷达机柜、插箱、插件模块化要求》中可以看到, 机箱面板宽度尺寸系列为:482.6、540、609.6mm, 其中, 540mm仅限于舰船雷达使用。我们优先使用的是482.6mm宽的面板, 也就是通常说的19″的面板。根据GJB2825-97机柜深度的尺寸系列为:500、550、600mm, 优先采用550、600mm。实际工作中, 考虑到机箱后面板的接插件要预留足够的空间, 所以深度600mm较常用。从GJB2825-97中可知, 机柜高度可选1400、1600、1800mm, 实际工作中可根据所装机箱的多少来选择机柜的高度, 超出的部分可装假面板, 备附件抽屉或通风窗。遵循这样的统一性要求, 机柜基本统一了外形尺寸系列和与机箱的安装连接尺寸。

某车载雷达立式机柜采用的是无前门列架式结构, 由骨架、顶盖板、两侧门、后门、导轨、减震器等组成﹙图1﹚。骨架由立柱、上下围框、包边、导轨架等构件组成。其构件均采用钢板通过数控折弯成型, 再组合焊接。这种结构形式的机柜外形美观, 其强度也满足车载要求, 可以作为一种机柜模块使用。机柜立柱上预留了一系列的安装孔, 通过这些安装孔, 任何高度的19″机箱都可以进行互换, 如图2所示。导轨架没有焊接在骨架上, 而是通过紧固件与骨架相连接, 这种结构形式除了保证了机箱的互换性, 还使机柜有了延展性, 可以在需要时对机柜进行扩容。这样即使产品需要改型时也无须一切从头开始重新设计, 从而缩短了设计周期, 提高了产品标准化系数, 减少了工模夹具种类, 降低了成本。

2.3 机箱模块

某车载雷达机柜上装配的是整面板式机箱, 这种机箱的前面板宽度为19″ (482.6mm) , 高度为n U (U=44.45mm) 。机箱与机柜间通过三节导轨连接, 最后由前面板上的松不脱螺钉锁紧。螺钉孔的位置有统一的尺寸要求, 这样可以与机柜上的系列安装孔匹配, 按需要互换、调整位置, 使装配更加灵活、机动。整面板机箱可分为框架式 (图3) 和抽屉式 (图4) 两种。

框架式整面板机箱是由前面板、左右侧板、后面板、底板、连接板等通用构件组成, 通过紧固件连接。机箱底板上安装所需的电子器件, 如果有电磁屏蔽要求的还要另加盖板, 盖板通常做成穿孔金属板。框架式整面板机箱模块通常作为有一定功能性的分机的机箱模块, 如发射分机、接收分机、电源分机等。

抽屉式整面板机箱类似于存放抽屉, 由前面板和底板 (包括后面板、左右侧板) 等通用构件组成, 底板用钢板折弯而成, 通过紧固件连接 (图4) 。这种机箱模块一般作为备份抽屉使用, 通常用于存放一些备附件、文件及工具等。这两种机箱有各自不同的功能, 可根据实际需要分别作为机箱模块使用。

3 结束语

机箱、机柜作为雷达的基础结构体, 对其内部的电子器件起着支撑和保护作用, 对电路功能的实现起着至关重要的作用, 在整个雷达系统中有着举足轻重的地位。某车载雷达机箱、机柜由于采用了一系列的模块化设计, 不但减少了设计和制造中不必要的重复, 大大简化了设计, 缩短了新品研制的周期, 也使产品之间的互换性和统一性得到了保证, 使产品的可靠性得到极大的提高, 为整机调试、使用和维修等工作带来了便利。使产品适应新形势下多品种、小批量、需不断改型的军事装备的研制生产的要求, 从而提高了企业的市场竞争力。

参考文献

[1]卢亮明.《系列化参数设计在机箱机柜设计中的应用》.电子机械工程, 2001;93 (3) .

[2]何华代.《机柜通用化系列化多功能优化设计新探索》.电子机械工程, 1992; (2) .

[3]王键石, 等.《电子设备结构设计手册》.北京电子工业出版社, 1993.2.

