王 霞，任天猛

(成都航空职业技术学院，四川成都，610100)

1 引言

由于户外电子设备使用环境的恶劣，通常要求产品结构上进行密封设计，其目的是保护内部电气和结构免受外部恶劣环境影响。对户外电子设备而言，最常见的密封要求是防水密封。IEC(International Electrotechnical Commission)所起草的防护等级 IP(International Protection)中的第二个数字就是表示防止进水造成的有害影响，所以户外电子产品必须通过给定条件下的淋雨实验，从而达到防水密封的要求[1]。本文着重讨论了户外电子设备防水密封设计的要点，结合实际设计实例对户外电子设备防水密封结构设计中遇到的问题进行了总结。

2 户外电子设备元器件选用

2.1 选用防水连接器

在户外，电子设备机箱防水密封设计时，既要研究机箱本身的密封问题，又要考虑面板上开关、液晶屏、航空插座等外部元器件的密封。如果忽视上述元器件的密封问题，往往会导致设备机箱的密封前功尽弃[2]。

我们在研制某地面通讯设备时，优先选用符合规定要求的防水连接器，该类连接器通常使用灌封技术来实现连接器内部的防水密封。在连接器与机箱之间，我们会安装定制的导电密封橡胶垫，来实现连接器与机箱之间的防水密封，同时还能够实现电磁屏蔽。

2.2 使用防水透气阀

户外密封电子设备因受湿度、温度骤变等造成的气压失衡，产生“呼吸效应”，往往会在设备内部形成水汽凝结或积水[3]。气压变化尤其是内部气压增大后，还会引起机箱内部电路板焊盘剥离、微带天线面鼓包等现象发生，致使器件损坏、性能指标下降[4]。因此，户外电子设备机箱的防水密封设计，需要考虑如何平衡机箱内外气压[5]。

防水透气阀能够在有效阻拦水汽的同时，起到透气的作用，平衡机箱内外压力差，防止机箱内部产生凝露，保护机箱内部元器件。

我们在研制某地面通讯设备时，在机箱的左右两侧各安装了一个防水透气阀，考虑到需要同时满足电磁屏蔽性能，我们选择的是金属外壳的防水透气阀。使用了防水透气阀后，该设备在经过十个周期的湿热试验后，开盖检查，机箱内部无凝露现象；开机调试，设备能够正常运行，说明机箱内部器件没有问题。

3 户外电子设备机箱结构设计

3.1 机箱结构

户外电子设备根据其设备形态的不同，可分为手持式、背负式、固定式等。手持式设备一般要求重量轻、体积小，机箱底座可以采用整体铣削成型或整体开模，其加工精度高，机箱底座与上盖之间的密封效果好。背负式和固定式设备，体积相对更大，机箱底座多采用铝合金板材焊接而成，焊接后板材变形较大，会导致机箱底座与上盖之间产生较大的缝隙，从而使密封失效。

我们在研制某地面通讯设备时，由于该设备整体体积较大，考虑到机箱底座整体铣削成型，加工成本太高，我们采用铝合金板材焊接而成。设计时，除底板外，在机箱底座前后左右四个板的高度方向，留有1-2mm的加工余量；机箱底座顶面的焊接坡口深度也由之前的3mm增加到4-5mm。机箱底座焊接完成后，再机加工去掉上表面1-2mm的材料，密封圈的凹槽也是焊后加工，这样就能很好的保证底座和上盖接触面的整体密封性能，如图1所示。

第二批样机生产时，我们对该结构进行了改进，机箱底座前后左右四个板上事先加工出阻水凸台，焊后该阻水凸台形成一个封闭的矩形凸台，可以在密封圈的基础上形成二重防水密封，如图2所示。

图1 机箱的焊接加工 图2 机箱上的阻水台

3.2 铆接件的处理

铝板焊接机箱底座上往往会有很多压铆螺柱，用于固定机箱内部板卡或者元器件。压铆螺柱与机箱底板之间会渗水，使机箱的整体水密封失效。

我们在研制某地面通讯设备时，在压铆螺柱底孔的基础上，增加了一个直径11mm，深2mm的沉孔，用于螺柱铆接后，在该处进行堆胶密封，从而实现机箱整体的水密封性能，如图3所示。

3.3 粘接件的处理

机箱面板上往往会有指示灯，相应的结构件是导光柱。导光柱与机箱面板之间，我们常常采用点粘，但是针对户外电子设备而言，点粘是不能够满足防水密封要求的。

我们在研制某地面通讯设备时，在导光柱安装孔位置处增加沉孔，用于粘接完成后，在该处堆胶密封，从而实现机箱的整体水密封，如图4所示。

图3 压铆螺柱的密封处理 图4 导光柱的密封处理

3.4 密封圈的选用

通常，水密封和电磁屏蔽一起使用，若选用标准厂家生产的密封产品，不论密封条的形式是什么形式，厂家均给出了相应型号的开槽尺寸，我们常用的是O型密封圈。O型密封圈结构简单、体积小、安装部位紧凑，具有自密封作用，不需要周期性调整，虽然接触面积小，但承受界面压力大，故密封效果较佳。

从密封功能上看，压缩量最小值为8%，最大约为橡胶压缩永久变形的30%以下。这和沟槽的尺寸有关，若压缩太大，密封条失去弹性恢复的能力，密封性反而有所下降[1]。

螺钉或螺栓的预紧力是影响密封圈密封效果的重要因素之一。要使机壳密封面达到良好的密封效果，预紧力必须均匀地作用在密封件上[2]。因此，当通过机壳密封面传递给密封件的预紧力一定时，采取减小螺钉或螺栓的直径，增加螺钉或螺栓的个数的措施，使预紧力均匀，对于提高机壳密封面的密封效果是有利的。

螺钉安装孔应设计在密封圈的安装槽的外侧。如果螺钉安装孔设计在密封圈安装槽内侧，水汽就会通过螺钉安装孔渗透进入机箱内部，导致机箱整体水密封失效。

4 结束语

户外电子设备应用环境越来越苛刻，给设计师们带来了全新的挑战。为了解决这些问题，设计人员需要从各个方面进行分析和权衡，以期取得较好的综合效果。电子设备的密封可更好的为内部功能模块提供保护，但同时也带来了一系列问题[6]。本文阐述了地面通讯设备防水密封结构设计中所遇且必须解决的一系列问题，并结合工程研制实践介绍了解决方案，希望能为同类产品的设计带来启示。