某艦載電子設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊素珍 安子毅

【摘 要】艦載電子設(shè)備應(yīng)具備抗惡劣環(huán)境、抗沖擊、良好的散熱性、良好的密封性和較高的防腐蝕性能等特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)需兼顧體積、重量、強(qiáng)度和散熱等要求。本文根據(jù)電子設(shè)備機(jī)箱的使用環(huán)境要求，進(jìn)行了力學(xué)分析、熱學(xué)分析、密封設(shè)計(jì)和防腐設(shè)計(jì)等。

【關(guān)鍵詞】艦載電子設(shè)備;沖擊;散熱;仿真;密封;防腐

ABSTRACT：The shipboard electronic equipment should be featured with anti-corrosive environment，impact resistance，good heat dissipation，good sealing and high corrosion resistance. In design，We need to consider the requirements of volume，weight，strength and heat dissipation. In this paper，according to the environmental requirements of electronic equipment chassis，mechanical analysis，thermal analysis，sealing design and anti-corrosion design are carried out.

KEYWORDS：Shipboard electronic equipment;Strength;Heat dissipation;Simulation;Sealing;Anticorrosive

引言

本文中艦載電子設(shè)備機(jī)箱安裝于某新型艦上，機(jī)箱功能、性能等必須滿足艦載環(huán)境條件、相關(guān)國(guó)軍標(biāo)和系統(tǒng)的技術(shù)要求[1]。由于艦載設(shè)備特殊的環(huán)境使用要求，對(duì)設(shè)備的力學(xué)、熱學(xué)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。本文對(duì)該設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，對(duì)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真分析，并按照相關(guān)的國(guó)軍標(biāo)要求開展了具體的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1.設(shè)備組成及布置

該艦載電子設(shè)備機(jī)箱外形尺寸為：寬×高×深=650 mm×1020 mm×717mm，重量約240kg，由組件1、組件2、組件3、組件4和箱體等組成。該機(jī)箱在滿足力學(xué)性能的前提下，采用了GWF-A70HQ型底部減震器和GBJ-80KA型背部減震器組合的形式，進(jìn)一步提高了機(jī)箱的可靠性，有效延長(zhǎng)了該設(shè)備的使用壽命。機(jī)箱布置見圖1。

2.力學(xué)分析

為保證設(shè)備的結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度滿足艦船使用環(huán)境，尤其滿足艦載設(shè)備抗沖擊GJB 150.18A-2009中的要求[2]，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了加速度沖擊仿真計(jì)算。

該電子設(shè)備機(jī)箱中箱體為重要的受力件，采用鑄造成型的形式，材料選用鑄鋁ZL101A-T6，其特性見表1 [3]。

二、分析工況

機(jī)箱在受100g沖擊作用下，箱體三個(gè)方向的應(yīng)力情況。

三、分析結(jié)果

采用了ANSYS有限元軟件對(duì)機(jī)箱進(jìn)行建模，對(duì)機(jī)箱箱體在100g 沖擊作用下，X、Y、Z三個(gè)方向的應(yīng)力圖見圖2～4，并得出相應(yīng)剛強(qiáng)度仿真結(jié)果見表3。結(jié)果表明，最低安全系數(shù)為1.33（Z方向），滿足設(shè)計(jì)要求。

3.熱分析

該電子設(shè)備機(jī)箱中，組件1和組件2需考慮熱設(shè)計(jì)。組件1模塊功耗見表4，組件2模塊功耗表見表5。

經(jīng)過(guò)對(duì)表4、表5的初步分析，整個(gè)機(jī)箱的功耗為180W，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式散熱，并使用FLOEFD軟件進(jìn)行了熱仿真分析，分析結(jié)果見圖5。

由圖5可見，環(huán)境溫度50℃時(shí)，模塊的表面最高溫度為75.52℃，滿足模塊表面溫度不超過(guò)90℃的要求;因此由仿真分析可得，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的冷卻方式能滿足熱設(shè)計(jì)要求。

4.密封設(shè)計(jì)

該電子設(shè)備機(jī)箱箱體采用鑄鋁的結(jié)構(gòu)形式，蓋板采用鋁板，并采用導(dǎo)電密封圈和硅橡膠密封圈組合的密封形式。導(dǎo)電密封圈電磁屏蔽防護(hù)性能較好，防腐性能較差。硅橡膠密封圈電磁屏蔽防護(hù)性能較差，防腐性能較好。兩者組合的密封形式，最大程度的利用各自的性能優(yōu)點(diǎn)，起到較好的互補(bǔ)作用，有效解決了艦載復(fù)雜環(huán)境條件下的密封要求。機(jī)箱密封設(shè)計(jì)示意見圖6。

5.防腐設(shè)計(jì)

機(jī)箱鑄鋁件采用防腐性能較好的ZL101A-T6材料，組件及模塊采用綜合性能較好的6060- T6材料，并對(duì)外表面噴涂了防護(hù)性能良好的氟碳漆;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免了積水可能;在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所有外露的緊固件均采用不銹鋼材質(zhì);所有外露的接插件均采用自帶密封圈，并在裝配中涂D05密封膠加強(qiáng)防護(hù)。

6.結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)該電子設(shè)備機(jī)箱從可靠性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性等多角度綜合考慮。充分利用有效空間進(jìn)行設(shè)備布置，重點(diǎn)考慮了力學(xué)、熱學(xué)、密封和防腐設(shè)計(jì)，采用力學(xué)和熱學(xué)仿真設(shè)計(jì)驗(yàn)證，并通過(guò)高低溫、沖擊等環(huán)境試驗(yàn)，證實(shí)了該設(shè)備滿足使用要求，為同類艦載電子設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供較好的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱成悌，趙惇殳等.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].東南大學(xué)出版社，2005.

[2]GJB 150.18A-2009.軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法沖擊試驗(yàn)[S]，2009.

[3]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

（作者單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)第五十一研究所）