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1、电箱的密封结构设计摘要：阐述了密封原理,讨论了密封材料的选择问题、密封结构的具体形式以及IP防护等级。关键词:密封;橡胶;密封结构现代电源系统的电箱在满足客户要求的情况下，常要求体积小、重量轻、结构紧凑[1]。电源系统的电箱通常随车携带，经常在野外使用，受环境影响(如潮湿、霉菌、盐雾等)比较大，对此类设备更是常常提出防水要求，而解决以防潮、防霉、防尘!(简称三防)为主要内容的三防问题以及防水问题最有效的途径之一就是密封。整机采用密封机箱可以相对降低对部件的三防要求，而且密封机箱对设备的维修性没有影响。但是,在小型电源系统的特定
2、条件下，由于种种原因，常使结构的钢度、强度比其它中、大型机箱要低，为了结构的紧凑和重量的减轻，用于为密封加压的机构、螺钉等也常常是比较小的，不可能提供很大的密封力。另外，为了进一步方便维修、降低成本，密封结构的设计不允许太复杂，所有这些都给小型设备机箱的密封设计带来一些特殊问题，这就要求设计人员在不对设备结构本身提出过分苛刻要求的前提下，力求用最简设计、最低成本、最易维修的措施来满足设备的密封要求。1密封材料[2]设备的密封质量与所选的密封材料有很大关系,密封材料质量的好坏、可靠性的高低直接影响到设备的密封能力和可靠性,选好密
3、封材料是进行密封设计的第一步。随着科学技术的不断进步,材料科学研究的不断深入,出现了许多新型固体高分子密封材料,如橡胶型固体密封材料、塑料型固体密封材料等,而且在合作方法和密封性能上都有很大改进,为解决现代技术中的各种密封问题提供了有力保障。在电箱中,最常用的密封材料是橡胶,具有弹性高、不透水、不透气、电绝缘性好、比重低等优良性能,经过适当处理后,它还具有耐热、寒、油、酸、碱、压、磨、能导电等宝贵特点,所以它已成为密封结构中用得最多甚至是非用不可的密封材料。橡胶的物理、机械性能与一般的结构材料相比差别很大,它的可逆弹性变形很大
4、,比钢大20~30倍,但这仅限于变形弹性,其体积则和液体一样,具有不可压缩性,橡胶的体积弹性模量K高达220MPa,而压缩弹性模量E仅为3~8MPa。因此,在利用橡胶做密封件时,其密封结构设计要充分考虑上述物理、机械性能,即使橡胶在一个方向受压变形时,在另外两个方向上要有膨胀的可能性。由于橡胶的配方不同,性能也不相同。从密封的角度考虑,橡胶的硬度和脆性温度不能太高,作为密封橡胶,实践证明:其邵氏硬度应小于55。C,脆性温度应低于-50。C。针对现有的电箱，密封采用橡胶密封胶或者橡胶密封条。2密封原理所谓密封就是利用密封圈(条)
5、截面上的凸缘与机箱装配面之间产生压力而达到密封效果。设计时,主要是通过控制橡胶的相对变形量(简称压缩量)来达到密封的目的。如图1所示,密封件未受压时的高度为H1,受压后的高度为H2,则相对变形量为ε=(H1-H2)/Hi,实践证明,当ε=10%时,缝隙小至0.01mm时,水分子仍然能渗透,当F继续增大到一定值时,相对变形量ε=20%~30%,由于密封件的弹性及变形作用,密封件紧贴装配面,使水分子不能渗透,从而形成密封。如果进一步增大力F,使相对变形量ε>30%,此时密封质量改善不大,反而会由于疲劳破坏而加速橡胶损坏,以至于影响
6、密封效果。因此,在密封设计中,橡胶的相对变形量一般取ε=20%~30%为宜。设计中应当注意的是,橡胶的变形不仅与所加的压力有关,与温度、变形程度、受压时间以及材料本身的邵氏硬度等多因素有关,所以其变形与应力并非直线关系,如图2所示,这也是橡胶不同于一般结构材料的特殊之处,由图2可以看出,曲线在ε=0.1~0.45这一段基本接近直线。因此,在实际设计和计算中可以近似地把它看作是直线,不会引起过大的误差。3密封结构设计[3]-[5]对于可拆卸式密封结构,其结构形式多种多样,如图3所示的密封结构。其中,图3a、b、j这三种结构形式适
7、用于铸造、压铸或者机加工制成的机箱,且具有较大的可供密封面积的情况下,图3a、b这两种形式,可事先做好密封件,再用胶将它粘于密封槽内,也可以将密封件直接压入密封槽内硫化而成,图3j为橡胶板冲切而成的密封垫,使用时置予预定的位置,这三种密封形式结构简单,均可以达到防水的目的,其缺点是密封件的压缩量无法控制,容易造成压缩过度,使橡胶很快因疲劳而丧失弹性,以致于影响密封效果。此外,在使用时还应注意,由于密封力与密封件的宽度A成正比,而A又不可能做得过小,因为过小容易失稳,所以相对来说结构所需的密封力也就较大,故其加压件常使用直径较大
8、的螺钉,此时需要根据设备的体积和密封情况综合考虑,选择适当的宽度值A。图3c是另一种用于铸造、压铸结构的密封形式,其特点是密封面积大大减小,因而密封力也大大减小,所需的加压螺钉直径亦可小一些,这样也就可以减小结构尺寸和壁厚。图3d也是属于这一类型,不过它是铸造(压铸)件与冲制
