产品结构设计要求范文

导语：如何才能写好一篇产品结构设计要求，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电子产品；结构设计；影响因素

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：

[1]于龙飞.电子通讯产品结构设计研究[J].信息技术与信息化，2014，11:47-48.

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关键词：结构设计；三维CAD技术；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.109

近年来，随着科学技术水平的逐步提高，信息技术正处于日益发展中，在电子技术与计算机技术基础上，产生了三维CAD技术，该技术对结构设计具有现实意义。但值得注意的是，三维CAD技术更多的被运用在机械类结构设计中，通过将三维CAD技术合理的运用在结构设计中，有利于结构间相互配合，从而增强了产品的质量与技术含量，为提高我国现代化工业水平奠定良好基础。基于此，在结构设计期间，应该合理的利用三维CAD技术，通过充分发挥该技术的作用，从而促进提升结构设计效果，为优化产品质量创造有利的条件。

1 三维CAD技术的优势分析

随着科学技术水平的不断提升，进而产生了三维CAD技术，对于该技术而言，主要包含了三维造型、机构运动分析和三维设计等内容，该技术在诸多领域的运用，通过发挥虚拟和仿真等的作用，可以满足性能以及几何形状等的要求，能够让产品的各个指标更加符合规范。当前，在结构设计过程中，通过运用了三维CAD技术，有利于提高产品的质量与科技含量，比如，在机械结构设计时，采取三维CAD技术对产品的结构加以设计，由于三维CAD技术与二维技术相比功能更加强大，所以结构设计质量有所保障，因而在零件加工中也有助于提高机械产品的整体质量。

同时，在结构设计期间，设计人员不但要完成设计任务，而且要对部分零件予以改装，确保结构设计更加具有科W性与合理性，所以结构设计是个复杂的过程[1]。但是，将三维CAD技术利用在结构设计中，因为三维CAD技术更加完善，系统的功能更为健全，在具体设计时，设计速度更快，能够提高到4倍以上，缩短了结构设计的时间，并且设计质量也有所保证。总之，三维CAD技术有很多的优势，将其运用在结构设计中对提升设计质量具有主要作用，也为推动行业发展提供了坚实的保障。

2 三维CAD技术在结构设计中的具体应用

2.1 制作装配图

当前，由于三维CAD技术有很多的优势，所以被广泛应用在诸多领域，以机械行业为例，在结构设计过程中，三维CAD技术作为比较核心的辅助工具，将其应用在制作装配图中，对最大限度的提高设计质量创造了有利条件。在实际运用CAD技术制作装配图时，设计人员认真地分析零部件结构，合理的利用CAD软件中的三维编辑功能，当鼠标运动到某一具置时，然后将零部件的装配制定到该坐标处，从而以最快和最准确的方式完成装配图的制作，也达到了良好的结构设计效果。

2.2 制作产品的零件和装配图建模

在结构设计时，为了保证设计质量，需要充分发挥三维CAD技术的重要作用，在制作产品的零件和装配图建模阶段，通过正确的运用三维CAD技术，将该技术运用在制作产品的零件和装配图建模中，从而为提高产品结构设计整体效果具有现实意义。CAD技术将线框、表面和实体建模作为主要方式，然而，三维CAD技术与其相比有很大的差异性，该技术还兼具圆锥形、立方体和环状体等六大建模体系，将三维CAD技术应用在机械产品结构设计中，对不同类型的零件予以实体建模发挥了关键作用，尤其是在对零件进行分解过程中，采用了交、并和差等布尔运算，能够更好的对机械零件的三维造型实施实体建模[2]。当对产品的零件进行了实体建模之后，借助于CAD软件对相关资料予以合理的整理与分许，进而整合出最为科学的机械装配图形，不但提高了结构设计质量与效率，而且保证了产品的整体质量。

2.3 检查零部件设计情况

在将三维CAD软件运用在结构设计过程中，设计人员借助于动画播放或是建模的形式，可以快速、比较直观的演示机械产品零部件实际装配状况，也有利于利用资源查找器修改机械产品中的某部分零件，对产品模型予以重新构建，检查零部件的设计情况，继而有效的增强了机械零件间适配的性，也在一定程度上防止零件存在误差，从而最大程度的降低了机械产品在装配存在问题。其中设计人员利用三维CAD软件系统可以对整体装配予以合理的调整，所以能够呈现出不同形状结构的实体建模，一旦发现问题，进而立即对机械零件结构设计与装配加以调增，从而保证了结构设计的整体质量[3]。因此，在结构设计期间，通过加大三维CAD技术的利用力度，能够实现对零部件设计情况加以检验的效果，以自动化的方式对零部件予以检查，并且直观的观察设计状况，不但缩短了设计的周期，而且也最大程度的提升了产品质量。

3 结语

我国作为工业大国，工业的发展为社会经济增长发挥了关键作用。在机械、汽车和电子领域，为了优化产品结构，进而创造出高品质的产品，必须对结构进行合理的设计，那么，在结构设计期间，需要利用到计算机技术与电子技术等，实现对产品结构的优化。在行业发展过程中，企业需要对产品结构进行设计，进而制造出质量更高的产品，继而满足市场的需求，那么，在结构设计期间，应当采取合理的技术，为提高结构设计效率奠定良好基础。由于三维CAD技术具有很多的优势，所以需要将三维CAD技术合理的应用在结构设计中，从而为提高结构设计质量发挥主要作用。

参考文献：

[1]倪广树.结构设计中三维CAD技术的应用[J].中国机械，2014（06）：198-199.

