戶外電子設備防水密封結構設計

王 霞，任天猛

(成都航空職業技術學院，四川成都，610100)

1 引言

由于戶外電子設備使用環境的惡劣，通常要求產品結構上進行密封設計，其目的是保護內部電氣和結構免受外部惡劣環境影響。對戶外電子設備而言，最常見的密封要求是防水密封。IEC(International Electrotechnical Commission)所起草的防護等級 IP(International Protection)中的第二個數字就是表示防止進水造成的有害影響，所以戶外電子產品必須通過給定條件下的淋雨實驗，從而達到防水密封的要求[1]。本文著重討論了戶外電子設備防水密封設計的要點，結合實際設計實例對戶外電子設備防水密封結構設計中遇到的問題進行了總結。

2 戶外電子設備元器件選用

2.1 選用防水連接器

在戶外，電子設備機箱防水密封設計時，既要研究機箱本身的密封問題，又要考慮面板上開關、液晶屏、航空插座等外部元器件的密封。如果忽視上述元器件的密封問題，往往會導致設備機箱的密封前功盡棄[2]。

我們在研制某地面通訊設備時，優先選用符合規定要求的防水連接器，該類連接器通常使用灌封技術來實現連接器內部的防水密封。在連接器與機箱之間，我們會安裝定制的導電密封橡膠墊，來實現連接器與機箱之間的防水密封，同時還能夠實現電磁屏蔽。

2.2 使用防水透氣閥

戶外密封電子設備因受濕度、溫度驟變等造成的氣壓失衡，產生“呼吸效應”，往往會在設備內部形成水汽凝結或積水[3]。氣壓變化尤其是內部氣壓增大后，還會引起機箱內部電路板焊盤剝離、微帶天線面鼓包等現象發生，致使器件損壞、性能指標下降[4]。因此，戶外電子設備機箱的防水密封設計，需要考慮如何平衡機箱內外氣壓[5]。

防水透氣閥能夠在有效阻攔水汽的同時，起到透氣的作用，平衡機箱內外壓力差，防止機箱內部產生凝露，保護機箱內部元器件。

我們在研制某地面通訊設備時，在機箱的左右兩側各安裝了一個防水透氣閥，考慮到需要同時滿足電磁屏蔽性能，我們選擇的是金屬外殼的防水透氣閥。使用了防水透氣閥后，該設備在經過十個周期的濕熱試驗后，開蓋檢查，機箱內部無凝露現象；開機調試，設備能夠正常運行，說明機箱內部器件沒有問題。

3 戶外電子設備機箱結構設計

3.1 機箱結構

戶外電子設備根據其設備形態的不同，可分為手持式、背負式、固定式等。手持式設備一般要求重量輕、體積小，機箱底座可以采用整體銑削成型或整體開模，其加工精度高，機箱底座與上蓋之間的密封效果好。背負式和固定式設備，體積相對更大，機箱底座多采用鋁合金板材焊接而成，焊接后板材變形較大，會導致機箱底座與上蓋之間產生較大的縫隙，從而使密封失效。

我們在研制某地面通訊設備時，由于該設備整體體積較大，考慮到機箱底座整體銑削成型，加工成本太高，我們采用鋁合金板材焊接而成。設計時，除底板外，在機箱底座前后左右四個板的高度方向，留有1-2mm的加工余量；機箱底座頂面的焊接坡口深度也由之前的3mm增加到4-5mm。機箱底座焊接完成后，再機加工去掉上表面1-2mm的材料，密封圈的凹槽也是焊后加工，這樣就能很好的保證底座和上蓋接觸面的整體密封性能，如圖1所示。

第二批樣機生產時，我們對該結構進行了改進，機箱底座前后左右四個板上事先加工出阻水凸臺，焊后該阻水凸臺形成一個封閉的矩形凸臺，可以在密封圈的基礎上形成二重防水密封，如圖2所示。

圖1 機箱的焊接加工 圖2 機箱上的阻水臺

3.2 鉚接件的處理

鋁板焊接機箱底座上往往會有很多壓鉚螺柱，用于固定機箱內部板卡或者元器件。壓鉚螺柱與機箱底板之間會滲水，使機箱的整體水密封失效。

我們在研制某地面通訊設備時，在壓鉚螺柱底孔的基礎上，增加了一個直徑11mm，深2mm的沉孔，用于螺柱鉚接后，在該處進行堆膠密封，從而實現機箱整體的水密封性能，如圖3所示。

3.3 粘接件的處理

機箱面板上往往會有指示燈，相應的結構件是導光柱。導光柱與機箱面板之間，我們常常采用點粘，但是針對戶外電子設備而言，點粘是不能夠滿足防水密封要求的。

我們在研制某地面通訊設備時，在導光柱安裝孔位置處增加沉孔，用于粘接完成后，在該處堆膠密封，從而實現機箱的整體水密封，如圖4所示。

圖3 壓鉚螺柱的密封處理 圖4 導光柱的密封處理

3.4 密封圈的選用

通常，水密封和電磁屏蔽一起使用，若選用標準廠家生產的密封產品，不論密封條的形式是什么形式，廠家均給出了相應型號的開槽尺寸，我們常用的是O型密封圈。O型密封圈結構簡單、體積小、安裝部位緊湊，具有自密封作用，不需要周期性調整，雖然接觸面積小，但承受界面壓力大，故密封效果較佳。

從密封功能上看，壓縮量最小值為8%，最大約為橡膠壓縮永久變形的30%以下。這和溝槽的尺寸有關，若壓縮太大，密封條失去彈性恢復的能力，密封性反而有所下降[1]。

螺釘或螺栓的預緊力是影響密封圈密封效果的重要因素之一。要使機殼密封面達到良好的密封效果，預緊力必須均勻地作用在密封件上[2]。因此，當通過機殼密封面傳遞給密封件的預緊力一定時，采取減小螺釘或螺栓的直徑，增加螺釘或螺栓的個數的措施，使預緊力均勻，對于提高機殼密封面的密封效果是有利的。

螺釘安裝孔應設計在密封圈的安裝槽的外側。如果螺釘安裝孔設計在密封圈安裝槽內側，水汽就會通過螺釘安裝孔滲透進入機箱內部，導致機箱整體水密封失效。

4 結束語

戶外電子設備應用環境越來越苛刻，給設計師們帶來了全新的挑戰。為了解決這些問題，設計人員需要從各個方面進行分析和權衡，以期取得較好的綜合效果。電子設備的密封可更好的為內部功能模塊提供保護，但同時也帶來了一系列問題[6]。本文闡述了地面通訊設備防水密封結構設計中所遇且必須解決的一系列問題，并結合工程研制實踐介紹了解決方案，希望能為同類產品的設計帶來啟示。