電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

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電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

培訓(xùn)課程概述
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 工藝設(shè)計(jì)在電子電氣設(shè)備中的地位 環(huán)境對電子電氣設(shè)備的影響 機(jī)械因素對電子電氣設(shè)備的影響 電磁干擾與抗干擾措施 二 培訓(xùn)課程 對電子電氣電氣設(shè)備的要求 人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用 機(jī)箱機(jī)柜的設(shè)計(jì) 電子電氣設(shè)備的調(diào)試 質(zhì)量控制與質(zhì)量管理

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 1. 工藝設(shè)計(jì)在電子電氣設(shè)備中的地位
工藝是勞動(dòng)者利用生產(chǎn)工具對各種原料、半成品進(jìn)行加 工或處理，使之成為產(chǎn)品的方法，是人類在勞動(dòng)中積累并經(jīng) 過總結(jié)的操作技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。 我國與工業(yè)發(fā)達(dá)國家在生產(chǎn)同類產(chǎn)品的差距大多不在設(shè) 計(jì)方面，而在制造工藝上。工業(yè)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品技術(shù)保密大 都是工藝保密。 現(xiàn)代電子電氣設(shè)備（產(chǎn)品）生產(chǎn)企業(yè)要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)師既 要掌握產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的專業(yè)技術(shù)，又要懂得制造工藝技 術(shù)。

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 2. 環(huán)境對電子電氣設(shè)備的影響
2.1 溫度 高溫造成設(shè)備散熱困難、電參數(shù)變化、元器件熱擊穿等； 低溫造成材料變質(zhì)、出現(xiàn)凝露受潮現(xiàn)象等。溫度劇烈交變對電 子電氣設(shè)備影響更大。 對電子元器件而言，溫度每超過額定溫度8 ℃，其壽命降 低一半。 在晝夜溫差達(dá)到或超過30 ℃的地區(qū)使用電子電氣設(shè)備時(shí)應(yīng) 進(jìn)行溫度交變試驗(yàn)。

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2.2 干燥和濕熱 干燥造成塑料、橡膠等有機(jī)材料變干發(fā)脆，導(dǎo)致某些部 件（密封件、絕緣件、彈性件等）失效。濕熱造成材料受潮 變質(zhì)，絕緣能力下降，元器件電參數(shù)變化、短路、腐蝕和霉 菌、昆蟲侵蝕等。對于工作在濕熱地區(qū)的電子電氣設(shè)備必須 進(jìn)行濕熱交變試驗(yàn)。

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2.3 氣壓 氣壓降低，電子元件抗電強(qiáng)度下降，易導(dǎo)致飛弧、擊穿 等；同時(shí)由于大氣密度減小，設(shè)備對流散熱能力變差。

在海拔5000 m以下，每升高100 m抗電強(qiáng)度下降1 %， 設(shè)備溫度升高0.4～1 ℃；在30000 m高空抗電強(qiáng)度為地面的 9.9 ％，其對流散熱能力約為地面的50 %。

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2.4 鹽霧和大氣中有害物質(zhì) 鹽霧使設(shè)備絕緣性降低，鹽霧沉積在設(shè)備或元件、零件 上會(huì)加速腐蝕。沿海和海用設(shè)備應(yīng)進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。 部分工業(yè)環(huán)境中的空氣含有如SO2、HCl等各種化學(xué)反 應(yīng)形成的煙霧。這些含有酸、堿、鹽成分的霧，能引起設(shè)備 金屬部件的腐蝕，并使有機(jī)材料變質(zhì)。 工業(yè)環(huán)境中的工業(yè)粉塵、生物碎屑、霉菌孢子，隨空氣 四處傳播，它們侵入設(shè)備后，能加速設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件的磨損， 破壞絕緣。

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電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 3. 機(jī)械因素對電子電氣設(shè)備的影響
機(jī)械因素主要包括振動(dòng)、碰撞沖擊、離心力等。其機(jī)械因 素施加在設(shè)備上時(shí)可能引起：
1 機(jī)械性損壞（如結(jié)構(gòu)件破裂、變形、疲勞損壞；元器件 引線斷裂、焊點(diǎn)脫焊等）； 2 電性能變化、工作點(diǎn)變化 （如可變電容片因諧振造成 電量變化；電感回路因磁芯移動(dòng)造成回路失諧等）；

3 電接觸和電連接失效（如接觸不良、繼電器誤動(dòng)作）；
4 其他（如腐蝕加重、涂覆層破壞、內(nèi)應(yīng)力變化加�。�.