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相比美日等发达国家来说，我国机械工程设计还停留在常规设计的层面，仍未完全摆脱原有的理论和技术体系，机械工程设计的创新思维方法还处在研究之中，需要不但探索。机械创造思维有自身特征，主要来说，有以下几点：第一，开放性，传统的思维方式是相对封闭的，它只局限于自己的狭小范围；而创新思维方式要求将认识对象作为开放对象来考究，多角度认识对象，畅通信息，焕发思维优势。第二，独创性，这指的是创新思维方法要突破常规思维惯例，以新模式新方法去思考对象，敢于向陈规陋习挑战，从新角度思考机械设计。第三，多向性，这指的是机械工程设计要善于从多角度思考问题，对同一问题尽可能探寻多种解决方法。第四，自由性，这指的是现代机械以现代智能为依托，人工智能部分替代人类机械劳动，给思维解放和独立创造了前提，科学思维在遵循真理发展的基础上可以自由思考和自由探索，调动人类的主观能动性，获得机械工程设计创新成果。

2创新思维在机械工程设计中的运用

2.1在机械产品运动方案设计中的运用

机械产品运动方案设计是机械工程设计的重要内容，创新思维在产品运动方案设计中运用指的是设计人员对客户提出的产品各方面需求而提出的初步构思，这是要解决机械工程可能出现的问题和明确机械工程的工作原理。无论是机械产品的原动机、传动结构还是机械的整个系统运转方法，必须满足用户的产品功能性需求。运动方案是否符合客户需求与产品的结构、工艺、成本、性能和使用维护等多方面存在直接关系，这也是影响机械产品质量和性能的关键环节。机械产品运动方案在机械工程设计中处于基础阶段，对于同一功能产品可以采用不同的工作原理和机构来完成。该阶段是机械工程设计的重中之重，设计人员必须充分运用创新思维不断构架和搜寻设计运动方案，首先产品的最优性能。

2.2在机械产品结构设计中应用

机械产品结构设计也是机械工程设计的重要内容，其包括产品的外形、各部分的配置及其总体结构。客户对机械产品的功能需求不同决定了产品结构设计的差异。机械产品结构设计的基本要求是保证产品结构形态多样化，运用创造性思维进行产品结构设计，能够更好地满足人们对产品功能要求的增加趋势。这样的现实需求要求设计人员在机械产品有限的空间内尽可能将产品功能集中于更少的产品。传统办公场所中打印机、复印机、扫描仪功能都是单一的，大量占用了办公室空间，这使得以佳能公司为代表的企业运用创新思维尽可能将打印、复印和扫描功能集于一体，这其中该公司设计部门采用了“离散及综合”创新思维方法，改善了办公条件，提高人们的工作效率。

2.3在机械产品外观造型设计中应用

机械产品外观造型设计中的创新思维主要体现在产品外形、色彩、面饰等外观方面，一般运用现代美学基本原理来构造机械产品的美感和适用性。机械产品外观造型设计采用创新思维将美学观点融入进去，利用现代材料和工艺充分体现产品的线条美、色彩美和造型完美，给人身心以美的享受。

2.4在机械产品动力能源设计中应用

随着机械工程设计的材料加工技术和能源获取技术不断被发现，机械工程设计人员在产品动力系统设计上的选择也不断增加，设计人员可以充分发挥自己的创造性思维、观念和方法，将各种新的洁能源作为机械产品的动力能源运用到机械产品设计中。现代的电动汽车与传统的燃油汽车相比，其本身就不会排放出污染大气的有害气体，同时也减少了硫和其他微粒污染物，降低对环境的污染。电动汽车可以在用电低峰期充电，提高电能的利用率和经济效益。

3结语

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婚姻状况： 未婚 民族： 汉族

户籍： 广东-中山 年龄： 31

现所在地： 广东-东莞 身高： 177cm

希望地区： 广东-东莞、 广东-深圳

希望岗位： 工业/工厂类-产品开发经理/主管

工业/工厂类-RD/研发工程师

工业/工厂类-RD/研发经理

机械(电)/仪表类-结构设计师

寻求职位： 产品设计主管、 产品设计

教育经历

2000-09 ～ 2003-07 广州工程技术职业学院 数控模具设计 大专

**公司 (2007-11 ～ 至今)

公司性质： 私营企业 行业类别： 贸易、商务、进出口

担任职位： 工程主管 岗位类别： 工程经理/主管

工作描述： 1.负责部门日常技术管理工作;

2.负责对小组人员的 产品外观设计 和 结构设计合理性 进行审核评估;

3.独立完成 新产品结构设计 和 旧产品结构优化改进;

4.负责物料确认，BOM制作，编制各种设计输出文件，装配图，零件图，文件修订与更改通知及执行;

5.负责新产品手板性能测试;

6.跟进新产品由开发设计到量产过程

7.负责制程中重大的工艺、工程、品质问题处理;

8.负责与相关工厂沟通解决生产中的问题.

9.对业务或客户，提品技术支持、问题解答;

离职原因： 没发展空间

**公司 (2003-07 ～ 2006-08)

公司性质： 外资企业 行业类别： 机械制造、机电设备、重工业

担任职位： 开发组长 岗位类别： RD/研发工程师

工作描述： 1. 组织新产品设计,开发阶段的技术评审及工艺路线的评估;

2. 对外与客户沟通协调,了解客人要求,根据客户要求分解任务给各项目负责人和相关部门;

3. 改善不合理的设计方案/及生产遗留下的历史问题;

4. 与相关部门统筹项目管理工作和任务分配;

5.从事项目的研发和专利突破工作,制定研发和生产工程的项目激励方案及推动实施.

公司主要生产园林工具类产品：树枝剪、高空剪、锯子等.

离职原因： 想换个环境

技能专长

专业职称： 产品设计

计算机水平： 高校非计算机专业二级

计算机详细技能： 可以熟练应用AUTO/CAD、solidword/PRO/E、PHOTOSHOP以及WORD、EXCEL等办公软件。

技能专长： 熟练应用AUTOCAD、SolidWorks、PRO/E等软件进行工艺设计.

对金属材料加工工艺有一定的了解(如冲压、NC、挤压、锻造、压铸、脱蜡、粉墨冶金)

对常用塑胶材料特性有一定的了解

对产品表面处理有一定的了解(如染色、涂装、电镀、电泳、阳极、喷油)

语言能力

普通话： 流利 粤语： 流利

英语水平：

求职意向

发展方向： 努力成为既具备扎实的专业知识又具有丰富实战经验的全面性产品开发人才.能够在公司高层的领导与支持下为公司创造实际的经济效益，同时在职业道路上不断成长与进步.

