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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 [1]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 [2]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 , 实践证明, 当 = 10 % 时, 缝隙小至 0.01 mm 时, 水分子仍然能渗透, 𝜀= (𝐻1‒𝐻2)/𝐻𝑖 𝜀当 F 继续增大到一定值时, 相对变形量 = 20 % ~ 30 %, 由于密封件的弹性及变形作用, 𝜀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 > 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𝜀密封效果 因此, 在密封设计中, 橡胶的相对变形量一般取 = 20 %~ 30 % 为宜设计中𝜀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 = 0. 1~ 0. 45 这一段𝜀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3 密封结构设计 [3]- [5]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, 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 防护范围 说明0 无防护 对外界的人或物无特殊的防护1 防止大于 50mm 的固体外物侵入防止人体(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2 防止大于 12.5mm 的固体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3 防止大于 2.5mm 的固体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4 防止大于 1.0mm 的固体外物侵入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5 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6 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 防护范围 说明0 无防护 对水或湿气无特殊的防护1 防止水滴侵入 垂直落下的水滴(如凝结水)不会对电器造成损坏2 倾斜 15 度时，仍可防止水滴侵入当电器由垂直倾斜至 15 度时，滴水不会对电器造成损坏3 防止喷洒的水侵入 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、实用参考文献：[1] 生建友. 小型电子设备机箱的密封设计[J]. 电子工艺技术, 2001,22(1) : 214-217.[2] 季德俊, 范太炳. 胶接与密封材料[M] . 北京: 机械工业出版社, 1990.[3] 范体英, 陈晓明, 宋向红. 顶置空调安装与防水密封结构的改进方案[J]. 客车技术与研究, 2005,(2) : 31.[4] 刘国卫, 牛建伟, 薛大龙,等. A201 型精梳机胶辊芯轴防尘密封结构的改进与实践. 现代纺织技术, 2007,(1) : 17-18.[5] 陈国香. 防水防尘托辊的设计原理及制造工艺[J]. 煤炭科技, 2008,(4) : 73-74.。