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某舰载电子设备机箱结构设计
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杨素珍安子毅
【摘要】舰载电子设备应具备抗恶劣环境、抗冲击、良好的散热性、良好的密封性和较高的防腐蚀性能等特点。在设计时需兼顾体积、重量、强度和散热等要求。本文根据电子设备机箱的使用环境要求,进行了力学分析、热学分析、密封设计和防腐设计等。
【关键词】舰载电子设备;冲击;散热;仿真;密封;防腐
ABSTRACT:Theshipboardelectronicequipmentshouldbefeaturedwithanti-corrosiveenvironment,impactresistance,goodheatdissipation,goodsealingandhighcorrosionresistance.Indesign,Weneedtoconsidertherequirementsofvolume,weight,strengthandheatdissipation.Inthispaper,accordingtotheenvironmentalrequirementsofelectronicequipmentchassis,mechanicalanalysis,thermalanalysis,sealingdesignandanti-corrosiondesignarecarriedout.
KEYWORDS:Shipboardelectronicequipment;Strength;Heatdissipation;Simulation;Sealing;Anticorrosive
引言
本文中艦载电子设备机箱安装于某新型舰上,机箱功能、性能等必须满足舰载环境条件、相关国军标和系统的技术要求[1]。由于舰载设备特殊的环境使用要求,对设备的力学、热学设计提出了较高的要求。本文对该设备的结构设计进行了阐述,对关键部件的设计进行了仿真分析,并按照相关的国军标要求开展了具体的试验验证。
1.设备组成及布置
该舰载电子设备机箱外形尺寸为:宽×高×深=650mm×1020mm×717mm,重量约240kg,由组件1、组件2、组件3、组件4和箱体等组成。该机箱在满足力学性能的前提下,采用了GWF-A70HQ型底部减震器和GBJ-80KA型背部减震器组合的形式,进一步提高了机箱的可靠性,有效延长了该设备的使用寿命。机箱布置见图1。
2.力学分析
为保证设备的结构刚强度满足舰船使用环境,尤其满足舰载设备抗冲击GJB150.18A-2009中的要求[2],对设备进行了加速度冲击仿真计算。
该电子设备机箱中箱体为重要的受力件,采用铸造成型的形式,材料选用铸铝ZL101A-T6,其特性见表1[3]。
二、分析工况
机箱在受100g冲击作用下,箱体三个方向的应力情况。
三、分析结果
采用了ANSYS有限元软件对机箱进行建模,对机箱箱体在100g冲击作用下,X、Y、Z三个方向的应力图见图2~4,并得出相应刚强度仿真结果见表3。结果表明,最低安全系数为1.33(Z方向),满足设计要求。
3.热分析
该电子设备机箱中,组件1和组件2需考虑热设计。组件1模块功耗见表4,组件2模块功耗表见表5。
经过对表4、表5的初步分析,整个机箱的功耗为180W,采用强迫风冷的方式散热,并使用FLOEFD软件进行了热仿真分析,分析结果见图5。
由图5可见,环境温度50℃时,模块的表面最高温度为75.52℃,满足模块表面温度不超过90℃的要求;因此由仿真分析可得,采用强迫风冷的冷却方式能满足热设计要求。
4.密封设计
该电子设备机箱箱体采用铸铝的结构形式,盖板采用铝板,并采用导电密封圈和硅橡胶密封圈组合的密封形式。导电密封圈电磁屏蔽防护性能较好,防腐性能较差。硅橡胶密封圈电磁屏蔽防护性能较差,防腐性能较好。两者组合的密封形式,最大程度的利用各自的性能优点,起到较好的互补作用,有效解决了舰载复杂环境条件下的密封要求。机箱密封设计示意见图6。
5.防腐设计
机箱铸铝件采用防腐性能较好的ZL101A-T6材料,组件及模块采用综合性能较好的6060-T6材料,并对外表面喷涂了防护性能良好的氟碳漆;结构设计避免了积水可能;在结构设计时所有外露的紧固件均采用不锈钢材质;所有外露的接插件均采用自带密封圈,并在装配中涂D05密封胶加强防护。
6.结束语
本文对该电子设备机箱从可靠性、安全性和环境适应性等多角度综合考虑。充分利用有效空间进行设备布置,重点考虑了力学、热学、密封和防腐设计,采用力学和热学仿真设计验证,并通过高低温、冲击等环境试验,证实了该设备满足使用要求,为同类舰载电子设备机箱结构设计提供较好的参考。
参考文
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