其他要求：

自身情况

自我评价： 1.8年新产品设计经验及团队管理经验,擅长五金、塑胶类产品结构设计.多年的研发设计产品工作经验;

2.熟悉ISO质量管理体系及欧美企业研发流程;

3.能独立分析并解决客户投诉以及产品制造过程中的品质问题;

4.能够独立完成新材料的导入以及新模具、新供应商的跟踪及确认;

5.擅长团队合作,具有良好的沟通协作能力，能及时有效地与同事或其它部门沟通协作。

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【关键词】汽车音响；按键；导电橡胶；设计

一、引言

随着社会的进步和科学技术的发展，汽车音响产品正在演变为人们生活的一部分，成为汽车关键的设备，汽车音响对于汽车整体品质以及用户体验都有着较为重要的影响，尤其是汽车音响的按键设计，将汽车音响的按键与面板完美结合在一起，并保证按键手感良好，让用户在使用过程中感觉非常舒适，因此汽车音响按键的合理分布和设计对提升市场竞争力具有一定的作用。汽车音响中的按键设计尤为重要，特别是导电橡胶键的设计，要保证其在使用过程中不会出现比如弹力过大，操作费力；弹力过小，出现塌陷，手感差，寿命短、功能失效等缺陷。

二、导电橡胶按键的结构设计

在汽车音响按键结构设计中，为了保证按键的平稳以及到达按键操作力的要求，一般通过两颗导电橡胶按键和塑胶按键组合，其中塑胶按键为硬塑胶制成，用于操作，导电橡胶键用于弹力和导电部件，如图1所示。对于汽车音响中导电橡胶按键的结构设计，我们首先需要了解其主要的结构设计要素，包括外形尺寸、行程、回弹壁、导电盘、排气槽、与塑胶按键的预压量、定位。

（一）导电橡胶按键的外形结构尺寸设计如图2所示。

1、B为橡胶斜壁下圆的宽度，一般比A大2.0mm至2.5mm。2、C为两个橡胶斜壁下圆之间的距离，最小值为1.0mm。3、D为定位孔到橡胶斜壁边缘的距离，最小为1.0mm或者更多。4、E为定位孔的直径，最小直径为2.0mm。5、R为键顶顶部边缘最小半径为0.2mm。6、H为导电胶按键连体片的厚度，一般取1.0mm或者1.2mm

（二）导电橡胶按键的行程设计

按键的行程为导电橡胶按键的碳粒表面到PCB的距离，按键的行程设计需要考虑其可靠性，手感以及速度，汽车音响中到导电橡胶按键的行程设计一般取1.00mm～1.30mm。如果行程设计过大，会导致按键手感不好，按键操作慢；如果行程设计过小，会降低按键的可靠性，手感不良，还会导致误操作等现象。

（三）导电橡胶按键的回弹壁设计

按键在按动和复位过程中要求有良好的手感，无阻、滞、涩的感觉，所以在设计按键回弹壁时，需要考虑按键的手感，按键的寿命以及回弹力大小等，按键的回弹力主要与按键回弹壁的角度、厚度和材料的硬度有关，回弹壁角度的设计一般为45?～60?，通常取50?；壁厚根据回弹力的要求，一般设计按键的壁厚为0.2mm～0.3mm，为保证按键的强度，壁厚不适宜小于0.2mm，同时壁厚也不适宜超过0.3mm，壁厚过大会导致按键力过大而影响手感；材料的硬度一般取50?～60?

（四）导电橡胶按键的导电盘设计

按键导电盘的设计，其结构一般有圆形、方形、椭圆形等，如图3所示。其导电面工艺通常为：（1）导电碳粒和硅橡胶成型在一起；（2）在硅橡胶面丝印导电油墨。圆形导电盘一般是导电碳粒和硅橡胶成型在一起，其优点为附着性好，电阻小；但是受到碳点尺寸及形式的限制，碳点尺寸规格一般有：?2、?2.5、?3、?3.5、?4、?4.5、?5、?6、?7、?8.0。在汽车音响导电橡胶按键中通常取?2.5或?3，碳粒厚度一般取0.5～0.6mm，厚度偏小会使电阻偏高。方形和椭圆形导电盘一般适用于丝印导电油墨，尺寸不受限制，但是其电阻值较大，同时导电油墨易脱落。因此在设计按键导电盘时一般优先考虑采用圆形盘，其直径需大于或等于2.0mm。

（五）排气槽的设计

导电橡胶按键与PCB板组装配合后，按键回弹部分的圆锥体就会和PCB板形成一个真空室，如果导电胶按键底部未开排气槽，那么按键空腔内的空气无法及时排出，引起按键无法回弹。因此按键底部需开排气槽，按键才能够运动自如，同时还能够改善成型特征，减小成型后产品的变形。排气槽设计一般为宽2.0mm，深为0.3mm。

（六）导电橡胶键与塑胶按键的预压量的设计

在设计导电橡胶按键时，必须考虑其与塑胶按键配合的预压量，即导电橡胶受压部位的高度必须大于塑胶按键与PCB板的距离，以使按键在常态时不至于晃动。预压量需合理设计，若预压量过大会导致行程偏小，按键手感不良；预压量（下转301页）（上接299页）过小，按键晃动，异响，手感不良。预压量的设计一般取0.2mm。

（七）导电橡胶按键的定位设计

导电胶按键的定位设计，一般常用的有两种方式：1、采用拉脚固定。将按键的拉脚拉入PCB板的定位孔中进行固定，拉脚与PCB板之间采用过盈配合，一般过盈量取单边0.15mm，拉脚过盈部分高度取2.0mm，如图4所示。2、采用柱子固定。将导电胶按键的定位孔装入塑胶面板的定位柱，用PCB板将导电橡胶按键压在塑胶面板上。导电橡胶按键上的定位孔直径?A大于或等于2.0mm，与塑胶面板定位柱子的配合采取间隙配合，一般取单边间隙0.15mm，PCB板相应位置冲孔与定位柱子也采用间隙配合，一般取单边间隙0.25mm或以上，如图5所示。

三、结束语

汽车音响导电橡胶按键作为输入和操作的关键部件，其结构设计对产品的整体质量有较大的影响，需要设计者充分了解其结构设计要素，认真分析，并结合具体产品的结构设计特点和要求，在科学设计方法指导下设计出合理的方案，才能设计出一个操作舒适可靠、低成本的导电橡胶按键，从而提高产品的整体质量，提高企业在市场中的竞争力。

参考文献

[1]王文英.橡胶加工工艺[M].化学工业出版社，2005.

[2]霍玉云.橡胶制品设计与制造[M].化学工业出版社，1998.

[3]林荣德.产品结构设计务实[M].国防工业出版社，2012.

