电子产品结构设计例1

中图分类号：TH156文献标识码：A文章编号：1672-545X（2015）11-0258-02

作者简介：郑海航（1987-），男，广东汕尾人，学士，准备评中级机械工程师，研究方向：产品结构开发

电子产品的功效不仅需要通过原理性设计来实现，同样也需要进行电子产品结构设计优化来实现。电子产品的结构性设计与原理性设计相辅相成、不可分割，在电子产品设计时要综合考虑。但是一些电子产品设计人员在产品设计时只侧重于功能性原理设计，忽略了结构性设计。在对电子产品结构设计时要充分考虑到电子产品的功能，综合考虑电子产品生产和维修、产品设计零件材料、产品功效实现、产品用户使用、产品使用寿命、产品经济效益等影响因素。

1电子产品结构设计的要求与原则

1.1电子产品的结构设计要求

电子产品结构设计的要求一般体现在以下几个方面：第一是功能要求，电子产品作为一种商品，要在结构设计中体现自身的使用价值；第二是产品质量要求，产品美观、实用、环保等质量要求决定了产品的价值，有助于实现电子企业的经济效益；第三是产品结构优化，电子产品结构设计涉及到工艺、材料、联接方式、形状、位置、尺寸等结构设计元素，找到结构优化的最佳方案；第四实现结构设计创新，现代电子产品与信息技术同步发展，在高速发展的现代社会，电子产品更新升级速度相当的快速，所以在对电子产品结构设计时要运用创造性思维，运用最先进的电子技术和设备，实现电子产品的盈利。

1.2电子产品结构设计的基本原则

第一，实现各个部件的预期功能的原则，立足结构设计的整体，协调各个结构之间的关系，简化电子产品结构，实现一个结构多种功能；第二，遵循强度与刚度的要求，通过结构设计、减小应力集中、改善受力情况来增加强度，对外壳材料进行综合的检测，满足所需要的强度和刚度；第三，满足制造工艺和装配要求的原则，在结构设计中，要简化电子产品零部件的配置、提升产品装配性能、合理划分装配单元等来实现零部件的合理安装；第四，满足用户审美的原则，电子产品不仅要有实用功能，更不可以忽视电子产品的外在美感[1]。

2结构设计阶段应考虑的主要因素

2.1产品的生产和维修方面的因素

做好电子产品结构设计生产和维修环节，笔者建议从以下几个方面做起：一是增强元器件布局的安全性、高效性、方便性。做到电路清晰识别，避免波峰焊出现隐蔽效应。产品的生产是做好电子产品的基础，因此在产品生产阶段就应当做好结构设计，设计好的产品才能投入生产中。电子产品的设计一定要结合其实用性考虑，将实用性纳入到电子产品结构设计工作中，做到产品的美观设计和实用设计相结合。其次，注重组件部件的连接。组件部件的连接要综合考虑连接线的方式和种类，其对组装效率和产品检修有很大的影响，一般来讲，排线连接生产效率要高，插拔连接较方便，同时，在维修方面的设计也非常重要，电子产品要做到维修便捷，因此在维修方面的设计要易于打开相应设备，维修的线路和主板能够直观地被维修人员看到，及时检查故障点，快速维护产品性能。产品生产和维修是结构设计阶段应当考虑的首要因素。

2.2产品设计零件材料方面的的因素

对产品设计零件材料的选择，也将极大的影响到电子产品设计的效果。在零件材料的选择上，要考虑零件材料是否环保、可回收再利用、安全等因素。在对电子产品设计零件材料的选择上，要选择信誉较好、价格较合适的厂家，不能贪图低价的便宜，缩减生产成本，采购前要选定产品设计所需要的材料，采购时尽量选择材料优质，价格合适的厂家，采购来的零件材料要送到相关的检测部门，经过一系列的检测程序后，安全合格后方可投入到正式的电子产品设计环节中；电子产品的种类不断增多，电子产品的使用人群增多，电子产品的普及产生了较多的电子污染，对土地资源、水资源等都造成了不可修复性的威胁。可是相关电子技术设计人员却忽视了对电子产品的后期处理，造成许多电子产品在被使用后没有得到科学的处理方法，电子设计人员要牢牢树立环保意识，要实现电子产品设计各个环节的无污染。另外，还要考虑电子产品的可回收利用。

2.3产品功效实现方面的因素

电子产品的功效能否实现很大程度上取决于产品内部布局的合理性，因此要想实现电子产品预先设计的功能，就必须要考虑元器件布局、电路板布线、组件部件布局、以及三者之间的相互影响。在元器件布局上要克服电路之间相互干扰的问题，考虑电路板承重限度，避免过重导致电路板的变形甚至是断裂，对于怕热的元器件要远离物源；在电路板布线方面，要考虑公共、高频线路阻抗、信号、接地等因素对信号的影响，避免分布电容对布线带来的干扰；在组件部件布局方面，应该考虑到与相关因素的地理位置距离。

2.4产品在用户使用方面的因素

电子产品设计是为了服务广大用户，因此，要考虑到用户使用方面的因素。电子产品贴近人们生活，所以务必要保证其安全性，完善安全保护接地措施，安装电子安全设备，比如安全接地、防雷接地等，消除触电的隐患；杜绝外界因素对电子产品机械零部件损害，延长电子产品机械零部件的寿命；电子产品对外辐射较大，久而久之，对设计人员、用户等都形成了无形的生命威胁；对电子产品结构的设计要有可靠的防过热高温、防火、防爆措施；同时，不可忽视对电子产品运输、存储时的安全，防止引起意外爆炸。

2.5产品使用寿命方面的因素

产品的结构好坏，对产品使用寿命有着很大的影响。综合考虑散热、热保护、热机械固定、太阳辐射等温度对产品使用寿命的影响因素，及时为元器件散热，对功率性发热的元器件实施热保护，避免长时间的太阳直射，保护元器件，避免电子产品的过早报废，延长产品使用寿命；保证电气连接、机械连接的可靠，进行防振动设计，防止连接松动和噪音产生；在结构设计时既要避免内部电路的误操作，又要避免外部电路的误操作，避免误操作对元器件的损害。避免印制线路由于电路板变形过量而断裂，提高产品的耐用性，提高产品的使用性能[2]。

3结束语

实现电子产品结构设计需要综合考虑很多因素，只要电子设计人员准确把握电子产品结构设计的影响因素，才能实现电子产品的预期功效，使电子产品更加符合人们的需求，满足人们日益增长的使用需要，使电子企业在激烈的市场竞争中处于不败之地，获得长足发展。

参考文献：

电子产品结构设计例2

中图分类号:TB115

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)09-0307-03

1 航天电子产品力学特点

航天电子产品结构的功能是维持设备的外部构型,提供内部电路板组件、独立的元器件及模块的安装空间,满足安装要求,确保在各种受载条件下元器件、组件的安全,其中力学设计是结构设计中最重要的内容之一。

航天电子产品所承受的载荷根据其力学特性可分为静载荷和动载荷,通常静载荷可以通过采取适当措施减小其影响。动载荷则比较复杂,航天器在地面到发射、进入轨道和返回地面的各阶段工作状态下要经受各种环境条件,都属于动载荷范畴,下表是航天器飞行过程中的动态激励特性。

POGO:液体火箭发动机的液体输送系统与火箭结构之间的液固耦合现象。

动载荷中的高频部分容易衰减,低频部分则不容易衰减,如果航天电子产品中的元器件或结构组件的固有频率与上述动态激励的频率相同,则容易引起共振,发生事故,所以航天电子产品的结构设计过程中必须尽量提高整体的基频。

模态分析的目的是确定航天电子产品结构的动态特性(固有频率和振型)。因为它一方面可以避免与电子元件及控制元件的频率共振,另一方面是其它动力响应分析的基础,为结构设计选型提供依据。

2 航天电子产品结构设计流程

航天结构设计的一般流程如图1所示。其中一个数值分析验证和试验验证两个反馈环节,其中的力学分析就包含模态分析,但此时模态分析的目的是检验详细设计后的结构是否满足基频的要求。一般从总体设计到详细设计中间环节往往凭设计人员的工程经验,如果到详细设计完成后的力学分析中发现问题,则需要重新进行详细设计,甚至可能需要对总体设计的进行更改。

同时,由于模态分析可以使用比较简单的模型,使用有限元分析便可得到结构的固有频率,需要的代价很小,且在结构详细设计之前增加一项模态分析能有助于结构的选型,可以提前发现问题,有效的减少结构设计的反复,并能为详细力学分析提供初始数据。结合实际工作提出如下结构设计的优化流程,具体如图2所示:

下文就通过一个实例来分析总体设计阶段增加模态分析的对于航天电子产品设计的重要作用。

3 模态分析理论基础

有限元的基本思想是将弹性体离散成有限个单元,然后据各单元节点的位移协调和节点力平衡,其动力学基本方程:

由于一般结构阻尼对结构的固有频率和振型影响极小,所以,求结构的固有频率和振型时,直接用无阻尼的自由振动方程求解,即:

因任意弹性体的自由振动都可分解为一系列的简谐振动的迭加:即结构上各节点位移为:

δ0为节点位移振幅向量(即振型),与时间t无关的位移幅值;

ω为与该振型对应的频率。

将节点位移代入动力方程,化简得广义特征值问题:

上式称为结构的特征方程。设计结构的自由度为n,则特征方程为ω的n次代数方程,其n个根称为特征值,记为ω21,…ω2n。

它们的平方根称为系统的固有频率,即ωr,r=1,…n

将这些固有频率从小到大依次排列为ω1≤ω2…ωn

最低的频率ω1称为基频,它是所有频率中最重要的一个。

对于有n个自由度正定系统,就得到ω2的n个大于零正实根。振型就是任一阶固有频率作简谐振动时,各频率对应的n个振幅值间所具有确定的相对比值,表示系统有一定的振动形态。由于篇幅所限其具体方法本文不再赘述。

4 模态分析应用实例

航天电子产品中电路板形状的选择是一个比较常见的任务,也是电路设计、结构设计和可靠性设计的基础。下面将就某仪器的三种电路板方案进行分析,来说明模态分析在结构选型过程中的应用。

4.1 有限元建模

本文模型建立过程中对其忽略电路板和元器件细节,在ANSYS有限元软件平台上,假设有效载荷和模块结构质量均匀分布。本文结合实际,选择三种面积基本相当的电路板形状作为备选,具体情况如下:

方案A的电路板为正方形,其对应的箱体为薄的、底面为正方形的箱体,如图3所示。

图3 方案A电路板外形和其可能对应的箱体外形图

方案B电路板选择为长方形,其对应的箱体是薄的、底面为长方形的箱体,相对于方案A,其特点是减小了面板面积,增加了长度,如图4所示。

图4 方案B电路板外形和其可能对应的箱体外形图

方案C则选择两层电路板布线,通过四颗支柱连接,其对应的箱体是比A、B两个方案高的正方形箱体,但减小了底面积,如图5所示。

三种方案各有优缺点,在没有其它设计约束的情况下,电路设计人员和结构设计人员要凭经验选择一种方案作为设计的输入,本文试图通过对三种电路板的模态分析试图找出其中的优劣,进而做出选择。

4.2 模态仿真分析

在ANSYS软件中我们利用3D-Elastic Shell 63和3D-Elastic Beam 4单元对电路板的连接杆进行模拟。输入实常数及材料常数,以Smartsizing网格密度的方式。电路板材料采用环氧酚醛层压玻璃布板,电路板连接结构采用2A12硬铝。

由于主要影响系统结构是最低几阶的固有频率,本例中我们取前5阶固有频率进行计算,具体计算过程从简,由于经过了适当简化,普通配置的台式机的计算时间一般只需要几秒钟。在相同的边界条件和物理属性参数的情况下,经过仿真计算,获得了三种不同方案的电路板结构的固有频率和振型,三种方案的基频和振型结果分别见表2,三种方案的第一阶振型和应力云图分别见图6、图7和图8。

4.3 模态分析结果

上述结果可以看到,方案A的固有频率最小为221.03Hz,方案B的固有频率最小为187.02Hz,固有频率均大于100Hz,且均未出现应力集中的情况均能符合要求。分析结果显示出正方形电路板方案的固有频率更高,对结构

设计更加有利。如果仅从模态分析考虑,电路板形状应该

选择方案A,且箱体选择薄的、底面为正方形的结构,如图3所示。

方案C的最小固有频率为23.10Hz,基频太低,与表1中动态激励中的低频部分重叠较多,容易引起共振而破坏系统结构。且方案C的产生的应力比前两个方案大,并且出现了应力集中的情况,薄弱环节出现在4根支柱的连接处,有可能在上下两层电路板的这8个点对造成直接的破坏,换句话说,要采用方案C则需要对两电路板进一步加固,或改为其他的双层固定方式,并同时解决固定支柱位置的应力集中问题。

4.4 讨论和说明

关于以上分析,还有以下几点需要总结和说明:

(1)通过上文分析,可以得出,方案A最优,可以作为下一步结构设计的输入,如果必须选C则应该另选其他的支撑形式,并且还要对连接处做进一步分析,处理好电路板上应力集中的问题;

(2)采用模态分析对航天电子产品结构选型有一定的指导意义,能从大量的方案种找出可能比较合理的方案,并为详细设计后的力学分析提供了初步的分析依据;

(3)模态分析仅仅是航天电子结构动力学分析的一种,也是其他动力学分析的基础,故模态分析数据良好并不能说明其他动力学分析可以忽略。反之如果模态分析出现问题,则必须认真分析结果,并采取措施提高基频;

(4)计算的时候仅考虑了电路板,忽略了元器件的重量和分布,忽略了电路板上覆铜层的特点,所以计算结果与实际可能有一定差别,但计算结果能对定性的分析构型的优劣提供可靠依据,对结构选型有一定的参考价值。且计算固有频率和振型结果,没有考虑阻尼等因素,还需进一步仿真分析修正和模拟空间环境模态分析试验验证。

5 结束语

航天电子产品结构设计过程中,使用有限元分析方法进行初步的模态分析可较方便的得到某一构型的基频和振型,为判断结构的优劣提供了依据,可以给电路设计和结构设计提供了初始的输入,也为进一步动态仿真分析和模拟空间环境模态分析试验验证提供了依据,由此可以看出,在总体设计阶段增加简单的模态分析可以以很小的代价获得最终产品的大致评价,对初始设计阶段的选型有一定的指导意义,可以减少设计的盲目性,可以改进航天电子产品结构设计流程。

电子产品结构设计例3

空调可以调节夏季的高温，可以驱赶冬天的寒冷，让人们可以随着自己的心愿任意地调节自己喜欢的温度，使人们的生活和工作的环境更加的舒适。随着人们环境保护意识的增强，空调设备在结构设计中也做了很大的调整，空调生产厂家为了迎合市场经济的发展，研发出更加节能、环保类型的新型产品。对空调的内部结构进行了更好的技术改进，达到提高空调的性能，降低了能源的消耗，提高了能源的高效利用率，推动空调产业的向前发展。

1优化空调性能的优点

现在的空调与电脑、电视、洗衣机、冰箱一样是人们日常生活中，家用电器的重要组成部分，其中空调的消耗能量是最高的，对人们的生活环境影响也最大。在空调的生产过程中，使用了非金属元素氟，非金属元素氟可以对大气外层的臭氧层进行破坏作用，臭氧层具有隔离太阳紫外线的功能，保护地球生物不被紫外线直接照射；一旦臭氧层出现空洞，紫外线就会通过空洞直接进入到地球表面，给地球生物造成重大的伤害。例如：紫外线直接照射到地表或是人体上，可以产生强烈的辐射，导致海洋生物的死亡或是灭绝，使农作物大量的减产，使人们的皮肤出现红肿、皱纹、色素沉积等问题。空调使用的数量越多，产生的氟元素就会越多，破坏臭氧层的几率就越大，对人体造成的伤害就越强。空调的运转是由电能带动的，电能是由煤炭资源经过燃烧释放出的热能，或是由石油、天然气等不可再生资源的消耗产生的热能带动。如果有一天这些不可再生资源消耗完了，人类生存的环境将不可想象。因此，只有优化空调的性能，改善空调的内部结构，加强空调的能源使用效率，生产出符合社会经济发展的新型产品，才是节约能源的最好做法。

2优化空调的各个组成部分

2.1空调换热器的优化

换热器是空调的重要组成部分之一，要想提升空调的能源利用率，改变空调的内部结构，首先，就要优化空调的换热器。空调的重要组成部分中包括换热器和压缩机，它们是空调消耗能源最大的组成部分，要想优化空调的结果设计，就要先将空调的换热器更换成比当前使用更大的。更大的换热器可以促进空调更好的调节环境的温度，降低空调的能源消耗。当然，优化换热器的同时，还要兼顾生产成本的考虑，既要选择最适合的换热器，优化空调的结构设计，又要提高空调的使用性能。

2.2空调压缩机的优化

空调的压缩机比换热器的重要性更高，属于是空调结构的核心技术，压缩机的性能决定了空调的使用性能，优化空调的压缩机是提高空调节能的最佳途径。空调的压缩机大多数采用的旋转式压缩机，这种压缩机的制冷量与空调的整体制冷量不同，当压缩机的制冷量过高时，就会增加空调的耗能，降低了空调的性能；当压缩机的制冷量过低时，就会损失制冷的数量，使空调的整体制冷量降低，起不到空调节能的效果。因此说，压缩机的能效决定了空调的能效，是空调能效的重要参考数值，能效高的比能效低的更加节能。与换热器一样，优化压缩机要考虑生产的成本控制，推动空调事业的发展。