机箱设计 篇7

建立箱型悬臂梁三维模型

以某型号定柱式悬臂起重机箱型悬臂梁为研究对象, 通过三维建模软件Solid Works建立箱型悬臂梁的等比例三维模型, 如图1。该悬臂式起重机箱型悬臂梁主体结构由两根标准工字钢焊接而成, 其正下方由三角形钢板焊接作支架, 以增大箱型梁刚度, 减小箱型梁弯曲变形。下部是厚度为10mm钢板焊接而成的电机固定架, 梁的后部下端面打孔以安装回转轴, 整个箱型梁呈左右对称结构。

1工字钢;2悬臂梁支架;3回转马达固定架;4回转支撑架

建立有限元模型并进行静态应力分析

1. 建立悬臂梁的有限元模型

首先, 通过三维建模软件Solid Works对应接口将箱型悬臂梁模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench中, 采用Solid187单元类型来建立有限元模型, 定义箱型悬臂梁的材料属性为结构钢, 弹性模量 (杨氏模量) 为2×105 MPa, 泊松比0.3, 密度7 850 kg/m屈服强度235 MPa。

其次, 对悬臂梁进行网格划分。Ansys Workbench提供了多种不同的网格划分方法以适用几何体不同的部位。本文采用自动划分法 (Automatic) , 通过尺寸控制对敏感的区域进行细化。划分后得悬臂梁有限元模型共有Nodes 84 699个, Elements64965个 (见图2) 。

2.静态应力分析

根据悬臂式起重机的实际工况, 箱型悬臂梁与立柱连接处施加固定约束, 对箱型悬臂梁靠近端面的区域施加最大工作载荷为60 KN的集中力载荷。然后对悬臂梁的总变形量和应力进行求解, 求解结果最大变形量为1.6287 mm, 最大应力为92.743 MPa (见图3) 。

箱型梁优化求解

1.箱型悬臂梁拓扑优化

通过对箱型悬臂梁的形变和应力分析结果与许用值对比, 发现形变量与应力值远小于许用值, 因此, 可对该悬臂梁进行拓扑优化, 在满足设计要求的条件下, 减轻结构自重。设置重量减小20%为优化条件, 对箱型悬臂梁进行形状拓扑优化, 将箱型悬臂梁应力以及形变量较小的部分剔除, 其优化结果如图4。

在进行箱型悬臂梁修改时要根据梁的实际情况进行处理, 不一定完全与优化结果一致。为了减轻实际工作量, 本次对箱型悬臂梁的修改不涉及对箱型梁主体, 只针对其下支撑板进行优化, 优化修改后的模型如图5。施加相同的约束和载荷条件, 计算修改后的箱型悬臂梁最大变形为1.856 mm, 最大应力为123.43 MPa, 变形和应力仍然满足设计要求且质量减少21.93%。

2. 箱型悬臂梁支架参数优化

在对悬臂梁腹板支架进行参数优化之前, 定义腹板水平长度参数为ds_V1, 腹板垂直长度参数为ds_L1, 腹板厚度参数为ds_FD1。定义箱型悬臂梁最大变形、应力和质量为状态参数, 在最大应力小于235MPa的条件下, 求解目标质量最小。通过响应分析得出控制变量和目标参数之间的关系如下图。

由形变和应力对腹板参数响应图可知, 腹板水平长度、垂直长度和厚度的增大均可减小悬臂梁形变量, 且呈线性变化;在对应力响应的影响中腹板厚度无贡献。由以上分析结果得到腹板最优设计并且驱动模型, 得到箱型悬臂梁的最终设计结果。通过对其进行静力学分析, 得到最大变形量为2.261 mm, 最大应力为136.04 MPa, 质量为643.72 kg, 满足设计要求。

本文介绍了基于Ansys Workbench的拓扑优化和参数优化2种优化设计方法, 在箱型悬臂梁形变量和应力满足设计要求的条件下, 使其质量从894.01 kg减小到643.72 kg。优化前后相关参数见表1。