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关键词：机械结构；设计；创新

引言

机械结构的整体设计的实现是基于完成了总体设计的前提下，只有把整体的设计完成了才能够实现接卸结构的调整。那么这样做的原因主要是要确定好原有的原理图方案，这样才能够得到一些较为细致的原理结构图，只有这样才能体现出原理图具体的作用和其功能；要进行机械结构的设计的主要原因是为了把原来的理论原理变化成为实际中的一些零件或者工具，那么在进行机械设计时就要把零件的参数标示出来等等，这样才能够最后在组装时得到想要的整体部件。本篇文章主要就针对于机械设计中变元法的运用进行了一些说明和简单的介绍。

一、机械结构设计创新设计的重要性

随着社会经济的不断发展，我们机械制造技术发展也极为迅速，而且，机械制造是我国重大生产行业之一，对推动我国经济发展有着极大的作用。但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构设计上却欠缺太多，很多机械制造都是模仿其他发达国家的机械设计工艺来进行生产的，虽然一些机械结构设计也发生了改变，而从本质上却依然没有太大的变动，缺乏自主创新设计，一直引用技术会造成我国的机械结构设计会随着发达国家的后面走，无法将其真正的超越，而且，很多机械企业认为创建机械研发中心较为奢侈，这样的思想很难为我国的经济发展、科技发展带来更大的推动作用。我国作为一个经济大国、机械制造大国，不能仅将目光停留在机械的生产制造中，更应将目光放在机械结构设计的创新上，同时，还要注重机械结构设计创新人才的培养，这才是机械结构设计创新发展的根本。

二、简要介绍机械结构设计的七种变元创新

（一）材料变元

现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。

（二）数量变元

机械产品数量变元，是指考虑到把机械产品整个零件或者零件的每一个轮廓、工作和加工的面、线均视为结构基本元素，通过改变调整这些基本元素的数量，来达到对机械产品结构改变的实现目的。比如：为达到力求简单的目标，我们尽量对铸件结构的形状，采用直线形轮廓的设计。又如：为防止螺钉松脱，我们将螺纹连接结构的螺钉、垫圈等设计成一体化，这样在减少零件数量下，实现了防松措施的目标实现。

（三）形状变元

根据形状变元可以看出这一变元法主要就是对于元器件的整体进行调整变形以后得到一些需要的元器件，这样就可以达到机械设计的目的要求以及想要的元器件的参数。来达到最好的优化效果。举个例子：充分利用弹簧的弹簧弹性来进行元器件的安装，那么在进行安装时弹簧有很多种类型，那么相应的通过弹簧安装的元器件也就会有很多种不同的形状，就好像有圆柱型，平面型等等。那么我们可以充分利用这些元器件的形状来进行设计和优化作用。那么弹簧要考虑它的物理特性不能不起作用也不能过于压紧，因为前者不能讲弹簧的特性发挥出来，而后者将会使弹簧在以后的使用中失去它的弹性作用。那么弹簧一定要保持稳定不能够轻易的松动，弹簧的特性我们可以充分的利用，因为弹簧不仅体积小而且便于和各个元器件相互进行结合。

（四）工艺的变元

加工工艺技术对机械结构设计的创新有着极大的作用，机械的任何结构在完成理想设计之前，都必须有着可靠的加工工艺作为支持，这样才能有效的提高机械结构创新的效果。变元法中所提到的工艺变元主要是根据工艺技术选择的不同，来实现对各个元器件产生相应的作用，从而实现对机械整个结构产生作用。工艺手段与结构尺寸、材料性能等变元有着很大的差异性，工艺手段选取和使用的合理性，直接影响到机械结构的质量和性能，因此，机械结构创新设计必须对工艺手段进行创新设计，利用新颖的工艺手段来确保机械结构设计的创新性。

（五）尺寸的变元

高质量的产品，不仅需要好的产品性能，而且还需要满足用户对产品外观、安装方式、外形尺寸等要求。 这就需要机械设计师，利用科学的方法对机械零件进行推算，找出对零件最佳的设计方案，并通过对零件外形的修正与优化，使零件在机械产品运转中达到最好的运转状态。 我们对液浮式陀螺罗经的内部零件进行优化设计，在满足强度的同时缩小了部分零件的尺寸，并采用模块的结构方式，使液浮式陀螺罗经内部零件得到更好协调，从而大大缩小了产品的外形尺寸，减轻产品的重量。

（六）位置变元

在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。

（七）联接变元

机械产品的联接变元创新，我们需要考虑应元素的两层含义：一层是需考虑到对元素连接方式的变化，比如说日常用的铆接、胶接、焊接、螺纹接等；二是需要考虑到对每一种连接方法不同联接结构的元素创新，从而获得多种结构类型方案。

（八）对机械结构变元创新设计的优化评测

对变元创新后的各类机械结构设计方案，往往我们要给一个综合评测，通常情况下，采用综合考虑到设计中的七个变元因素，对新的结构设计进行模糊评测。在评测过程中，我们要先在脑海中形成一套基本的设计方案，然后通过建立起一些数学模型，设计者对每一种结构方案进行综合分析，并凭借自己掌握的经验及知识能力进行综合评判。其中，要考虑到一些指标，具体细化为社会效益，工艺性及可操作性、维修性、安全性等方面，同时借助推理、模拟等逻辑方法，最终从多种备用的不同结构方案中，选取一个具有创造性的作为最后优化的创新设计方案。对已确定的结构方案，也可在采用上述评价变元因素基础上，在变元之间联动配合修改，达到更加优化的设计目的。

结语

机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的最佳组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找最佳结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展。

参考文献

[1]徐慧勇.浅析机械结构设计中的创新设计[J].黑龙江科技信息，2010，（30）.

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关键词：微矩形；电连接器；绞线插针；MDCF

中图分类号：TG113.22；TP21 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）12-00-03

0 引 言

电连接器是实现电器终端之间连接与分离功能的一种电子元器件，它在军事武器、航空航天等领域有着广泛的应用。近年来，随着武器系统及航天器电子设备小型化、轻量化的发展，要求电连接器的体积越来越小，接触件间距越来越密，且可靠性越来越高。

MDCF压接式微矩形电连接器是根据市场需求研制开发的。产品接触件间距为1.27 mm，排距为1.1 mm。技术性能指标符合GJB2446A-2011《外壳定位微矩形电连接器通用规范》。该系列产品是目前间距1.27 mm，排距为1.1 mm微矩形连接器中体积较小的一种。与现有MDM系列微矩形连接器相比，各项电性能指标均未降低，体积却只是其一半，是一种结构合理的小型化产品。