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電真空件損壞 阻容元件損壞 實(shí)踐證明，電子電氣設(shè)備由于振動(dòng)所引起的損壞大大 占 20％ 占50％ 超過由于沖擊所引起的損壞，而離心力所引起的損壞只有 在特殊情況下才產(chǎn)生。 緊固件脫松 因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配工藝上采用有效的減振、緩沖 占 11％ 措施，可以大大提高電子電氣設(shè)備工作的可靠性。 電連接失效 其他占 20％ 元器件失效和損壞統(tǒng)計(jì)圖 占 10％

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 4. 電磁干擾與抗干擾措施
4.1 電磁干擾和干擾途徑 電磁騷擾(Electromagnetic Disturbance)是指可能引 起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩�命、無生命物質(zhì)產(chǎn) 生損害作用的電磁現(xiàn)象。

電磁干擾(EMI，Electromagnetic Interference) 是指 由電磁騷擾而引起的設(shè)備、系統(tǒng)或傳播通道的性能下降。
電磁干擾的三要素：電磁干擾源；對該干擾能量敏感的 接收器；傳輸通道。 電磁干擾途徑：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。

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4.2 電磁屏蔽原理

電磁屏蔽對設(shè)備的要求：（1）具有抗干擾性；
（2）其電磁騷擾特性控制在一定的水平以內(nèi)。 a. 靜電屏蔽：防止靜電場的影響，消除兩個(gè)電路之間由于 分布電容的耦合而產(chǎn)生的干擾。 做靜電屏蔽時(shí)應(yīng)注意： 1.屏蔽體應(yīng)有良好的接地 ； 2.屏蔽體材料應(yīng)采用導(dǎo)電性能很好的材料。

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b. 高頻電磁屏蔽：采用的低電阻金屬材料，利用電磁場在金 屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流起到屏蔽作用 。 屏蔽板良好接地時(shí)，同時(shí)也有靜電屏蔽的作用。 c.低頻磁屏蔽:用高導(dǎo)磁率的材料將被干擾物周圍的磁場“短 路”掉。 做低頻磁屏蔽時(shí)應(yīng)注意 ： 1.屏蔽材料應(yīng)選用起始磁導(dǎo)率較高的材料（如鐵鎳合金）； 2.屏蔽殼厚度s與等效半徑r的比值s/r應(yīng)盡可能大； 3.盡量采用多層屏蔽代替單層屏蔽 。

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4.3 電磁屏蔽的方法 a.金屬板屏蔽 屏蔽效果較好，但使用不方便； b.金屬網(wǎng)屏蔽 單層金屬網(wǎng)的屏蔽效能不高，需要有100dB 以上的屏蔽效能時(shí)，應(yīng)采用雙層金屬網(wǎng)屏蔽；

c.導(dǎo)線屏蔽 可分為干擾源導(dǎo)線屏

蔽和信號傳輸線屏蔽。
常用的屏蔽導(dǎo)線有三軸電纜和雙絞線屏蔽線。雙絞線屏蔽線 如再外加金屬編制網(wǎng)屏蔽就可以克服雙絞線易受靜電感應(yīng)的 缺點(diǎn)，其屏蔽效果更好。

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4.4 濾波器 濾波也是降低電磁干擾的有效措施之一。 濾波器可以把不需要電磁干擾減少到滿意的工作電平 上，它在允許有用信號的頻率分量通過的同時(shí)，又能阻止 其他干擾頻率分量通過。 濾波器按工作方式可分為反射式濾波器和吸收式濾波 器兩大類。

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4.5 接地系統(tǒng)與三地分離 接地的目的是防止電磁干擾，消除公共阻抗的耦合， 保障人身和設(shè)備的安全。 目前基本的接地技術(shù)有：懸浮接地系統(tǒng)、單點(diǎn)接地系 統(tǒng)、多點(diǎn)接地系統(tǒng)、混合接地系統(tǒng)。 上述四種接地系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般將設(shè)備低頻部分 （小于1MHz）就近單點(diǎn)接地，高頻部分采用多點(diǎn)接地。