机箱设计 篇8

随着电子设备的小型化, 热流密度越来越大, 给散热带来一定难度, 传统设计电子设备机箱的方法是根据指标要求和工程经验设计出样品, 加工完成后用于实践检验, 然后根据反馈的问题进行改进, 从而得到最优化设计。现提出一种预设计方案, 利用Icepak软件首先对要设计的目标进行热设计仿真, 通过仿真获得合理散热方式的最佳方案。尤其对于复杂热环境, 高密度组件情况, 仿真软件的应用更是一种很好的设计辅助手段, 使散热效能最大化, 从而提高电子设备的可靠性。

1 问题描述

对要设计的机箱要求参数如下:1) 机箱外形尺寸为:262mm×262mm×100mm的封闭铝制箱体;2) 内部包含有:收发模块、功放模块、隔离器、电源、数个热源;3) 各部分不同的热耗分布, 总热耗为28W;4) 工作环境温度为55℃, 模块最大允许温度85℃;5) 机箱采用自然对流的散热方式, 原模型无散热齿, 优化后模型增加散热齿片, 借助仿真给出多个参数, 进行机箱散热器结构的优化。

2 仿真设计过程

Icepack求解的一般过程:项目命名—建立模型-确定初始参数-网格划分-网格检查-校核流态-问题求解-仿真结果。

3 建立模型

使用Icepak软件, 建立自然散热模型, 通过软件的cabinet、wall、block和source等命令, 分别设定为机箱的计算域、机箱腔体、电源单元模块、收信和发信单元模块、功放单元模块等、散热器、热源, 并给出各部分外廓及位置尺寸、材质、热耗等参数, 建立完成机箱模型后进行简化模型, 其中热源主要加在收发、电源和功放单元模块上, 隔离器等其他模块因耗散热极小, 为简化模型加快计算速度, 在这些器件上添加简化为圆热源。图1为该设备的Icepak热分析模型。

4 自然散热时计算域的设定

在自然对流散热情况下, 设机箱的三维模型cabinet最大尺寸为:1) Y轴向上方向, cabinet边界距离机箱模型外壁距离设为220mm (间距大于2倍机箱高度, 机箱高度L=100mm) ;2) 重力Y轴向下方向, cabinet边界距离机箱模型外壁距离设为120mm, (浮力下方空间大于机箱高度) ;3) 其它四个方向与离机箱模型外壁的距离设为150mm, (大于倍的机箱长和宽, 机箱长、宽为262mm。

对自然对流散的cabinet六个面都设置成opening, opening的物性设置采用使用环境温度作为温度边界。

5 设定模型的其它相关参数

模型建立中, 在参数面板设置初始条件和边界条件。

主要条件和参数如下:1) 气流:稳态、紊流;2) 流体:空气;3) 机箱:铝合金;4) 对此室外机箱考虑太阳辐射和地球引力的影响, 机箱各部件加入辐射、重力影响;5) 环境空气温度按设备使用条件设置为+55℃;6) 电源单元模块、收发单元模块、功放单元模块等各单元模块热耗分别设置为39个热源:Sources1至Sources39的热耗分别为:0.195、0.11、0.12、1.25、0.4、0.12、0.12、0.26、8.5、0.4、0.2、0.2、0.29、1.15、0.16、0.1、0.1、0.05、0.4、0.35、0.9、0.68、0.1、0.3、0.4、0.54、0.76、0.4、0.4、0.25、0.25、0.3、2.5、1、0.3、0.38、0.9、0.2、0.6。

6 网格划分

尽量采用粗网格划分空间, 采用O-Grid使网格从350万减少到217万, 采用Shell薄板模型大幅度减少网格。

首先, 检查各模型网格划分到真实几何体上以及逼近模型轮廓的程度。其次, 检查实体模型间流体间隙是否有足够的网格数。因为小的间隙再加上快的流速, 其势函数与流函数有较大的梯度变化, 必须有足够的网格数才能保证此处的分析精度。

7 网格的质量检查

经过检查, 发现机壳外壳网格太少。如图3所示。所以在Per-object meshing parameters面板中, 选择外壳、散热器翅片, 打开Use per-object parameters选项, 给这几处网格局部加密, 见修正前、后的网格图, 图示2, 网格足够多, 最终满足了要求。