1 产品主要技术指标

MDCF系列压接式微矩形电连接器的主要技术指标见表1所列。

2 设计思路

MDCF压接式微矩形电连接器要求产品在目前间距为1.27 mm，排距为1.1 mm的型谱基础上将产品体积尽可能做到最小，并保留原1.27 mm间距系列产品法兰盘的设计，以更好的满足用户的安装需求。因此该产品设计的关键就是在不影响产品性能指标的前提下，优化产品结构，缩小产品体积。因此在设计过程中应以外壳为突破口，解决基座及其它零件的设计、工艺等问题。该连接器具有高可靠、体积小、电性能优越等特点。产品结构示意图如图1和图2所示。

3 结构设计

3.1 外壳设计

外壳的主要作用是支撑绝缘安装板和接触件以及保护插孔、插针免受机械损伤。本产品采用全金属外壳结构，在材料选择上，选用了密度小、抗腐蚀性强、易于加工的铝合金材料，加工后表面采用化学镀镍。对插面采用30°梯形防误差结构，在插针插孔接触件啮合之前，梯形的外壳先实现定位。外壳尺寸比常见的1.27 mm微矩形电连接器缩小不少，且宽度方向尺寸缩小到极致，即法兰尺寸与梯形对插面的宽度相同，这样既保证了用户的安装需求又缩小了产品体积。MDCF-51PL外壳如图3所示，MDCF-51S外壳如图4所示。

3.2 接触件设计

要实现小型化，就必须减小其接触件的尺寸。传统的电连接器弹性插孔尺寸不断减小，其可靠性也随之降低，无法保证接触可靠。因此根据微矩形产品的特点和成熟工艺，接触件选用绞线插针。

绞线插针最大的特点是它是一种反极性接触件，插针为弹性接触件，插孔为刚性插孔。绞线插针与插孔对插时，插针中部凸起且凸起部分外切圆直径大于插孔内径，在工作时因受力产生压缩变形和轴向旋转伸长，插针外圈的七根弹性铜线与插孔形成七线接触，在各个方向都有接触点，抗振动性更强。七根弹性铜线构成并联系统，大大提高了连接器的固有可靠性，由此可以看出，绞线插针具有尺寸小、抗振动、耐冲击、接触电阻小等特点，很适合应用于微矩形连接器。此外，麻花插针的生产和检验均能实现自动化，成本较低。绞线插针及其断面图如图5所示，插孔如图6所示。

3.3 绝缘安装板的设计

绝缘安装板不但要支撑和保护接触件，还要承受和传递插拔过程中产生的机械力，因此绝缘基座需要足够的机械强度，同时，在设计时还要考虑绝缘安装板与外壳的装配性。插头基座设计从下往上装，而插座基座为了缩小外壳体积，则从上往下装。绝缘安装板结构设计图如图7和图8所示。

在材料选择方面，常见的绝缘安装板材料主要有改性聚苯醚（MPPO）、聚苯硫醚（PPS）、玻纤增强PBT、玻纤增强尼龙等，其性能对比见表2所列。

随着军工行业的不断发展，安装环境对连接器绝缘安装板的要求也越来越高，从上表可以看出，聚苯硫醚（PPS）具有耐高温、耐环境、强度高等特点，且聚苯硫醚（PPS）具有优良的热稳定性，其机械强度随温度升高降低较小，MDC 这些特点正好能满足连接器对强度和耐高温等性能的要求，所以我们选择聚苯硫醚作为本项目产品的基座材料。

此外，根据产品的外壳、接触件尺寸以及孔位的排列，本次设计的基座孔壁厚度约为0.4 mm，我们通过计算来验证其是否满足连接器的电性能要求。

（1）绝缘电阻

绝缘电阻的计算公式为：

R=PT

公式中R为绝缘电阻（），P为体积电阻率（/mm），T为绝缘材料厚度（mm）。

聚苯硫醚的体积电阻率为2.8×1016 Ω/mm，相临接触件的最小绝缘间隔为0.35 mm，则绝缘电阻值为：

R=2.8×1016×0.4=1.12×1010 M

与表1中所列出的电性能指标相比较，绝缘安装板的设计完全满足绝缘电阻的要求。

（2）介质耐压

介质耐压的计算公式为：

V=KT

公式中V为绝缘介质耐压（V），K为抗电强度（V/mm），T为绝缘材料厚度（mm）。

聚苯硫醚的抗电强度为6 800 V/mm，相临接触件的最小绝缘间隔为0.4 mm，则耐电压值为：

V=6 800×0.4=2 720 V

与表1中所列的电性能指标相比较，绝缘安装板的设计完全满足绝缘电阻的要求。

4 主要试验及其论证

初样加工出来后，按Q/MB814-2013《MDCF系列微矩形电连接器详细规范》做了结构试验，整个试验过程按照试验大纲要求进行，在结构试验过程中均未发现指标异常，通过试验证实了产品的性能达到了GJB2446A-2011《外壳定位微矩形电连接器通用规范》的要求，并为以后批量投产的可能性和合理性提供了依据。

5 产品特点及应用

MDCF压接式微矩形电连接器结构设计新颖、合理，具有通用性强、体积小、重量轻、分离力小、高可靠、安装方便等优点，是微矩形产品向小型化方向发展的产品，此产品能充分发挥微矩形电连接器的优势，在航空航天、武器系统、电子装备等方面都具有很好的应用推广价值。经鉴定试验，其各项性能指标均达到标准要求，产品处于国内领先地位。MDC-51PL（插头）连接器如图9所示，MDC-51S（插座）连接器如图10所示。

6 结 语

本文通过介绍MDCF系列微矩形电连接器的结构设计，阐述了MDCF系列微矩形电连接器的结构特点。该系列产品体积只有常见1.27 mm系列微矩形连接器的一半，而电性能并未下降，完全满足连接器小型化、高可靠性的要求，具有很好的市场价值。

参考文献

[1]张磊，陈雁.航天用微矩形电连接器的一种新选择[J].机电元件，2012，32（5）：50-53.

[2]周建新，罗杰.国产微矩形电连接器发展研究[J].机电元件，2013（4）：54-60.

[3]黄锐.塑料工程手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[4]佘玉芳.机电元件技术手册[M].北京：电子工业出版社，1992.

[5]曲喜新.电子元件材料手册[M].北京：电子工业出版社，1989.

[6]左刚强，杨阳.MDC-51PNP，MDC-51SL5型微矩形电连接器的研制[J].物联网技术，2016，6（10）：52-53.