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保護(hù)接地

接地電阻不高于4Ω

三 地 分 離

信號接地

接地電阻不高于2Ω

防雷接地

接地電阻無具體要求

保護(hù)接地時(shí)應(yīng)該有漏電自斷電保護(hù)開關(guān)。

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4.6 電路隔離技術(shù) 電路隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干 擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果。 電路隔離主要有：模擬電路的隔離、供電系統(tǒng)的 隔離、模擬信號測量系統(tǒng)的隔離、數(shù)字電路的隔離、 數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離等。

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 5. 對電子電氣設(shè)備的要求
5.1 體積、重量要求 a.平均重量體積比
n

W D= V

b.體積填充系數(shù)（組裝密度系數(shù)）

1 K ?( Vr

?V ) ?100%
i ?1 i

Vr—機(jī)箱（柜）內(nèi)部容積， Vi—各零部件、元器件的體積， 降低提高空間利用率和原材料的消耗。

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5.2 各種防護(hù)要求 a. 散熱能力和抗熱沖擊能力 需要熱設(shè)計(jì)

b. 抗惡劣環(huán)境能力 需要三防保護(hù)
c. 抗機(jī)械因素能力 需要減振、緩沖設(shè)計(jì) 和結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng) 度設(shè)計(jì) d. 抗干擾能力 通過各種抗干擾措施 提高設(shè)備的可靠性。

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5.3 結(jié)構(gòu)工藝性要求 a. 標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù) Kst 結(jié)構(gòu)中標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化零件的使用程度； b. 繼承性系數(shù) Ks c. 重復(fù)性系數(shù) Ke 結(jié)構(gòu)的繼承程度； 結(jié)構(gòu)中零件規(guī)格的統(tǒng)一程度；

d. 材料利用系數(shù) Km 材料的合理利用程度； e. 總工藝性系數(shù) KM 上述各系數(shù)的算術(shù)平均值. 提高設(shè)備的結(jié)構(gòu)工藝性。

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5.4 經(jīng)濟(jì)性要求

a 使用經(jīng)濟(jì)性 包括設(shè)備在使用、貯存、運(yùn)輸過程中所消耗 的費(fèi)用。其中設(shè)備維修費(fèi)所占比例最大，電源費(fèi)次之。
b

生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性 即生產(chǎn)成本，它包括：生產(chǎn)設(shè)備費(fèi)用、原材 料和輔助材料費(fèi)用、工資、管理費(fèi)用及其他附加費(fèi)用等。 節(jié)能與降低生產(chǎn)成本。

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 6. 人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用
《人機(jī)工程學(xué)》：一門大部分的工程設(shè)計(jì)者沒有學(xué)過的 課程。
研究“人－機(jī)－環(huán)境”之間的關(guān)系，根據(jù)“人－機(jī) －環(huán)境”系統(tǒng)的任務(wù)來選擇合適的操作者和對操作者進(jìn) 行科學(xué)的訓(xùn)練。制定高效率的控制程序和操作程序，從 人的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)出發(fā)，解決一系列的操作問題。 友情提示：課程具體內(nèi)容請參考陜西科技大學(xué)的精品課 程，課程的PPT已下載。以學(xué)習(xí)為目的下載、復(fù)制他人作 品等，不違反著作權(quán)保護(hù)法。

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 7. 機(jī)箱機(jī)柜的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)機(jī)箱機(jī)柜時(shí)應(yīng)考慮重心和散熱。 a 重心 要求機(jī)箱機(jī)柜重心低，不易傾倒。

b 散熱 可以采用自然散熱和強(qiáng)制排風(fēng)。
1） 采用自然散熱時(shí)，發(fā)熱高的元器件一般布置在發(fā)熱低 的元器件上方。 2）采用強(qiáng)制排風(fēng)時(shí)，風(fēng)扇應(yīng)對著熱源吹風(fēng)，發(fā)熱高的元器 件一般布置在風(fēng)道的出口。

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 8. 電子電氣設(shè)備的調(diào)試
樣機(jī)調(diào)試： 技術(shù)人員在參與樣機(jī)調(diào)試的過程中， 抓住影響整機(jī)性能指標(biāo)的部分，作深入細(xì)致的調(diào)查研究， 在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)調(diào)試條件和參數(shù)，尋求最佳調(diào)試指 標(biāo)、步驟和方法。 樣機(jī)調(diào)試的過程其實(shí)就是摸索工藝的過程。

電子電氣設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 9. 質(zhì)量控制與質(zhì)量管理

a. 設(shè)計(jì)審查
b. 可靠性管理 c. 維修性管理