8 计算求解过程

先检查气流雷诺数、普朗特数, 设置迭代100步, 采用迭代法, 最后进入计算, 执行计算命令后, 迭代次数超过100次时, 残差曲线已经完全收敛, 结束计算。

9 优化方案

对求解结果分析, 再进行参数修改, 增加散热齿, 改变散热齿距, 重复计算求解过程, 计算出厚度、肋间距、肋高为不同数值时机箱最高模块温度的结果。机箱无散热齿时, 最高模块温度是112.1℃;齿间距为6mm时, 最高模块温度是83.93℃;齿间距为7mm时, 最高模块温度是80.4℃;齿间距为8mm时, 最高模块温度是84.85℃;齿间距为10mm时, 最高模块温度是91.62℃。

比较结果并结合单位的实际加工工艺方法可以确定, 在设备内器件 (Sources9) 最高温度达到80.4℃时 (图4所示) , 机壳和机壳盖上热模块对应部分肋高为11mm, 肋厚为1.5mm, 肋间距为7mm, 是较合理的设计方案。若齿间距减小, 散热面积虽然增大, 但风阻变大, 而模块之间的温差增大, 将对散热不利。

最后在建立整个系统模型的基础上, 根据系统的求解结果, 比较清楚的了解散热器所处的环境, 然后再单独求解散热器的参数, 进一步优化使散热器散热达到最佳状态, 优化后确定机箱外形尺寸为:262mm×262mm×120mm的封闭铝制箱体, 上下端盖全部为散热齿, 将齿间距定为7mm。最后设备使用后, 经测试与仿真相吻合, 效果良好。

10结论

大功率电子设备的散热设计比较复杂, 应用Icepak软件, 可以验证热设计方案的可行性和正确性, 减少了重复设计, 提高了设计效率, 大大节约了制造成本。通过分析模拟、计算出的结果图, 设备工作时的热量及温度分布情况相当直观, 完全依靠自然散热达到了设计要求, 使电子设备机箱最简化, 继而对设计者在之后的结构设计中有很大的参考价值。可见热设计仿真在电子设备热设计中发挥着不可或缺的作用。

参考文献

[1]梁斌, 陈志刚.某机载雷达天线罩结构设计[J].电讯技术, 2011, 1.

[2]黄梦彬.一种强迫风冷机柜的热设计[J].电子机械工程, 2006, 2.

[3]吴跃刚, 陈敏.Ku频段卫星通信背负站的结构小型化设计[J].通信与广播电视, 2004, 4.

小机箱里学问大 篇9

台式PC

我们在第一时间拿到的这款样机还没来得及贴上铭牌，我们暂且叫它联想开天x测试样机，相信当你看到这篇文章时，开天x系列已大最上市了。

小机箱的好处不言而喻，比如前页我们测试的惠普Compaq dc7800 USDT。联想升天X系列的外形我们非常熟悉了，极像ThinkCentre家族中的“迷你”机型，在我们测试中，开天x测试样机的闲置功耗仅仅为45W，即使把处理器“轰到”100％，功率也仅为75W，比同性能的主流台式机下降约50％～70％，节电特性非常出色。

开天系列一直是联想面向大企业和行业用户的机型，从去年发布新开天M系列开始，这个系列的变化让人惊讶，从外观设计到功能创新都有极大的改进。这次开天X的推出，弥补了该系列在小机箱、低功耗产品方面的缺乏，使开天成为一条比较完整的产品线。开天系列重视稳定性的目标也表现在开天x测试机型身上，联想宣称在平均无故障运行时间方面有超强表现。

开天x测试样机的电源具有110～220V的自适应能力，我们并没有找到切换开关，因为它能自动切换，这对于电压不稳的地区是很实用的功能，可以维持电脑的持续稳定工作，开天x还配备了一个外置的E-SATA接口，以供高速的外接设备使用。考虑到行业用户对保密性的需要，这款产品对USB接口的管理功能也很到位，它可以在BIOS里逐个关闭USB接口，起到机密数据不外流的作用(不过该机没有配备PS／2接口，鼠标和键盘对USB仍然依赖，不能完全杜绝隐患)。