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关键词：机械结构；变元法；创新设计

1.结构创新设计变元法

目前机械结构设计中使用最多的就是变元法，这种方法既科学又便利，在设计的过程中，可以通过变元法将可变的元素梳理的更加逻辑化，大大提高了机械创新的步伐。机械设计中最主要的环节就是结构设计，结构设计就是将一些机械式的原理通过图案的方式画在图纸上面的过程。变元法的适用范围非常广泛，在使用变元法设计设计创新产品时，必须先对设计的产品进行分析，然后选出最优的变元法方案进行设计创新。

1.1.位置变元

位置变元就是将产品内部的每个基础元件的位置改变，重新布置，从而得到各种新的结构方案，它考虑到各个产品的基本元素相互之间的一些位置变换。例如：在有限的空间箱子里面装配好若干构件零件，如果各个零件的摆放位置不同，就会导致装配操作后的操作性能的不同。

1.2.材料变元

材料变元主要就是考虑机械设计创新中材料的选择和一些材料的更替。在机械创新设计的过程中，不同的材料会对应着不同的零件尺寸、结构类型和加工工艺，如果零件采用不同的材料，那么该零件设计出来的产品的尺寸大小或者结构也会随之发生变化，它的加工时间和加工工艺也会随之发生改变，这种变化直接影响着整个产品结构的改变。例如：在使用钢材料的结构设计时，通常在设计的时候故意加大钢的横截面积，这样就起到了刚度和强度的双增加。因此，如果通过材料变元，可以创新设计出许多类型的方案来。

1.3.尺寸变元

尺寸变元中的尺寸主要是指距离、角度和长度等，它考虑了变元元件中元素之间的距离、长短度和角度等方面的问题，通过改变机械零件和其构件的尺寸大小，使机械的整体结构发生变化。就因为尺寸变元的主要内容是长度、角度和距离等的变元，这样便是机械的整体结构发生了变化，不同的尺寸对应着一个创新设计，从而起到了改变整体机械构件的效果。例如，在一些弯曲工艺里面会使用到尺寸变元，因为每个材料的弯曲弹性变形不一样，所以对元件的弯曲程度不同，角度的要求也不相同，需要在弯曲构件成形之后，然后再对所弯曲的构件进行加工和修复，如果在弯曲构件之前直接确定一个角度，并且构件允许小范围的变形，那么弯曲后就不用再加工修复了。

1.4.数量变元

在机械产品中有很多的元素，像轮廓面、加工面、轮廓线和工作面等都属于机械元素，产品的结构中包括着工作面和加工面两类基本元素，数量变元就是从机械产品的每一个面和线等这些元素来考虑，通过改变机械产品中的这些元素的数量来改变产品的结构，从而可以得到更多的机械结构。例如在一些结构比较简单、形状比较单一的情况下，就可以采用不同轮廓的线来改变机械的结构，但如果是螺钉这类比较复杂的结构时，因为要防止螺丝的脱落，所以螺丝的边缘尽量要深陷一下，同时也可以加一个螺丝帽使之更固定。

1.5.联接变元

联接变元就是一种连接方式，它考虑了每个元素之间的联接方式，补一个方式不同，主要有铆接、焊接、胶结等，而不同的机械产品有不同的联接方式，可以通过改变联接方式来改变机械产品结构方案。例如一些需要经常拆卸的元件，就需要在设计的时候考虑到零件的结构连接是否可靠、拆卸是否方便等这些问题。在生活中也有很多利用联接变元的产品，像手机产品的盖子的拆装结构就很方便，利于使用者的方便操作。

1.6.形状变元

形状变元主要是通过改变机械结构零件的表面形和轮廓形状来改变元件的规格和类型，从而得到各种各样的创新方案。例如弹簧可以做成不同种类的，有板簧、压簧等产品。

1.7.工艺变元

结构设计与工艺设计是紧密相关的，工艺变元需要考虑零件本身的工艺的变化，工艺的不同也会对结构设计造成巨大的影响，如果每个机械零件在制造的过程中选择了不同的工艺，那么制造出来的产品的功能、质量等都会不同，这些直接改变着产品整体的结构和性能。因此，在机械创新时，必须首先做到设计好图纸，只有拥有了一份优秀的图纸，才能创造出一台更加优质的机械设备。

2.机械结构创新的必要性

在机械方面我们国家虽然是制造大国，但却不是创造大国，我们国家的很多机械工艺都停留在模仿发达国家的机械工艺上。中国的制造业在国民生产总值中占到了40%，正是因为这样，在机械创新上也更加有必要进步，我们不能一直都是引进国外的技术，引进技术我们是不能进步的，我国的很多企业，机械制造不搞自主创新，甚至一些知名的机械企业连研发中心都没有。我们对于机械，对于机械结构的设计太过于死板，很多情况都是在前人基础上修修改改，没有实质上的改变。机械行业对于机械结构和系统的创新，像监控设备，测量仪器等一些方面更是需要哪些可以从机械系统内部结构的某些规律上总结，创新的人才。

3.机械结构创新的评价与优化

在对每种结构方案进行综合分析进行优化的时候需要采用模糊综合评判的方法，我们需要从结构方案的社会效益、可操作性、经济指标、安全性能等方面来确定评价。我们在这样的基础上，也可以根据需要在结构中的重要部分例如关键性的零部件上面进行数学模型的建立。之所以建立数学模型，是因为数学模型能够很清晰地反应出结构特征，这样我们便可以认识到需要优化或者改善的地方，最后便可以达到标准。数学模型虽然比较麻烦与复杂，但是他在描述数量变元和材料变元上面有着其他的方式所无法超越的优势。结构方案是应该与最终的实际的应用效果的好坏来进行评价的，在机械结构中，转盘的结构是一个比较常见的结构，我们在对齿轮传动和滚动轴承进行流体与的分析，还要对这些零件进行装配的密封性能的分析，这样才能完善最后的转盘结构。机械设备中重中之重便是机械结构的设计，他关系着机械的功能，机械是否能够运行，是否能够达到目的。虽然这些年来科学技术的不断加强，各种机械设备的设计也在不断进行着改变和创新，但是我们更需要的是将设计和创新与实践结合在一起，只有将智慧投入到实际的机械结构设计中，才能提高我们的结构设计能力。