3影响空调性能的送风方式

空调的使用是为了更好的改善人们生活和工作的环境，更换室内的空气，保证室内空气的流通和清新，使人们生活在轻松、愉悦的环境之中，提高生活环境的质量。

3.1置换通风

置换通风是新兴起的一种空调换气方式，他是将新鲜的气流从空调的散热器中释放出来。这些新鲜的气流由于没有受到外界的污染，所以质量比较轻，是从室内的底部上升到室内的顶部，在气流上升的过程中，底部的空气比较新鲜，上面的空气由于杂物比较多，空气的质量不是很好。因此，空调的散热器一般安装在室内的底部，确保空调通风的顺利进行。

3.2工位送风

工位送风是非常特殊的送风方式，包括设备通风、区域通风、人员的自动调节。工位送风的方式就是将送风的出口安装在人们可以呼吸的位置，通过特殊的管道把送风口与空调的送风设备连接在一起。空调的送风口的位置可以根据人们的需要进行位置的调换，气流的速度、流量、流向、温度的调节，从而提高空调设备的使用性能。工位通风更加适合现代的办公环境，满足不同人对生活环境的要求，更好地发挥空调设备的性能。

3.3地板送风

地板通风属于混合形通风方式，空气经过处理之后要经过地板下的静压箱，传输到送风散流器，再由送风散流器输送到室内，与室内的空气混合在一起。地板送风将新鲜空气由下至上地在室内进行流通，带走室内的热量和湿气，通过屋顶的排风口排除，保持室内温度和湿度的均衡。地板式的送风方式带有一定的局限性，受到地板高度的限制，送风的数量有限。适合安置在散热设备比较多、人员集中、建筑密集的地方使用，促使空调设备的效果达到最好。

4结束语

综上所述，空调是人们日常生活和工作必不可少的电器设备，空调的耗能也是众多电器中最大的一个。随着社会经济的不断发展，环保节能越来越受到人们的重视，只有提高空调设备的使用性能，才能推动空调设备市场的向前发展。调节空调设备的结构，优化空调设备的压缩机和换热器，提高空调的使用性能，使空调的性能发挥到最大值。在生产空调时，设计师要了解空调结构设计的重要性，设计出更好、更符合人们需要的空调，切实地改善人民的生活和工作的环境。

参考文献

[1]龙剑秋.空调结构设计对提高产品性能的影响[J].科技经济市场,2014(5):79-80.

电子产品结构设计例4

中图分类号TN-9 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0066-02

1视觉体验的概念

视觉体验是一种普遍而又特定的体验，是在“看”的基础上，通过某种特殊的抽象过程而生成的经验。这种经验表明，“看”，只是一种单纯的生理现象与感知活动，是客观性的叙述与记忆，对眼前事物进行表层的扫描。视觉是人类接触和感受世界最为直观的一种方式，儿童对于事物颜色、大小和外形等信心的感知都是通过这种方式，进而再通过其他接触形成重量、体积等认知，最终产生多样化的认知，比如坚硬、柔软，比如美丽、丑陋等心理感觉，这些信息的得出都依托于视觉的作用，因而在感官体验中，视觉体验占据的比重极高。

2现代儿童电子产品中视觉体验要素的分类

2.1儿童电子产品的色彩视觉体验

色彩是会对人类感官形成巨大冲击的一种途径和形式，并且将会直接影响到人在情感和精神上的认知与取向。在儿童的世界中，色彩是他们认知世界非常重要的一种方式，因而也对对儿童的身心发展起着重要作用。作为儿童电子产品的设计的构成要素，色彩不仅在儿童电子产品设计中具有先声夺人的艺术魅力，色彩的选择和设计还直接关系着儿童的教育和成长。因此，儿童电子产品设计应以儿童色彩体验需求为基准进行设计。

相对于其他的儿童产品，电子产品在人们脑海中总给人一种比较“冰冷”的感觉。因此，在设计上要打破这种成规，通过合理的色彩搭配、组合形成多种新鲜的体验和感受，让儿童在接触的过程中产生好奇、新鲜、喜爱等情感，因此，产品色彩的设计，要符合儿童视觉体验的要求，以单纯简洁、明快完整、鲜艳柔和的配色进行儿童电子产品色彩设计。既做到符合儿童的身心特点，又使色调具有赏心悦目、和谐统一的效果，通过对儿童视觉体验理论的巧妙应用，在设计中向儿童传达美的感受和体验，将色彩对于儿童身心成长的积极作用完全发挥，在使用产品的过程中享受到更多的快乐和愉悦。

2.2儿童电子产品的形态视觉体验

外观是吸引消费者兴趣的重要因素，也是互相之间建立情感认知的重要桥梁，对于儿童来说，电子产品的外观设计不仅要能够吸引其兴趣和好奇心，拉近二者之间的关系，还要能够从儿童身心发展的特点出发，作出迎合儿童和市场双重需求的优秀产品。因此，根据儿童形态视觉体验特点，在设计中以儿童的身心体验和感受为前提进行设计，将会使他们在使用的感受中获得身心上的双重享受与愉悦。

电子产品在造型选择上，要符合儿童的身心特点，他们逻辑思维和理性分析的能力还不够健全，对产品的具象形态比较敏感。一般来讲，对于年龄较小的儿童，他们更需要简洁圆润的外形，或者活泼、或者可爱等不同风格和类型的外在形象能够吸引受视觉体验影响的儿童的心理焦点，在其身心成长阶段，强烈的好奇心和求知欲望会使他们喜欢一些造型更加奇特或者具有特殊心理感受的造型。

产品形态上的趣味性也是吸引儿童视线，在互相之间建立联系的重要方式之一。一个外在形象充满趣味的设计远比一个普通的设计更能吸引孩子们。形态上的趣味设计并非是盲目的、孤立的，而是要建立在对产品特点深刻认知的基础上，以一些巧妙的趣味性设计来建立二者沟通的桥梁，引导儿童更好的去享受产品带来的趣味。美观大方的造型、独特新颖的结构，有利于儿童高尚审美情趣的培养，在一定程度上能够促进儿童的形象思维、创造性思维能力。

2.3儿童电子产品的结构视觉体验

产品是按照一定的结构方式组合起来的。在儿童电子产品设计时，既要使产品结构简洁，又要不失童趣，同时要符合儿童的体验要求。儿童电子产品内部结构通常由多个电子零件组合装配而成，结构设计是否合理非常关键。

在儿童电子产品的结构设计过程中，要充分考虑儿童对电子产品的“易用性”因素。儿童由于特定的生理和心理特征，在使用过程中常会因操作不当、零部件太多、电子按钮分布密集等因素使产品外部结构损坏；或因注意力不集中、维持度不足等引起电子产品摔落，破坏内部结构。所以，在儿童电子产品设计时，应注重儿童电子产品结构合理性、设计紧密型、产品耐用性及使用安全性。

结构安全性在儿童电子产品设计中尤为重要，在设计中降低操作的复杂度，降低不可预料因素造成的影响。儿童电子产品应利用外部机壳把尽可能多的带电部件围封起来，并且能承受一定的外力作用以保证对儿童提供足够的安全隔离保护，要防止儿童自行打开产品机壳，避免儿童的手指或身体接触到带电件。

2.4儿童电子产品的材料视觉体验

产品形态的关键是材料，不同的材料拥有不同的特性，在设计中会展现出不同的魅力和品质，带给人丰富多彩的视觉和触觉体验。因此，材料的选择，要合理而巧妙，更好的获得人们的喜爱。材质的变化对带来视觉体验上的变化或者提升，这种体验与触觉和行为相结合，能够在感知的过程中获得多样的感官体验。儿童在经过一定阶段的触觉积累之后，很多触觉上的感触会抓化为视觉上的间接感受，在大脑中唤起对此种产品材料的感性记忆。儿童独特的身心发展特点，要求在材料选择和外在处理方面要严格谨慎，避免对儿童产生不良影响或损害。伴随着低碳、绿色、环保等设计理念的出现，儿童电子产品的设计也要遵循这些原则，多使用健康环保材料，开发出性能更为优越，且兼具时尚潮流等诸多元素的产品。根据产品概念、儿童心理特征，设计师应通过对不同质感绝缘材料的合理选用，增强产品的亲和力，调动儿童的视觉体验特点，提升其兴趣，让其能够更加充满乐趣和好奇心，在与电子产品的互动之间获得优质的享受与体验。

3结论

儿童获得视觉体验的载体是电子产品本身，针对儿童设计的电子产品要符合其身心发展特点、符合其喜好才能够被接受，获得长久的生存和发展空间。儿童视觉体验对电子产品设计的色彩、形态、结构和材质都提出了特殊要求，要在充分迎合儿童身心发展规律的基础上，更好的诠释产品的性能和优势，利用多种元素之间相辅相成的关系，成功在儿童电子产品设计中运用视觉体验理论。

参考文献

[1]邬烈炎.视觉体验[M].江苏：江苏美术出本社，2008.

