电子仪器设备机箱的可靠性设计
摘要 机箱是电子仪器设备的重要组成分，由于其具有防热、抗振、抗电磁辐射、美观外形等功能，因此机箱可靠性设计是仪器设计中具有重要意义。本文通过对机箱有关防热、抗振、抗辐射、美观外形的设计讨论，阐述了机箱可靠性设计的一般原则与措施，对仪器设备的机箱可靠性设计具有一定的指导与借鉴作用。
关键词 仪器设备；机箱；防热；设计
中图分类号：TN602 文献标识码：A文章编号：1671-489X（2007）01-0051-03
Reliability Designfor the Box of Electronical Instrument and Equipment// Lan Jun , Shu Qian
Abstract The box is an important part ofelectronical instrument, it possess of helding back heat, avti-shake, avti-electromagneti radiation and transfiguring outline, so the reliability design of the box takes on important purport for the instrument design. The paper discusses the design of box abouthelding back heat, avti-shake, avti-electromagneti radiation and transfiguring outline，and expounds the reliability design of the box about commonly principles and measures, it can bring forth some guidance action for the reliability design of the electronical instrument box.
Key words Instrument and equipment; The box; Helding back heat;Design
Author’s address
1.Leshan Teacher’s College
2.Leshan Vocational Technology College, Leshan, Sichuan 614004
对于电子仪器设备的整机结构与功能来说，机箱具有重要地位。机箱具有热交换、防尘、屏蔽、防止内部元器件免受损坏、抗辐射和美观外形等功能，对于电子仪器设备设计来说，机箱的可靠性设计就必须针对相应仪器机箱的功能对机箱进行分析与综合考虑，达到机箱最优化设计的目的。
1 机箱的防热设计
在电子仪器设备中，热量主要来自阻性载流的元器件，如变压器、集成电路、大功率晶体管、发光器件、扼流圈和大功率电阻等，机箱散热设计主要就是将电子仪器内部的热量以热传导、热对流和热辐射的形式散发到周围介质中。机箱防热设计的目的就是对仪器机箱采用合理的热交换方式，以最低的热交换代价，获取较高的热交换效率，以保证仪器设备能在规定的热环境下稳定可靠地工作。防热设计的根据是：①设备和元件的发热功率。②发热元件和热敏元件的最高允许工作温度。③设备和元件所处的工作环境温度高低。
根据热传导、热对流与热辐射理论可以得出，对于电子仪器设备机箱设计一般采用如下措施。
1)为了提高机箱的热传导能力，选用导热系数大的材料作机箱。一般说来金属导热系数最大，非金属次之。因此对于电子仪器设备一般要考虑金属中性价比较高的铜、铸铁、钢、硅钢、铝等作机箱。
2)为了提高机箱的热辐射能力，在机箱的内外表面应涂上粗糙的黑漆，颜色越深其热辐射越好，而且粗糙的表面比光滑表面的热辐射能力强；如果美观上要求不高，可涂复黑色皱纹漆，其热辐射效果更好。
3)在机箱上合理地开通风孔，可以加强气流对流换热作用。通风孔的位置可以开在机箱的顶部、底部或两侧，通常通风孔开于底部比其它部位的散热效果好。开孔时应注意不能使气流短路，进出风口应开在温差大的两处，距离不能太近。考虑空气在电子设备内部受热体积会膨胀，机箱上通风孔的出口面积要比入口面积大。
4)机箱内部的热量可以通过内部的金属结构件传导给机箱，再由机箱以热辐射和热对流的形式传给外部环境；个别设备由于其机箱热量不易散失，还应考虑对机箱采取强制风冷、强制水冷或半导体制冷等方式，对机箱进行冷却；同时对机箱内部各部分产生的热量要采取适当措施进行有效地热量交换。
5)机箱要有足够的机械强度，以防止内部元器件受损。
2 机箱的抗振设计
电子类仪器设备在运输和使用中经常要受到各类机械因素，如机械振动、冲击、离心力和摇摆等的影响，这些影响中最常见的是机械振动。这类机械振动能破坏仪器内各种连接处，如焊缝、铆接等的结构强度；引起结构噪声；降低电子元器件使用寿命；破坏仪器仪表的正常工作条件，降低测量精度；也可能使设备形成难于检修的“软故障”，甚至导致损坏；恶化工作条件，使人易疲劳、引起技术事故，长久下去会使人造成生理疾病。机械振动就其产生原因大致有2种：一种是仪器本身工作时力和力矩的不平衡引起的振动；另一种是由于外力或力矩作用于机架或机箱上而引起的振动。因此在电子仪器设备设计中必须考虑机械振动对电子仪器设备的影响，并能采取适当措施抑制机械振动。
减少和控制机箱振动的方法可归纳为如下三类：减小扰动——减小或消除振动源的激励；防止共振——防止或减小机箱对振动的响应；采取隔板措施——减小或隔离振动的传递。
根据振动理论，对于机箱的抗振设计一般采用如下措施。
1)针对不同仪器工作的环境而选用合适的材料，以便能保护机箱内元器件的安全。对于机械振动较大的工作环境要选用钢质、铁质等刚性材料作机箱材料，能有效地防止或减小机箱结构对振动的响应。同时机箱选用刚性大的材料能增加重量，提高构件刚度，减少振动和振幅，将机箱或仪器整体做得非常笨重，这在不考虑重量、空间及成本的情况下，不失为一种近乎理想的减振设计方法。
2) 从材料力学知道，当构件的材料一定时，抗扭刚度取决于构件的截面形状和尺寸，因此对机箱材料板材要选择合理的截面形状和尺寸，增加机箱壁缘也可有效提高刚度。
3) 对于电子仪器内部的振动源可采用独立安装，对于无法独立安装的振动源则可用吸振材料做成屏蔽罩，将振源隔离开。
4) 将机箱的地脚螺栓紧固并加乳胶海棉、隔振橡胶或金属弹性材料等，或通过安装减振装置，如油减震器、空气减震器等可以有效地减振，但导致结构复杂。
5)利用复相型合金、铁磁型合金、孪晶型合金、位错型合金等减震合金的减振性能来减振。
6)在电子仪器设备内振动较强处安装隔板或隔振系统。对于抗振动要求较高的部分可采用多层隔板或双层隔振系统隔离技术。
3 机箱的抗电磁设计
电子仪器设备在工作时不仅受到环境中各种电磁干扰，而且有些设备还受到仪器内部分电路的电磁影响。仪器的机箱对于仪器屏蔽电磁干扰具有重要作用，充分作好仪器机箱的抗电磁设计，能提高仪器抗干扰能力、屏蔽效能和仪器测量精确度。