图（一）是我国早期出现的转盘结构图纸，图（二）是我国机械设计中运用最为广泛的转盘结构类型，图（三）是我国目前国内最轻便类型的转盘结构。如果通过变元法里的位置变元就可以得到图（一）方案；如果再在图（一）的基础上进行形状变元就得到了图（二）方案；如果将图（一）方案进行数量变元、尺寸变元和位置变元就可以得到图（三）方案了，比较上面三种方案，图（二）方案之所以应用最为广泛，其主要原因在于它在技术、经济等方面的综合评价比较高。总的来说，这三种方案其实都是通过不同的变元得到不同的结构，通过变元法，我们可以设计出更多的机械结构方案出来。

4.总结

机械创新结构设计本身具有非常重要的意义，如果想要完美实现机械结构的创新设计，设计者必须具有非常高的智慧、技术知识、专业知识，在分析问题上，设计者的头脑必须高度敏锐，思维创新能力好。变元法在机械结构设计中起到了关键的作用，同时也为设计者在创新时带来了便捷。目前工程设计者需要在选择各个构件零件的时候选择最优的组合，这样可以使机械系统设计方法得到灵活运用。

参考文献：

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关键词：变压器；突发短路

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

变压器短路承受能力试验，俗称“突发短路试验”，是专门用于检验变压器承受短路事故能力的特殊试验，是对变压器制造的综合技术能力和工艺水平的考核，利用试验中强短路电流产生的电动力检验变压器和各种导电部件的机械强度，其目的是为了考核变压器的动稳定性。因此，突发短路试验是保证变压器抗短路能力的一项十分重要的特殊试验，近几年来各变压器生产厂家纷纷采取各种措施，提高产品的抗短路能力，并将此作为产品宣传的一个重要方面。

通过对变压器进行短路试验，分析有关的数据参数，为完善变压器的产品结构以及提升抗短路能力奠定坚实的基础。变压器动稳定性能差，经受不住各种短路，究其原因大致有以下几点：

1） 变压器结构设计存在缺陷。在变压器结构设计中，对作用在变压器线圈上的电动力，仅按静力学计算是不能正确反映变压器突发短路电流冲击时所承受的各种应力的，只有对动态过程进行分析，才能使电动力的计算结果正确反映线圈的实际受力状态，确保设计裕度。从目前比较常见的变压器型号来分析，低损耗变压器仍然是主流产品。但是如何实现变压器的低损耗，各个生产商却没有形成一个共识。另外，在大容量变压器的低压引线设计环节中，如果引线支点考虑不充分导致低压引线形成悬臂梁，此时一旦遇到短路电流的冲击，就会引发相间短路故障。

2） 选择导线不恰当，存在重视热性能而忽视机械应力的现象。导线本身的许用应力低，裕度小甚至无裕度，自身骨架不硬只得靠上下左右的支撑，选用线圈导线时，尤其是换位导线时，应适当控制其宽厚比且宜采用自粘性导线和硬度较高的导线，以提高线圈自身强度。

3） 线圈轴向压紧力不够。发生这种问题的原因有二，一是设计计算不正确；二是一些变压器厂没有根据国内材料和工艺现状，而是盲目采用同一绝缘压板结构。正是因为这些制造工艺问题，不仅使变压器线圈最终未能达到设计和工艺要求，不能使其始终保持紧固状态,而且在短路轴向力的作用下，线圈易出现松动或变形，甚至失稳。压板的材质和形状也是影响线圈轴向强度的重要因素。钢压板的刚度较大，压板的支撑力到线圈端部的压力传递比较简单。但如果采用层压木(纸)板,情况就要复杂得多，应特别注意压板本身的机械强度和刚度。

4）材料质量不过关。变压器的绝缘压板、层压木板加工质量以及机械强度不符合标准要求，也会造成短路故障频发的现象。

5）结构方面存在严重问题。变压器在结构方面存在严重问题也会引发短路故障，由于变压器从制造出厂到投入使用要经过一系列的运输、吊装以及拆卸，因此不可避免地会受到一些撞击。此时变压器如果内部构造不牢固，就会因撞击造成绕组位移以及绝缘损伤等结构问题，这些都会给日后的投入运行埋下巨大的安全隐患

由以上分析可以看出，变压器的抗短路能力主要取决于结构设计和制造工艺，为增强变压器抗短路能力，我们建议采取以下几点措施：

1）改良变压器的机械力计算与产品结构设计。变压器的物理结构决定着它的使用性能，因此需要通过对变压器机械力的计算以及产品结构的设计进行优化改良，使其内部线的机械力分配更加符合实际要求，提升其抗短路能力。

2） 采用单独调压线圈的结构，有利于安匝平衡，提高抗短路能力。

3） 线圈垫块采用HPB材质纸板制造，预密化处理，根据压密情况加减垫块，保证线圈轴向高度符合设计要求。

4） 所有线圈采用内外撑条的结构并用热缩带绑扎加固。

5） 只要不是最外一个线圈的其他线圈均称为内线圈（最外一个线圈是调压线圈的除外），凡内线圈及调压线圈均尽可能绕在厚度为5 mm的硬纸筒上，以加强线圈的内部支撑。

6） 所有线圈采用半硬铜导线绕制。

7） 螺旋式线圈的端部及所有线圈的出头均采用收缩带绑扎牢固。

8）所有线圈端圈为实心纸圈，有利于力的传递，增强线圈端部稳定度。

9）线圈采用恒压干燥。

10）器身出炉后用油压机压紧线圈，上紧压钉。

11）套装完后整体压紧线圈。

12）相间位置线圈与铁轭间的空隙用斜板打入填实，保证三相线圈相间位置充分压紧，防止短路时变形。

13）加强变压器铁心夹件结构的机械强度。

14）尽量减小变压器分接数是加强动稳定能力的一个措施。运行经验证明绝大多数变压器线圈损坏都发生在调压线圈上。特别是主线圈和调压线圈在同一心柱上时更容易损坏。

15）在铁心的梯角处尤其是小级侧适当放置撑条，提高铁心圆整度，以更好地支撑线圈。

以上措施，从设计及工艺上大大加强了线圈稳定性，从而提高了变压器的短路冲击能力。

参考文献

[1] IEC60076-5：2000.电力变压器第5部分:承受短路的能力[S]

[2]《电力变压器抗短路能力分析及措施》——杨积久贵州电力试验研究院

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合肥美菱股份有限公司 安徽 合肥 230601

摘 要：CAE又称为计算机辅助工程，也就是通过虚拟分析的方法来模拟结构的性能，从而对结构设计进行优化，能够解决实际的工程问题，指导产品的研发。本文对基于CAE的冰箱产品结构与外包装方案进行了分析和优化，从而有效地提高外包装对冰箱产品的防护能力，降低产品成本。