电子产品结构设计例5

电子产品整体包装设计中，首先要考虑实际工作需要，进行设计需求分析。需求是电子产品整体包装设计首要解决的问题，只有在明确需求的前提下，结合工作需要，然后合理设计系统结构。从而更好为各项工作水平，促进工作水平提升，让电子产品为各项工作提供有效服务。

1电子产品整体包装设计的需求

设计需求是电子产品整体包装设计前首先要明白的内容，对后续设计和开发工作发挥指导作用，具体是指对电子产品在性能、行为、功能、设计等方面的期望。需求分析的目的是阐述设计的目的及意义，为电子产品设计和实现提供指导。计算机技术在设计中的应用，不仅推动管理现代化，还能提升管理水平。尤其是在电子产品整体包装设计工作中，更需要开发相应的设计系统，顺应这种趋势，对相关数据进行有效处理，促进管理水平提高。同时在设计过程中，还要考虑系统的可扩展性以及与其他系统的兼容性，为系统升级和更新创造良好条件。电子产品整体包装设计中应该进行综合全面考虑，应用信息技术和互联网技术，进行设备管理、系统管理、用户管理等各项功能操作，为电子产品应用，学习相关知识创造条件。总的来说，电子产品整体包装设计应该具备以下几项功能：注意收集管理员的管理经验，系统具备让管理员与用户互动的功能，采用科学管理模式促进系统管理效率提高，系统涵盖电子产品的大部分管理工作。在具备这些功能的前提下，合理进行电子产品设计，促进管理工作水平提高，为电子产品整体包装设计水平提升创造便利。

2电子产品整体包装设计的原则

为提高用户综合素质，培养用户动手操作能力和实践技能，更好适应工作岗位需要，重视电子产品整体包装设计是十分必要的，能为这些目标顺利实现提供保障。包装设计能服务各项工作，以方便管理，实现资源共享，利用数据库技术、信息技术、现代管理理念、网络等，构建有效的系统，满足电子产品整体包装设计需要，更好服务于管理和学习的各项工作。电子产品整体包装设计的原则包括以下几项。2.1包装成本最低原则。为节约成本，降低使用的费用，整体包装应该采用系统工程思想，避免浪费现象发生，满足电子产品需要，提高整体包装设计水平。要注重对设计进行价值分析，有效满足客户需要。包装综合成本包括包装生产、使用、流通成本。应该加强设计工作，重视每个环节的管理，努力节约成本，防止资金出现超支现象。2.2包装材料节约环保原则。选用绿色、节能、无毒、无污染的材料，通过选用节能环保型材料，不仅能满足整体包装设计需要，还可以实现包装材料的无毒化，便利人们使用，有利于人们的身心健康。要避免出现过度包装现象，节约资源，降低不必要的损失，并保护周围环境。还要减轻包装制品的重量，方便装卸和运输，节约流通成本，避免资金出现浪费现象。2.3包装可重复利用原则。注重材料和制品的重复和循环利用，降低材料费用，节约设计成本。在整体包装材料性质的选择和利用上，必须采用可重复和可再生利用的材料，落实绿色节约理念。如果材料难以循环利用，那么也要选用可降解材料。这样在产品使用之后，能够对其进行降解和处理，避免污染周围环境。

3电子产品整体包装设计的策略

在落实设计原则，有效指导产品设计的前提下，还要注重相关策略应用，促进电子产品整体包装设计水平提高，使其更好发挥作用。3.1包装材料选择。常用材料为聚苯乙烯发泡塑料、聚氨酯发泡塑料、瓦楞纸板、蜂窝纸板等。综合考虑材料的性能、价值、产品重量大小等，结合电子产品使用环境，合理选用材料。3.2包装结构设计。先分析和测试产品的易损伤部位，对关键部位缓冲防护。考虑产品结构特性、尺寸大小、重心位置、外部形状、产品外壳材料等，确定电子产品的缓冲和关键部位。包装结构常用局部缓冲法，结构形式有天地盖、左右套、四棱结构、八角衬垫等。根据电子产品性能合理选用，实现对产品的保护。3.3包装测试。包括振动试验和跌落试验，严格按要求试验和检测，确保电子产品性能良好。将电子产品固定在振动架，试验频率10-55-10Hz，单振幅0.35mm，每个周期5min，在外包装箱长度、宽度、高度上各做10min。然后进行“一角三棱角六面”跌落试验，可按自由落体方式跌落，或跌路在试验机上，确保跌落在水泥地或钢板台面。开箱检验电子产品，如果外形没有受损，功效正常，则测试通过。3.4包装运输。合理确定最佳运输路线，确保运输工具之间匹配，实现产品包装和物流尺寸的标准化和集成化，方便产品包装和运输，还有利于确保电子产品安全，促进其性能有效发挥。科学设计物流路线，节约运输成本，提高产品整体包装性能，确保产品供应及时到位，还有利于节约产品存储费用。合理选择存储和运输设备，实现对电子产品的保护，加强防护工作，避免在运输过程中电子产品结构受损。3.5包装回收再利用。设计中必须考虑整体包装的综合性能，提高其回收与可再生利用性，降低不必要的损失，促进产品作用的充分发挥。要合理设计产品，减少包装材料，节约成本，防止出现环境污染现象，进而实现对周围环境的有效保护。

电子产品结构设计例6

电子产品的开发离不开企业这个实体，开发项目管理理念需要结合企业的自身实际情况，如企业的行政组织架构，开发项目团队的组织架构等来制定最适合企业的一套产品开发项目管理流程。本文以图1所示的开发项目团队组织架构框来阐述电子产品开发项目管理流程。产品开发整体流程实际上包含一系列阶段步骤，把一组需求和思想转化为市场上成功产品的流程。本文介绍的电子产品开发项目整体流程框图如图2所示。由图2所述，电子产品开发首先要进行市场调研阶段对产品作出准确的市场定位，项目管理者需要进行产品评估设计阶段仔细分析产品功能指标、性能指标、技术参数、系统规格确定准确的项目开发文档作为产品开发的输入，需要对整体设计进行开发计划的制定，系统规格等进行产品开发目标的确定，同时组织设计开发项目团队成员分配，设计开发人员项目责任分配，制定团队各成员的详细准确的设计参数任务书，设置各个阶段时间节点，进行产品成本、时间的控制目标和措施，生产过程中文件控制的实施，产品标准化制定计划等。随后进行产品设计实施阶段，进行设计评审、开发执行，接着进入制作ES样机阶段制作样机进行测试，测试成功随后进行产品小批量生产阶段进行生产小批量样机测试，产品大批量生产阶段，产品更新维护阶段直至产品全生命周期结束。

2电子产品开发技术的详细流程

2.1硬件设计流程

产品硬件设计流程如图3所示，硬件项目组根据产品的技术定义，准确的系统技术参数规格、功能指标、电气性能指标等，进行硬件电路实现方案的设计工作，方案的设计可以提出几套实现方案，最好能引用原有生产产品上的经典的电路模块从而更有力保证产品的设计的稳定可靠性，项目协调员组织相关责任人进行硬件电路设计的评审，评审的原则是以最低的成本最可靠的方案为原则进行方案选定。选定后由硬件工程师进行原理图的设计，设计完成后需要进行原理图的评审工作，评审合格后再进行PCBlayout设计，在进行PCB设计的同时硬件工程师需要与结构工程师一同协调确定产品的开口，孔位，接口位置等信息进行PCB设计。PCB设计完成后需要进行PCB图的评审，PCB评审成功后再进行BOM表的整理，进行元器件的采购，焊接PCB后与软件设计人员进行硬件单板功能调试工作，与结构设计人员进行装配组装调试，发现问题填写问题报告，反馈协调到具体的相关设计人员进行整改工作。最后输出的原理图、PCB、BOM表等资料归档作为下一阶段产品ES样机资料发放的输入。

2.2软件设计流程

产品软件设计流程图如图4所示，软件项目组软件系统需求分析得出的系统需求说明按软件设计流程进行软件方面的设计工作，设计的方案首先根据具体的硬件设计电路模块进行各个模块的软件设计驱动及测试工作，如发现问题及时反馈给硬件设计人员进行协商修改，如果没问题则提出系统软件框架的设计方案，项目协调员组织相关责任人进行软件方案评审，评审的时候需要仔细根据需求实现的技术细节来核实软件是否能达到相应的技术指标。评审成功后则根据具体的功能实现模块逐个进行软件设计，每个功能模块设计完成后，再进行软件整体模块代码兼容软件集成设计调试工作，调试成功后需要在几套硬件上进行反复的测试，测试完成各方面达到系统要求指标后进行程序整理归档及初次发放版本管理。最后输出的软件说明文件、源程序、烧录程序等作为下一阶段ES样机资料发放的输入。

2.3结构设计流程

根据产品的技术定义，提出的准确的系统参数规格，结构项目组进行结构设计工作，根据产品的外观要求，整体尺寸大小、开孔位置、按键、LED灯、屏的位置、端子开孔、电气要求等，选择合适的壳体，进行结构图纸的绘制，绘制的过程中需要与硬件设计人员一同确定产品的一些细节问题，绘制完成后通过软件模拟，模拟成功项目协调员协调相关责任人进行结构设计方案的评审，评审成功后进行结构图纸的释放进行快速成型制作一套结构结合PCB板、结构开孔、按键、屏、端子等进行组装测试。测试没有问题后进行结构图纸的归档工作，最后输出的结构装配图、部装总装文件等作为下一阶段ES样机资料发放的输入。