我们照例拆开了开天x测试样机的机箱，这是一款完全免工具的机箱。在徒手操作情下，我们可以把主板拆卸下来，显然，这是高档产品在设计上的完美需要。开天x的免工具设计也很巧妙，部件的连接依靠可旋转的“轴”，拆卸中散而不乱，颇具机械设计美感。值得一提的是，当这个机器加上防盗锁(一种标准锁，常用于在公共场合设备的防盗)后，它通过特殊设计的传递杠，能同时锁定开箱键，一举两得，具备了很好的防盗性能。

开天x机箱内的配件基本上仍然是台式机规格，除了由于体积限制采用笔记本电脑光驱外，像处理器、芯片组、内存、硬盘都和主流台式机一样，只是主板在体积上更瘦身。电源也采用了内置设计，并不需要累赘的外接适配器供电。因此，我们完全有理由把这款产品当作传统意义上的台式机看待。

机箱设计 篇10

1 野外机箱的设计背景

1.1 热带气候环境

热带高温地区最显著的特点是全年气温较高, 四季界限不明显。在这一区域内, 由于地表及降水的不同, 热带气候又反映出不同的特点。热带地区, 气温很高, 夏季日照下平均气温在35℃以上, 极端气温甚至超过44℃。

根据水文自动测报系统观测规范要求, 建设的遥测站附近必须无遮挡, 在强烈的太阳辐射和较高气温的共同作用下, 通过遥测站设备常规机箱外壳和开敞的百叶窗口, 大量的热量传进机箱内, 使得无防护的机箱内温度最高超过50℃。

1.2 高温带来的问题

户外环境下, 湿热的条件对电子设备的可靠性及设备的功能和寿命都产生很大影响。高温高湿对大气污染物起着催化作用;高湿会提高化学颗粒的活性, 水汽吸附于物体表面, 还会通过扩散、渗透等方式进入电路板材料内部;高温则会加快盐雾和砂尘引起的腐蚀;同时温度和湿度又是霉菌生成的关键因素。

在遥测站常会出现如下问题:

1) 常规遥测终端机使用环境条件为-1 0~+45℃[1], 遥测站设备的工作温度为-10~+45℃[2]。在阳光的照射下, 遥测站野外机箱表面温度非常高, 野外机箱内部温度将会超过50℃, 长时间的高温环境会使得机箱内的数据采集终端机、通讯模块、蓄电池、太阳能充电控制器等设备工作不稳定, 甚至停止工作。

2) 高的湿度易导致设备元器件的短路, 从而造成设备损坏, 影响整个遥测系统考核运行效果, 甚至使得系统不能按时验收。

3) 长时间的高温高湿环境会使机箱内的电子设备工作寿命降低, 运行维护费用增加。

2 野外机箱的改良设计

2.1 设计原理

野外机箱的改良设计原理是利用隔热层有效阻挡太阳光的直射, 利用自然通风散热, 增加机箱内的空气流动, 使得野外机箱内部温度降低。

本设计采用自然散热方式, 在左右两侧设有外侧隔热板, 外侧隔热板和内侧壁面之间留有空间可以通风散热;在机箱内侧壁面设有出风口, 另一侧设有进风口;在机柜顶部采用双层隔热设计, 这样可以有效阻止太阳直射, 使自然散热能力有效提升, 有效解决高温问题, 同时可以满足通信设备对防水、防尘、防盐雾的需求, 有效控制机柜内部的相对湿度。机箱顶部、内部通风散热示意图分别如图1和2所示。

2.2 设计内容

野外设备机箱要坚固和防锈;外型设计美观、大方, 外形比例应协调;表面有一定的圆度、平行度、平面度, 表面粗糙度要较低;机柜门采用适合野外的内嵌式防盗锁扣;箱体内部布置做到整洁、紧凑。

2.2.1 机箱尺寸确定

设计的野外机箱箱体尺寸为500 mm×240 mm×540 mm, 完全满足野外遥测站点设备和模块 (遥测终端机、蓄电池、太阳能充电控制器、通讯模块等) 的安放。