关键词 ：CAE；冰箱产品结构；外包装方案

使用CAE软件能够将产品包装设计和结构设计中的不足查找出来，从而有效的对其进行优化。在冰箱的总成本中，包装占了很大的比例，但是却没有起到应有的效果。电冰箱的包装质量直接影响到产品的开箱合格率和损坏率，如果能够对冰箱的包装质量进行改善，则能够有效地降低产品的维修成本和运输损坏率。

1 基于CAE的冰箱左右侧垫包装结构优化

冲击和戳穿是冰箱左右侧的主要破坏形式，可以使用横木撞击实验在实验室对其进行测试。冰箱的外包装材料为EPS泡沫和纸箱，冰箱的结构件材料为PU发泡层、ABS、冷轧钢板。纸板的耐破强度为1.765MPa，法向E为100MPa；垂直瓦楞的方向E为25MPa，沿瓦楞方向E为10MPa，因此最终E为1.3MPa。冰箱包装件的包装板的瓦楞方向和包装间的结构方向改变之后，能够对外来的冲击能力进行抵抗[1]。根据CAE技术，应该在能够抵抗外来冲击的基础上尽量节约材料的用量。

①戳穿CAE分析。共有4种方案分析冰箱侧垫结构的纸板箱结构：纵向和横向的瓦楞板配合长圆孔和圆孔。对结构尺寸参数进行改变，使用CAE软件来分析和评价戳穿，从而对结构进行优化。中部开孔部位是测电最薄弱的区域，分别承受的顶荷载为20×60、20×40、20×20，区域均布荷载为250N。②横木撞击CAE分析。冰箱在遭受横木撞击之后不得出现机械变形和损伤，使用100×100的横木在相距1米处对冰箱进行撞击。横向直板和纵向直板都能够通过撞击实验，根据分析结果，只要合理的搭配内泡沫垫和包装纸板箱，就能够承受横木撞击，提高产品的抵抗能力，并且节省材料用量。

2 基于CAE的冰箱前后垫结构优化

改变纸箱瓦楞的纵向方向，将其改为横向方向。原有的前后垫宽度为400mm，现改进为200mm，原有的厚度为10mm，现在加到18mm，减少了5.7%的材料用量。经过CAE分析，改进冰箱前后垫方案之后，其能够与泡沫进行更好的配合，有效地提高了其抵抗外来冲击的能力，顺利通过了横木撞击试验。以此为基础分析和改进了抵抗戳穿的能力，改进之后能够对门体进行更好的保护[2]。

3 基于CAE的冰箱侧板变形加强板结构优化

分析和对比侧板可以发现，由于生产制造和结构设计中的不足，侧板在运输和发泡的过程中容易出现变形。

①侧板发泡过程中的受力。以已知条件为根据，对各边界条件进行定义。固定侧板底部侧板上端会产生位移，这是由发泡磨具的精度误差造成的，位移约为0.5-1mm。将发泡塑料产生的压力施加在侧板大平面上，最后产生了0.1mm的最大变形量。这充分说明侧板变形会受到发泡模具精度的影响。②分析后底板海绵的影响作用。海绵可以避免冰箱发泡后底板露出泡料，因此，侧板的变形会受到海绵用量的影响。例如单层海绵的情况下，其最大变形量能够达到0.1275mm，逐渐增加海绵的层数之后，变形量也会随之增大，最后达到0.2mm。因此海绵的厚度作用和后底板装配尺寸链都会影响侧板变形。③分析加强铁不到位装配的影响。在实际装配中，加强铁如果存在装配不到位的现象，也会对侧板变形造成影响。例如假设侧板下翻边的间隙为2mm，固定侧板和发泡层的接触部位，箱体自重荷载由侧板底部承受。通过计算发现，侧板压缩机舱部位会产生0.616mm的变形量。这充分说明侧板变形会受到加强铁装配不到位的影响[3]。④分析加强铁的结构。通过CAE软件，对不同结构的加强铁和加强板的组合进行棱跌落、角跌落、平跌落分析，能够将合理的加墙体结构确定下来。通过比较发现，加强铁如果不能进行可靠的固定，就会造成跌落中的串动，从而引起侧板变形。通过计算发现加强铁的最大变形量是1.225mm，因此要抵抗冰箱角跌落的冲击，就应该在冰箱的后底板上支撑可靠的加强铁。

要避免冰箱的前角变形的情况，就应该将加强铁前端的缺口取消，并且对加强铁进行可靠的装配，使其能够抵抗脚跌落的冲击，保障结构的可靠性。

4 基于CAE的冰箱底部跌落优化

①分析冰箱的底部结构。在冰箱跌落的过程中，底垫会与压缩机托板滚轮内侧进行接触，从而产生一定的反力，造成托板的变形。因此，应该设置至少15mm的底垫平面避空。冰箱的前墩角在跌落的过程中会产生大约10mm的底垫压缩量，并与泡沫产生接触，从而造成前端脚承受的反作用力较大。②分析冰箱的组合底垫结构。组合底垫不仅要能够抵抗冰箱冲击跌落的能力，而且还要尽量降低底垫成本。根据CAE软件的分析，可以适当的增加底垫泡沫和支撑柱零件组合，支撑柱能够产生24MPa的应力，从而有效的抵抗冰箱的冲击跌落。

5 基于CAE的冰箱顶部承载优化

使用CAE软件对冰箱顶部进行分析，主要是为了找出顶部结构设计的问题。CAE软件能够对冰箱的装卸、搬运和运输过程进行模拟，顶部的抗拉强度最小值为18MPa，在运输和装卸过程中顶盖会产生10.95MPa，而在低温下材料的抗冲击强度仅为2MPa。因此，如果要在冬天对冰箱进行运输和装卸，顶部边缘很容易出现破损，应该适当的增加泡沫垫。

6 结语

CAE软件在家用电器的开发设计中用的比较普遍，能够为家电企业提供有效的技术优化方案，通过对冰箱产品结构与外包装方案的优化，将包装纸箱的瓦楞方向改为横向，减少了冰箱外包装前后垫10%的泡沫材料用量，不仅能够有效地拓宽原材料的供应渠道、降低对冰箱生产设备的要求，还能够减少冰箱结构件的金属材料用量。

参考文献：

[1]韩艳艳,于智宏.基于Moldflow的台面框注塑模冷却系统分析[J].河南机电高等专科学校学报，2011(05).