2.4产品ES样机流程

产品ES样机流程如图6所示，技术工程部在产品开发设计实施阶段完成了硬件、软件、结构设计之后，将硬件设计的输出、软件设计的输出、结构设计的输出作为产品ES样机的输入文件，相关技术设计工程师完成ES样机的测试、调试、组装、装配工作，同时将遇到的问题记录到样机问题反馈表中，随后进行产品功能测试、产品电气测试、产品整机测试，测试过程中如发现问题及时反馈给相关责任技术设计人员进行修改，如果没问题则将产品设计文件，ES样机反馈问题，功能测试报告，电气测试报告，ES样机整机检验报告等进行归档工作，同时将ES样机进行拍照录像存档工作作为下一阶段小批量生产的输入，完成产品ES样机流程。

2.5产品的小批量生产

产品ES样机阶段结束后，接下来的阶段就是进行产品的小批量生产试制阶段，工艺部门与技术工程部门进行输入输出文件交接工作，工艺部门根据产品ES样机流程阶段的输出得到的各种归档资料作为产品小批量生产的输入。产品小批量生产试制其流程如图7所示。工艺部门独立按计划按流程制作小批量样机，完成后质检部门QC对小批量样机进行整机全检，并公布遇到的所以问题，工艺部门完成解决相关问题无法解决的问题反馈到技术部门相关设计人员解决相关问题，解决完成后公布处理结果，工艺、质检进行协调测试直至一致通过，接着进行修改完善相关资料，最后进行工艺、质检、技术三部门共同认证小批量生产的样机是否合格，合格则完成产品的小批量生产流程。

2.6产品的大批量生产

电子产品经过工艺部门小批量生产后完善了产品的配套的工艺生产指导文件，但是有时在大批量生产会暴露出批量的相同的问题如电子元器件采购出错，芯片批次不同造成性能不同，结构件的加工误差无法组装等等，所以在大批量生产之前除了需要根据工程样机及配套的工程样机文件来指导大批量生产之外，在大批量生产进行头几台生产时仍然需要仔细进行整机制造后进行整机全检，持续修改完善工艺资料后，接着就将完善后的工艺资料正式转为生产指导资料指导流水线进行大批量生产进程。大批量生产的流程图如图8所示。

2.7产品维护阶段

产品开发大批量生产阶段结束后，整个项目并未结束，此后由于客户需求，技术更新，降低成本等因素进行产品修改更新，都会在原产品基础上提出些设计的更新变更方案，这个阶段就是项目产品维护更新阶段，需要对项目设计更新，设计人员修改设计文档，在ES样机上进行测试，测试合格是否正式，正式发放升级通知及更新套件处理等，以及进行产品更新升级批次的管理工作等一系列跟踪直到项目生命周期的结束。其中产品修改更新流程如图9所示。

电子产品结构设计例7

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.151

0 前言

机电控制系统是制造业，特别是机械制造业顺利完成相关项目的重要基础和保障，而制造业的不断发展对机电控制系统的结构、性能和作业精度等提出了更高的要求，传统的机电控制系统已难以满足产业进一步发展的需求。在此背景下，如何在了解机电控制与自动控制系统内涵的基础上，加强对机电一体化产品的设计，已成为当前制造领域及有关专业人员需要着重开展的关键工作。

1 机电控制与自动控制系统概述

1.1 机电控制系统

机电控制系统是指，在无人参与的情况下，借助相关控制设备将设备机器按照事先预定的生产流程进行自动化设计，并采用全方位控制系统连接控制器与控制对象，从而完成规定的控制目标的系统。机电控制系统的核心，即控制，从技术角度来看，机电控制系统是通过借助传感检测、自动控制、伺服传动以及集电极、微电子等相关技术来达到对设备远程操控目的的综合性技术系统。从控制形式来看，机电控制系统主要以远程控制为主，即管理人员在异地或远程也能够借助计算机网络实现对相关机械设备的控制[1]。但需要说明的是，在远程控制过程中，若相关人员需要对系统的每个运行步骤进行控制，并在必要时实现随时干预，此时，机电控制系统的控制形式即为保持型远程控制，保持型远程控制更有利于实现设备的实施、精确控制。

1.2 自动控制系统

自动控制系统，即在控制器的控制下，使被控对象按照事先预定的原理实现自动规律性运行的系统。以控制内容为依据，可将自动控制系统划分为速度控制系统、高精度控制系统以及自诊断控制系统和自适应控制系统等。自动控制系统的核心技术主要体现在其自身的实用性方面，即通过协调机械和电器的各个部分从而确保其能够顺利、高效地完成预先设定的内容。

2 机电一体化设计的基本思路

现阶段，我国已成为世界制造业大国，而市场经济的不断发展和产业结构的逐渐调整使得业内对机电一体化产品设计、交易和运用的呼声越来越高。目前，机电一体化已成为了一门新的学科，其要求相关设计人员在对产品进行设计时，应对产品的功能、结构进行全面、系统的分析，并结合具体的分析结果设计出与理想预期相符合的机电一体化产品。从系统层面来看，应确保所设计的机电一体化系统兼具模块化、智能化、网络化以及微型化和人格化的特点，提高所设计系统的各项技术性能[2]。具体来说就是，通过将机械技术、自动控制技术和微电子技术等相关技术进行有机结合，并通过对各模块单元的合理配置，使系统能够实现所要求的各项功能。

3 机电一体化产品的设计方法

3.1 以电子线路取代机械控制机构

对传统的机电控制系统进行分析可知，其相关控制大都是以单一机械控制结构为依托的，对于机电一体化产品的设计，可引入电子线路对此种机械控制机构予以改进，从而改善系统整体的机械运行过程，获取预期的控制效果。具体方法如下：（1）采用可编程控制器或利用微型计算机，将电子线路与系统固有的机械控制结构有机结合；（2）引入变速机构、凸轮，使其代替系统中原有的插销板和步进开关等传统接触式控制器，从而完成电子线路对机械控制接口的取代，在简化机械结构的基础上，提高机电一体化产品的性能与质量。

3.2 电子与机械部分的有机整合

电子与机械部分的有机整合是机电一体化产品设计的另一主要方法。对机电一体化设计进行分析可知，设计过程中最为关键的步骤则为打破产品传统原有的设计模式，从而提高控制系统的控制精度和运行效率。但需要说明的是，一体化设计过程中，同产品本身相关的原理并未发生改动，而相关设计也只是为了提高产品自身的质量和性能，即实现电子技术和机械技术的有机整合，使二者成为不可分割的整体，共同完成相关控制工作。以电液比例控制系统为例，可将液压阀同比例电磁铁进行整合，使二者共同构成一体化比例阀，而这一整合设计的设计理念便是机电产品的一体化设计理念[3]。

3.3 相关功能模块的整合

在对机电一体化产品进行设计时，采取相对简单的机械构件与电子线路整合方法若不能达到预期设计效果，相关设计人员还应对系统的各个功能模块予以整合，从而在确保各模块功能得以顺利实现的基础上，使各模块共同构成一体化的机电系统。例如，数控车床采用的便是各部分功能模块相整合的设计方式。首先，应对可供车床使用的专用数控装置以及伺服驱动装置和其他相关机械装置的种类、功能进行明确和划分，并予以采购；其次，将所采购的各部分模块装置进行整合，最终设计出集各个功能模块于一体的数控车床，确保其相关切削任务的顺利完成。由此，各部分功能模块通过整合既能够确保机电一体化产品的质量，同时，又能够节省设备生产费用，有效提高了机电一体化产品的技术经济性。

4 结论

本文通过对机电控制系统与自动控制系统的相关概念进行阐述和分析，并结合机电一体化系统设计的基本思路，分别从以电子线路取代机械控制机构、电子与机械部分的有机整合和相关功能模块的整合等方面对机电一体化产品的设计方法做出了系统探究。研究结果表明，通过机电一体化设计，能够有效提高机电控制系统和自动控制系统的整合效果与控制精度，对于提高系统作业效率和促进制造产业的健康、稳定发展具有重要的作用和意义。

参考文献：

电子产品结构设计例8

1.电子机械概述

电子机械主要是以研究电子信息设备与电子系统的机械与结构的设计与制造为核心的，努力提高设备或系统在不同的复杂环境中的电性能。我国工业与电子装备发展过程已经超过40年，在电子设备的设计和制造商处于世界前列，但是也必须认识到先进的电子机械，不仅取决于电子设备的可靠性，也与结构与工艺密不可分。电气设计、结构设计及制造工艺在电子装备中有融为一体的发展态势，当今的电子机械工程就是应这种趋势而产生的新兴学科，国内很多高校也设立了电子机械专业。电子机械同以往的普通机械相比，有其自身的特性：从目的上来说，电子机械旨在于提高电子设备的电气性能系统；从实现手段上来说，电子机械主要通过在机械中加入电子信息技术等来实现电子设备的性能；从机电一体化的载体方面来说，电子机械是电子系统，常规机械是机械结构系统；从电子系统对机械的重要性来说，机电一体化对电子设备至关重要。