2.2.2 材料选择

不锈钢材料不易产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损, 304不锈钢材料的金属制品耐高温, 加工性能好, 所以箱体、支架等部件采用304不锈钢材料, 厚度为2 mm, 这样设备机箱既有足够的坚固性和轻便性, 又具有良好的防水、防尘、防振性能。

2.2.3 顶部设计

机箱增加一层隔热板, 必须单独放置在机箱顶部, 隔热板高度为5 cm, 四周全部开孔通风。在机箱顶部设计隔热层, 这样可形成空气流通的间层, 利用间层通风, 排走一部分热量, 使机箱顶部形成二次排热, 以降低传至机箱顶内表面的温度。经测试表明, 其降温效果有显著的提高。

2.2.4 通风窗设计

为了散热, 必须要在机箱的左右两侧合适的位置增加通风窗。根据测定, 当窗户开口宽度为1/3~2/3时, 开口大小为总面积的15%~25%时, 通风效果最佳。经过计算确定侧面开孔宽度为80 mm, 高度为100 mm。通风窗考虑防虫问题, 里面应增加铁丝网防护。

2.2.5 侧面设计

机箱的左右两侧也是受到太阳辐射比较强烈的地方, 所以在机箱左右两侧面增加隔热挡板。为了有效通风散热, 隔热板与机箱间距设计为50 mm。

因野外遥测站点的太阳能板都是朝南安装的, 所以机箱箱门一般设计为朝北打开, 因此机箱门一侧就不需要考虑安装隔热板了。

2.2.6 背面设计

机箱的背面设计放置太阳能板, 经过优化设计后, 太阳能板具有隔热板功能。

2.2.7 底部设计

在高温环境下, 地面温度会很高, 所以机箱底部不能直接放置在地面上。为此在机箱底部增加4个支撑部件, 高度达到100 mm, 这样机箱底部也达到通风散热的目的。

2.2.8 外表处理

由于不锈钢的导热系数为16 W/ (m·K) , 属于热量的良导体, 所以必须在机箱外表面进行喷漆处理, 这样可以减少太阳辐射造成的集热。

野外机箱设计图如图3所示 (图中尺寸单位为mm) 。

3 野外机箱的应用实例

改良设计的野外遥测机箱在印度奥里萨邦地区得到了实际应用的检验。印度奥里萨邦地区是全球最热的地区之一, 由于整个邦坐落于热带地区, 气候炎热, 特别是在4, 5月期间, 平均日最高气温超过40℃, 该地区是检验这种野外设备机箱隔热效果的理想场所。

3.1 机箱安装

奥里萨邦所有的河流流域安装了64个自动遥测雨量站、20个水库河道水位遥测站及23个自动气象站 (监测雨量、湿度、温度、风速、风向、太阳辐射、大气压等) 。这107个野外遥测站点全部采用改良设计的野外机箱, 遥测站野外机箱基本上都是内部安装遥测终端机、GPRS通讯模块、太阳能充电控制器、蓄电池等设备;机箱顶部安装了雨量计;机箱朝南面安装了太阳能电池板。

3.2 机箱降温效果

经过在奥里萨邦5月上旬至6月上旬的连续1个月高温 (气象台预报最高气温平均为42℃) 的考验, 各遥测站的所有设备工作正常, 中心站数据接收也正常。

为了验证野外机箱的实际降温效果, 选取了2014年5月21日白天日照强烈时间段 (8:00—17:00) , 人工进行机箱内外温度的比测, 比测得到的机箱内外温度如表1所示。

℃

表1实测数据表明:机箱内的温度比室外大约降低了16.93%, 符合水文遥测设备工作的温度条件。

4 结语

经过改良设计的遥测野外机箱通过工程的实际应用, 能明显检测到在高温环境下, 机箱内部的温度依旧保持在设备理想的工作范围内。

经过工艺改良设计的机箱只是比普通机箱增加了隔热层和通风窗, 就能使得机箱内部温度保持在较理想的状态。这种野外机箱具有设计工艺简单、生产成本低、降温效果明显的优点, 完全可以在高温地区推广使用。

参考文献

[1]水利部机械局.SL/T 180-1996水文自动测报系统设备遥测终端机规范[S].北京:中国水利水电出版社, 1996:2.