2.电子机械技术的发展现状和发展趋势

2.1.发展现状

当前我国对电子机械研究主要集中在以下几个方面：第一，电子设备在恶劣环境中防护问题，这涉及到机械学、传热学、化学、环境科学等多门学科，考虑有：在发生强烈震动和冲击的情况下如何防止电子设备失效并保持可靠工作的问题；在恶劣的环境中实现电子设备的温度控制，使得电子设备整体和各元件温度不超过限值；如何避免电子设备对环境的污染和反污染的问题；提高电子设备在防潮、防霉、防盐雾腐蚀以及防原子、防生物化学武器等的特性。第二，电子设备性能发挥受机械结构参数的影响的问题，常见的有：天线伺服驱动系统的结构谐构振频率限制了控制系统的带宽；控制系统系能受电子设备在摩擦、间隙、弹性变形过程中的影响；天线效率受到天线结构变形和反射面误差影响的情况等等，弄清楚这些机械结构对电子设备的影响原因与规律，设计出符合有效参数的结构，确保电子设备发挥性能非常重要。第三，电子组装技术与电子精密机械设计问题，如何将众多的电子元器件进行连接和布局，形成一个正确且高校的整机，在这一过程总必须考虑到每一个电子元器件的相互影响和外部环境对电子元器件的影响，使得组装起来的电子设备同时具备高可靠性、易维修性与易操作性。为了实现电子设备的某些特殊功能，常常需要精密机械，如雷达天线，其精密程度堪比精密机床，大面积的可动抛物面反射器结构高精度的要求结构设计人员具有非常过硬的技术本领，这些精密机械设计的目的在于满足电子设备性能的特殊要求，未来战争中电子战与信息战将起着重要作用，由于要应用于条件严苛的战争环境，对电子设备的性能要求非常高。

2.2.发展趋势

当前电子机械的智能化、数字化、集成化、模块化、人性化设计、网络化发展趋势明显。智能化体现在要求机电产品自身拥有一定的智能，在逻辑思考、判断推理、自主决策等方面拥有一定的能力，当前人工智能技术的不断进步为电子机械技术发展提供了重要条件。电子机械数字化的基础是微控制器的发展，不断发展进步的计算机网络为电子设备的数字化设计与制造铺平了道路，数字化要求电子机械技术产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性等特点。电子机械的集成化体现在不同技术、不同产品和各生产加工等工序中，多品种、小批量的自动化生产要求电子设备系统应具有广泛的柔性，实现分散系统功能并使系统各部分协调安全运转，实现性能最优化。模块化的发展趋势是由电子机械产品类型多样及生产厂家较多，而研制和电子设备单元模块非常复杂，如企业能够实现模块化发展，新品的开发将变得更为迅速。人性化设计这是由于电子机械的使用者是人来决定的，如何赋予电子设备智能、情感和人性非常重要，在色彩和造型上面注重人性化设计，给人类既方便由有艺术美感非常重要。网络化则是当今网络远程控制和监视技术的必然趋势，远程控制终端设备本身就是电子机械产品，运用局域网技术使家用电器网络化成为可能，方便人们生活。

3.电子机械技术在现实中的应用

目前，电子机械技术在现实中的运用体现在柔性制造系统和计算机集成制造系统、小型化家用电子产品、机械手和机器人、微型机械和超微型机械产品、机械自动化设备等众多方面。柔性制造系统和计算机集成制造系统较早运用于制造行业，是由数控机床、微电子技术、计机软硬件等有机结合的系统，当前我国以实现校企联合，建立了若干条柔性制造系统线和一些计算机集成制造系统实验线，但是多方面限制发展较慢。小型化家用电子产品发展较快，如日本研发生产的拇指大小的微型彩色照相机，美国正在研发微型电话机大小如手表微型复印机大小如眼镜盒，方便人们日常携带。当前在世界上投入工业生产的机器人已超过百万台，这些多为日本拥有，这些智能化机器人生产已经初步实现批量生产，具有人类的一定智慧，当前正在研发具有自主决策能力的机器人。电子机械技术在事、医疗、汽车、宇航、工业设备、通信和生物工程等方面有广阔应用前景，特别是一些微型和超微型机械产品方面应用客观，但是对微型机械和超微型机械的理论尚在探索和认识阶段，需要不断作出努力。

4.结语

电子机械技术发展不是孤立发展的，它是很多学科技术发展的产物。社会的快速发展要求技术必须不断改革创新，适应社会生产力的发展要求。电子机械化技术涉及非常多的领域，随着技术进步，各领域技术相互融合将越来越明显。电子机械技术的创新对于促进电子机械技术与机械设备应用技术有重要作用，现代科学技术应用的发展和理论创新推动科技发展。

参考文献：

电子产品结构设计例9

中图分类号：TN02 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（c）-0071-03

结构设计是为了满足电子产品的各项功能和电性能，使设备在各种既定环境下都能正常工作所进行的设计。它可以把产品的外观直接展现出来，在一定程度上决定了产品的可靠性、寿命及性价比。好的设计应合理满足整机的性能要求，在市场上具有竞争力。

产品的工艺性能直接影响到产品性能和战术技术指标的实现。工艺设计的最高原则是以最少的社会劳动消耗创造出最大的物质财富，这个原则也是企业赖以生存和发展的基础。

无论哪类电子设备的设计都离不开结构，整机结构设计水平的高低和工艺技术的好坏对于产品质量至关重要。电子设备的故障或失效大都可归结为设计上没有想到或没意识到某些细节或约束，一些通用设计的技术、准则、理念和方法必须被予以重视并深入贯彻到产品研发中去。

1 某系统电子设备结构设计

1.1 概述

某系统主要由多路耦合器、终端机和信号分配器组成，采用19英寸标准机柜上架安装方式。各设备遵循标准化、系列化、通用化设计原则，颜色、标识、铭牌、把手和接口连接器选择均符合系统设计规范要求。

根据研制方案确定电气功能、性能及使用环境要求，经研究分析整机结构形式和尺寸约束后，初步进行元器件布局、布线和组装设计，合理选用材料、涂镀、加工手段，采用通用件和标准件，简化制造工艺，积极运用成熟技术。后通过软件进行三维实体建模、装配仿真、应力应变分析、热流分析，进一步优化零部件结构。

1.2 多路耦合器

机箱箱体及内部隔板全选用铝合金板，铣削成型，并通过相互搭接、螺钉拧紧固定。选用铝合金板，是因其具有重量轻、加工定位准确、易开沟槽安装固定屏蔽材料、装配拆卸简便、外形美观等优点。

多路耦合器采用模块化设计理念，将防雷电路、放大电路和功率分配电路分别安装在铝合金板铣削成型的屏蔽盒内，构成单独的防雷模块、放大模块和功率分配模块。为便于器件散热，将散热器紧贴机箱左侧板，电源模块紧贴机箱右侧板，放大模块和功率分配模块固定在散热器上，并分别在安装贴合面涂敷导热硅脂。由于电源模块较重，为满足冲击、振动试验要求，设计固定架使其一侧与底板连接，另一侧包住电源与右侧板。防雷模块安装在前隔板预设位置，并与中隔板和后隔板一起组成隔板部件，组装时将其整体插入机箱。各模块用隔板隔开，分别安装在3个相对封闭独立的隔段内，尽可能避免电源与模块、模块与模块间的电磁互扰。多路耦合器结构形式如图1所示。

1.2.1 终端机

箱体是机箱结构的主体部分，是设备功能模块的安装载体，也是机箱结构的集中受力体。根据安装器件的尺寸、重量和位置，同时考虑振动、冲击对结构强度的影响，参考压铆螺钉、压铆螺母柱的铆接装配要求，核算确定各面板材料及厚度。终端机结构形式如图2所示。

终端机由16个解调模块组成，外部线缆通过航空插座进入机箱并通过双绞塑胶线与母板欧式插座连接。由于结构尺寸的限制，一个航空插座需通过8路音频信号或8路串口数据，为避免设备内部多路信号互相串扰，走线及母板设计尽量将多路同类信号线分开。另外所有解调板都安装了背板进行电磁屏蔽隔离、安全防护和固定，以提高电气连接的可靠性。

导轨支撑部件由托板、导轨和连接条构成，主要起约束解调模块自由度的作用，模块的插拔、固定简单方便。

终端机前面板左、右两侧各开设一个进风口，出风口安在后面板中部，风扇装在机箱外侧向外抽风。由于风扇转动把箱内的热空气强制抽出，使机箱内产生负压，吸引机箱外的冷空气由进风孔口进入，从而形成空气交换。为避免导轨支撑部件阻挡、妨碍空气在箱内流通，导轨上设计有导风孔，冷空气经导风孔流过带走解调模块散发的热量。其基本任帐窃谌仍粗寥瘸林间设计一条低热阻的通道，保证热量迅速传递出去，以便满足可靠性要求[1]。另一方面，设计导风孔还起到减轻设备重量的作用。兼顾电磁屏蔽和良好通风的双重要求，通风开口处分别安装了屏蔽通风窗，为进一步提高屏蔽效果，屏蔽通风窗与箱体固定贴合面还粘结橡胶密封丝网组合衬垫。终端机风道设计如图3所示。

1.2.2 信号分配器

以前设计的机箱大多采用零部件搭接、螺钉拧紧固定的结构形式，为满足强度和电磁兼容性要求，完成箱体组装往往要使用很多螺钉，这使得设备拆卸、装配十分繁琐，维修性不好。为解决此问题，信号分配器设计采用插装结构形式，如图4所示。

根据装配顺序将底板插入前面板、后面板、左侧板和右侧板底部对应的沟槽，推动左、右侧板使其与前、后面板互相卡住，然后用螺钉进行固定。把隔板插入箱内使其与底板和后面板配合，分别将滤波器、电源模块和主板模块安装在隔板分开的两个封闭隔段内，尽可能避免电源对主板模块的电磁骚扰。将盖板榫齿插入前面板顶部后面的沟槽中，往前推动盖板使其后端向下插入左、右侧板卡槽，用螺钉将盖板与箱体固定。信号分配器全部零部件共计12个，结构简单，组装方便。

2 某系统电子设备工艺设计

2.1 概述

某系统电子设备环境适应性要求比较苛刻，设计人员不仅要将“六性”设计理念融入、贯彻到研发工作中去，还需清楚产品的工艺流程。电子设备环境适应性主要取决于所选材料、构件、元器件的耐环境能力和结构设计、工艺设计采取的耐环境措施是否合理和有效[2]。装联工人应积极主动地提出合理化建议，配合工艺人员共同完善产品设计，这样才能使设备满足低温、高温、湿热、盐雾、霉菌、振动、冲击、颠震等环境试验要求。

装配、组装质量不仅影响设备外观，而且影响系统的性能，可以说系统的质量直接体现在焊接和组装上。应合理安排装配顺序，注意前后工序的衔接，连接应牢固可靠，安装方向、位置要正确，不损伤设备单元和零部件，不损伤面板等机壳表面涂覆层，确保电性能稳定和机械强度足够。

2.2 通用工艺技术

根据各种材料在实际应用中的表现，内部设计规范应明确禁止使用预镀锌钢板。以前钣金件多采用冷轧钢板，加工后进行镀锌工艺处理，但其防护能力还是偏弱，长时间使用时会产生锈斑腐蚀，相关零件要求全部换成奥氏体不绣钢，新产品设计不再使用冷轧钢板。除钝化处理外，奥氏体不绣钢零件可不再做其他表面处理。

电磁兼容设计应采取主动预防、整体规划、“对抗”与“疏导”相结合的方针[3]。某系统电子设备的箱体材料全部选用铝合金板材，机加工后进行导电氧化处理，使机箱内表面形成理论上连续的导电面。

箱体搭接缝隙处全部安装橡胶芯金属丝网屏蔽条，这种屏蔽条既有很好的弹性，又抗永久压缩形变，在潮湿及盐雾环境中具有很强的抗电化学腐蚀性能。由于屏蔽条有弹塑性，按设计尺寸截取时不要用力拉伸，可先从一端塞入沟槽并顺着按压到另一端再截取，剪切屏蔽条时应使其端头的橡胶芯微缩在丝网内，切忌安装后屏蔽条端头的橡胶芯露出金属丝网很长。

在设备通风开口处安装屏蔽通风窗，利用截止波导原理解决通风和屏蔽这对矛盾。具体设计可参考GJB 1046-1990《舰船搭接、接地、屏蔽、滤波及电缆的电磁兼容性要求和方法》（6.2.2.3截止波导通风孔）。

电源线穿过箱体会使机箱整体屏蔽效能降低，为提高设备电磁兼容性，电源输入接口采用将航空插座与电源滤波器做成一体的结构形式。在滤波器与后面板安装固定面粘接扭角铍铜簧片或导电衬垫，使壳体和机箱贴合并保证接触良好，输入输出线不能靠得太近，引线尽量短且不能交叉，电源线不要与其他电缆捆绑走线。电源输入接口旁边就近设计安装安全的螺栓，并将电源线安全地连接。

带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、点焊、单面焊接等组合件，原则上不允许进行电化学处理，不同金属材料组合在一起的部件不能进行溶液处理，这些组合件应尽可能采用涂漆，或分别进行电化学处理后再组装。所有电化学处理都应在零件状态（即非组合件）下进行。

钢铁件在喷涂前应进行磷化处理，铝件喷涂前应进行氧化处理（铸铝合金可采用喷砂处理），以增加涂层附着力。

体积和质量较大的模块、晶振、线圈可用硅橡胶封装或加固管脚。尽量降低元器件的安装高度，缩短其管脚引线。导线穿过金属孔或靠近金属零部件时需用绝缘套管将导线套住，线束的安装和支撑应当牢固，以免使用期间绝缘材料因磨损而短路。电路GND通过金属化螺钉以及对应的阻焊亮铜带和结构件良好搭接，对应的结构件不作喷漆处理。使用不锈钢错齿弹垫、棘爪弹垫、止退螺母等紧固件防止装配松动。

3 结语

随着社会发展及加工技术的进步，产品的结构形式有了很大变化，从单机到系统，从最初主要使用型材、钣金结构发展到数控铣削成型的零件实现形式，精密加工技术已开始影响电子设备的设计和生产。

电子设备的结构及工艺设计是项目研制过程的重要组成部分，直接影响到产品的可靠性、稳定性和品质指标，并不仅是为硬件平台做个外壳那样简单，需考虑多方面的约束因素以选择最合理最可靠的设计技术。综合某系统装备介绍，可了解电子设备的结构形式及设计方法和在工程实际应用时采取的具体措施，对其他电子产品的结构及工艺设计具有一定的指导意义。

某系统电子设备装配拆卸简单，生产维护方便，具备较高的标准化、系列化、通用化程度，符合国家标准有关要求。系统通过公司内部功能、性能测试和第三方电磁兼容试验、环境试验、信道试验验证，所有设备均满足研制方案要求。

⒖嘉南

电子产品结构设计例10

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0244-03

1 引言

随着国民经济的持续发展，对能源工业和电力工业的发展提出了新的要求。根据国家中长期规划，到2020年，我国电源装机容量至少要在现有5亿千瓦的基础上再翻一番，达到10-12亿千瓦，为满足我国未来电力需求快速增长的需要，迫切需要通过自主创新，提高电力系统的供电能力。根据我国“西电东送、南北互供、全国联网”的发展战略，我国远距离输电将实现电能的经济性和合理性。

在高压电网中，直流输电一般应用在一定距离、一定规模的电力外送中，在今后的电网发展中将受到越来越多的关注[1-4]。 随着电力大规模流动的距离逐渐加大，现有的± 500kV、±800kV直流输电将无法满足电力系统的要求，“十二五”期间，我国电力需求将继续保持快速增长势头，将投资新建±1100kV特高压直流复合绝缘子输电线路，全面提升电网的资源配置能力和装配制造水平。在高压输电线路中，大量使用的悬式绝缘子多采用瓷和玻璃材料，但如果在电压等级更高，污秽问题比较严重的高压直流输电工程中使用，将会造成绝缘子串长度过长、重量过大、塔窗尺寸大，防污能力差，运行维护难，危害电网安全等问题，这就必须要研制一种适合±1100kV特高压直流输电线使用的复合绝缘子。

2 概述

±1100kV直流复合绝缘子作为输电网架的一种电力设备，属于“新材料”技术领域，复合绝缘子主要由芯棒、伞裙和外护套、金属端头等部件组成。芯棒主要承受机械负荷及起内绝缘作用，伞裙和护套承担外绝缘，且起保护芯棒免受大气侵蚀作用，金属端头传递机械负荷和链接导线。

针对±1100kV直流棒形悬式复合绝缘子所要求承受的电气和机械负荷，结合国内±800kV直流复合绝缘子的设计、生产和运行经验，从满足产品的技术要求着手，确定产品的结构高度、绝缘距离、爬电距离，对芯棒的外套材料及结构进行了系统分析与选择，对产品的金具、伞裙结构和均压环进行了设计[5-8]。

3 产品尺寸参数的确定

我公司±800kV直流系列复合绝缘子已在国内向～上线工程、锦～苏线工程、哈～郑线工程、糯扎度送广东等工程中得到了广泛的应用，产品运行情况良好。±1100kV特高压直流复合绝缘子与±800kV复合绝缘子的技术有许多相同和不同之处，其产品结构形式基本相同，产品均由金具、芯棒、伞裙材料、均压环几个基本部分组成，但由于使用产品使用环境不同，±1100kV直流复合绝缘子所需要承受的电气性能及机械性能会更高，根据±1100kV直流西电东送线路运行特点，其产品的直流1min湿耐受电压不小于+1250kV、雷电冲击耐受电压不小于+4950kV、湿操作冲击耐受电压不小于+2500kV、可见电晕电压不小于+1291kV，产品高吨位机械负荷在840kN～1200kN。根据该电气特性要求及产品机械性能，通过计算和设计，确立了±1100kV直流棒形悬式复合绝缘子的单节及双节产品图样及尺寸参数，单节产品图样见图1、尺寸参数见表1，双节产品图样见图2、尺寸参数见表2。

4 芯棒材质和直径选择

芯棒在复合绝缘子中既承受机械负荷，又是产品的内绝缘组成部分，为此特选用高温耐酸型芯棒，玻璃纤维是无碱、耐酸的，采用ECR改性型，通过了96小时67%额定负荷的耐酸试验，芯棒抗拉强度大于1100MPa，我公司根据多年特高压复合绝缘子生产经验及压接式金属端头强度，对芯棒直径进行了计算和选择，具体选用及校核见表3：

由此可见，额定荷载为160kN、240kN选用28mm芯棒，300kN选用30mm芯棒，420kN选用34mm芯棒，550kN选用40mm芯棒，840kN 50mm芯棒，1000kN、1200kN选用60mm芯棒完全能满足产品额定机械强度的要求[9]。

经国内外资料参考，选用环氧玻璃纤维引拔棒是切实可行的，其强度可以长期不受酸的腐蚀影响，而且还可满足15min染色渗透试验和100h的水扩散试验及96小时耐酸试验的要求。

5 金具连接形式及结构设计

5.1 连接结构形式

±1100kV特高压直流线路用复合绝缘子，结构形式分为单节和双节两种，单节产品端部金具的连接型式为环-环，双节产品端部金具两端为环-环，中间连接方式为脚球-帽窝。单节产品环型标记分别为21、25、32、42、42、84、100；双节产品环型标记与单节相同，中间连接方式脚球-帽窝，连接标记分别为20、20、24、28、32、36。

5.2 防腐锌环设计

直流绝缘子的金属附件存在电解腐蚀问题，电解腐蚀是由于在直流电压作用下电流沿绝缘子表面泄露引起的，当直流绝缘子污秽受潮越严重，泄露电流也随表面电导的增大而增大，绝缘子的金属附件电解腐蚀的情况也就越严重。根据实际运行情况观察，电解腐蚀一般发生在正极性情况下，正极导线上的复合绝缘子的电解腐蚀一般发生在脚球端金属附件上。而负极性导线上的复合绝缘子的电解腐蚀一般发生在帽窝端金属附件上。根据上述情况，±1100kV系列直流复合绝缘子不管是脚球金属附件还是帽窝金属附件，均在其金具端部高温胶密封处熔铸了一只锌环，锌环采用半包胶方式，锌的纯度为99.99%，±1000kV/160kN～1200kN锌环的总重量均不小于128g，外露部位的重量超过50g；锌环的厚度为6mm。如图3所示。

5.3 机械强度设计

复合绝缘子金具连接方式有多种多样，其中尤以压接工艺被广泛应用。压接工艺是利用大吨位的压接机将径向挤压力作用在端部金具上，使金具产生一定的塑性变形紧抱在芯棒端部，在金具与芯棒的接触面上产生一定的预压应力，当复合绝缘子承受负荷时，此压应力转变成轴向摩擦力而承载，从而增强端部连接结构的可靠性，该工艺加工简单、强度分散性小、可靠性高，在国内属领先水平。压接式工艺机械强度经过10多年发展有了更大提高，为了保证复合绝缘子长期机械性能满足运行可靠性的要求，金具连接采用压接式结构，金具端部与芯棒连接处设计成球面防放电型，在注射前，对金具胶料充填处表面作打毛、涂胶、预烘处理，确保胶料与金具的粘接牢固，达到整体密封的效果[10]。连接金具采用40Cr材料通过锻造加工工艺制成，消除铸造工艺存在的夹渣、缩松、裂纹等缺陷，使工件既有稳定的硬度，又具有良好的塑性效果，提高金具压延性，使压接稳定性更好，在确定合理的压接参数后，各吨位产品金具与芯棒压接表面积保证达到金具破坏极限下不过压伤棒，具体各规格产品表面积设计及破坏强度值见表4。

6 伞裙材料及结构

6.1 伞裙材料

目前，国际上在高压复合绝缘子上应用的外套材料有乙烯基醋酸（EVA）、环氧（EP）树脂，乙丙橡胶（EPR）、硅橡胶（SIR）以及它们间的一些混合材料（ALLOY）。国内使用的都是硅橡胶，对照国外运行经验，硅橡胶作为复合绝缘子的伞裙护套材料，是其具有较高的抵抗力、优良的耐气候、耐臭氧老化和高水平的绝缘能力等优良电气性能的主要原因，另外，它还可以在-50℃～+80℃下长期工作，其制品憎水性强，且具有恢复性和迁移性的特点。

±1100kV直流复合绝缘子硅橡胶原材料采用进口D4为原料的复合硅橡胶，使硅橡胶制成的伞裙材料具有优异的抗紫线、耐老化性能；采用经过表面处理过有疏水性的白炭黑。提高白炭黑和硅橡胶亲合能力，利于硅橡胶对其的包裹及硫化胶疏水性的提高。氢氧化铝微粒采用进口硅烷偶联剂处理，表面羟基在高温下可引起硅氧键的断裂，使其由亲水性变成憎水性，与硅氧烷分子的相溶性更好，分散性更加均匀，阻燃性最优，同时耐老化、耐紫外线性能也更好[11-12]。该材料制成的复合绝缘子伞裙机电性能均高于IEC标准、国家标准及行业标准要求。

6.2 伞裙结构

为确保复合绝缘子爬电距离的有效，提高对污秽的自洁能力。伞形结构是否合理至关重要。伞裙形状优化设计原则是沿空气的击穿强度约大于复合硅橡胶与空气界面的击穿强度，否则爬电距离易被短接。伞裙形状设计实际上是外绝缘配合，±1100kV直流复合绝缘子伞形采用W型（五伞形组合），提高产品外绝缘的电气性能。伞形结构形式见图4。

通过对W型五伞结构（一大一小一中一小一大伞组合）和U型四伞结构（一大二小伞组合）、V型三伞结构（一大一小组合）、双U型七伞结构（一大二小一中二小一大伞组合）等伞形的复合绝缘子的设计参数以及耐压性能试验结果进行对比，结果表明W型五伞结构的复合绝缘子既符合高压输电的电场理论，又能满足高海拔、覆冰（雪）地区输电工程的实际应用，对比情况见表5。

注：表格中伞形结构图中的L1代表绝缘高度，d1、d2、d3、d4、d5、d6分别代表每段棱端间隙距离，虚线部分代表沿面爬电距离。W型五伞结构、双U型七伞结构、V型三伞结构的沿面放电电压和棱端间隙放电电压均以U型四伞结构的沿面放电电压和棱端间隙放电电压作参考基准。

通过伞裙结构分析，±1100kV特高压交流绝缘子产品投标的复合绝缘子均采用W型五伞结构，具有耐冰闪、耐雨闪、耐雾闪、耐污性好、不易闪络、沿面放电电压高等突出优点。

7 均压环

复合绝缘子的结构与传统的瓷绝缘子串相比有很大的差别，仅上、下两端有金属端头，而且尺寸不大，端头和中间绝缘体一起构成的主电容远小于瓷绝缘子串的主电容。因此，复合绝缘子的电场分布极不均匀，尤其是在高电位一侧会出现强场区。如果最大场强超过了空气的击穿场强，就会发生电晕放电导致能量损失和无线电干扰，甚至导致绝缘子的损坏。为了使复合绝缘子的电位分布均匀，提高绝缘利用率，减缓电晕切割对复合绝缘子的影响，对±1000kV直流复合绝缘子采用圆形金属保护环来改善电场分布及引弧作用。

复合绝缘子均压环采用铝合金制成，复合绝缘子上、下端各装一只均压环，我们在高压端设计了一种大、小均压环结构，低压端采用封闭式结构，分别屏蔽高、低压端的电场，从而更加有效地改善绝缘子的电位分布，有效减少闪络、防止鸟害及冰雪的侵袭[13-15]。

我们对±1100kV直流复合绝缘子加装均压环后在杆塔上的情况进行有限元三维电场分布仿真计算，结果表明：带大、小均压环时，小均压环形成的低场强区，可有效的改善复合绝缘子硅橡胶与金具连接处的电场分布，大均压环形成的低场强区，又使小均压环外侧电场得到了有效的屏蔽，对保护金属附件、芯棒及伞套不被电弧灼伤，防止绝缘子金具端面电晕，硅橡胶护套电蚀具有重要作用，对提高产品运行可靠十分有利。

8 结论

我国能源集中在中西部地区，电能消耗集中在中西部地区，能源分布的不均衡决定了以后我国±1100kV特高压远距离输电的必然趋势。针对以上情况，结合±800kV直流复合绝缘子的设计研发经验，现设计出±1100kV直流棒形悬式复合绝缘子，其结构形式及材料选用均能满足绝缘子技术条件要求，±1100kV直流棒形悬式复合绝缘子的设计与应用，将全面提升电网的资源配置能力和装配制造水平。

参考文献

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