整机结构设计工艺规范.doc

. 整机工艺规范.简介 变频器作为一个电力电子产品，它集计算机软件控制，电力电子、结构设计等多方面的知识于一体。结构设计作为实现其预定功能的载体，其设计优良与否，不但决定其能否稳定可靠的工作，而且直接决定其在市场上是否有良好的竞争力。 对于变频器整机设计，通常按以下几个步骤进行。设计需求器件选型整机设计零件设计及图纸绘制加工生产。 一、设计需求 设计之先应先通过市场调研搜集相关设计需求。通过市场意见反馈，结合早期产品的缺陷，对整机设计提出设计目标。 1.设计规格 变频器整机通常以电压等级、功率范围来划分每款整机。明确设计电压等级，设计功率。 2.外观设计 a.外形尺寸要求 因成本降低，节省安装空间，超越竞争对手等市场需求，对整机外形尺寸要求越来越小。通过调研应明确设计的目标尺寸。 b.安装形式 通常安装形式有两种，一种是壁挂式安装，一种是柜式安装。 c.外观要求 外观设计应新颖、独特、美观，可通过专业的美工设计对外观进行造型设计。 3.材料选用 通用变频器的整机结构设计通常选用两种材料（见“附一常用材料列表”）：塑胶和钣金。塑胶材料通常用在15kW（也有设计30kW)及以下功率，钣金常用在18kW及以上功率。 4.进出线方式 目前通用变频器常见的进出线方式有两种： a.下进下出 较为传统的进线方式， 特点是输入输出线均在变频器下端，用户接线方便，对于大功率而言，输入线在内部占据一定空间，且影响整机布局。 b.上进下出 目前设计应用较多，特点是输入线在变频器上端，输出线在下端。用户接线稍有不便，但整机布局较合理，能节省一定空间。 二、器件选型 在明确设计要求后，由硬件工程师对该款机型用到的所有电气元件进行选型，确定该器件的品牌、厂家、价格、采用渠道等。 结构工程师收集已确定的元器件的资料。 三、整机设计 在相关资料准备好后即可开始整机设计，整机设计分两条线：一是PCB板设计，二是结构设计。两条线同时开展工作。 1.建立模型 对于已确定的采购件，标准件等，先建立其3D或2D模型。建模遵循以下原则： a.对于公司标准库已有的模型，应直接调用； b.对于公司标准库没有的模型，建立其准确的3D或2D模型。建模完成后应经相关工程师确认，且对该模型给予新的编码并存入标准库。 2.装配图设计 装配图设计应综合考虑各设计需求，经相关计算后分部件设计。 a.装配图设计考虑事项： 各部件设计应能满足其使用功能； 整体布局应首先保证功率器件、电容等散热满足整机散热性能要求； 整机各零部件间走线：强弱电尽可能分开走线，各零部件排布应尽可能使走线最短，考虑导线在机壳表面行走时固定。 结构件设计：装配、拆卸应方便（考虑公司目前使用工具），易损件（主要是电气元件）的便于更换性，考虑各零件的加工工艺性等。 b.底板设计 中小功率机型多是壁挂式安装，该功能主要靠底板完成。故底板设计时主要考虑两个因素：一是安装孔设计，二是强度设计。下表是传统设计安装孔大小及底板板厚。功率（kW)1.53.75.515184555132160280安装孔直径57101214底板厚度（mm)1.52222 c.柜式安装形式 柜式安装如需同壁挂式兼容，可设计专门的底座，底座可拆卸，加装即为柜式，拆掉即为壁挂式。如式直接柜式，可设计为落地式，轻型柜还可加工安装支撑地脚，重型可设计落地安装式底座。 d.散热设计 散热设计是整个结构设计的重点，也是关乎整机性能的关键。散热形式分为三种：自冷、风冷、水冷。 自冷 根据散热器及整机功率，自冷又分为两种形式。 小功率自冷 常见于0.75kW以下，散热器设计为铝型材或压铸铝。 大功率自冷 可不受功率限制，散热器设计为热管形式。这种方式多用在特殊场合，像防爆变频器设计等，成本高。 风冷 通用变频器设计当中最为常见。设计简单，成本低。要求设计要有独立的风道。风机选型按功率配置。以下以1.5280kW某系列为例列出各功率风机配置型号。功率1.53.75.57.5111518303745风机型号D06K-24TUD06K-24TUD08K-24PUA2V12C38TBLA2V15C51TBT-1C风量(m3/min)0.631.262.3846功率557593132160200220280风机型号A2V15C51TBT-1CA2V15C51TBT-1CA2V15C51TBT-1CA2V15C51TBT-1C风量(m3/min)12182436 对于风冷散热，一般要设计独立的散热风道。所谓独立风道是指风所经过的通道与整机其他部件相隔离。风机如安放在进风端就是平时说的吹风方式，如放在出风口就是抽风方式。两种方式对散热效果影响不大，可按实际情况灵活选用。 水冷 超大功率或特殊场合用，设计相对复杂，设计及维护成本高。 对于散热设计是否合理可以通过两种方式进行验证：一是软件仿真，二是通过样机测试。对于样机成本较低者，可以通过制作样机的方式进行验证，以提高准确度及效率。对于样机成本较高者，可通过软件仿真,仿真后在对设计进行优化。 e.端子设计 对于端子设计主要遵循以下两个原则： 如有成型的标准品端子，应优先直接选取，以降低成本； 无适合的标准品端子，可自行设计，设计材料见附表。 f.防护等级设计 通用变频器防护等级一般设计为IP20。 四、零件设计及图纸绘制 整机装配图设计完成之后即可开始零件设计。因装配图设计时仅是功能性、概念性设计，对零件而言只是提出了功能需求及限制，具体零件设计时在满足上述要求的同时着重应考虑加工工艺、成本等因素。 1.零件设计 a.从装配图中拆分零件，设计零件外形； b.考虑零件的加工工艺，优先考虑现有的工、夹、治具； C.尽可能降低成本，从工艺、材料两个方面使零件的成本降到最低。 2.图纸绘制 a.图纸绘制应按照“结构工程师工作规范”进行标准绘图； b.对设计中出现的一些不合工艺要求的尺寸进行调整，圆整。 3.装配验证 在零件设计时因工艺、成本等要求，使的零件的外形、安装等已与最初装配图中零件不符。因此在零件图设计完成后必须进行装配验证。装配验证时，对不能满足装配要求的零件再进行调整，使其满足装配要求。调整后再进行装配，此过程可反复进行，最后一次装配时没有任何调整，才可进行下一步工作。 五、加工生产 加工生产对整机设计而言，是一个再验证的过程。因设计考虑不周，设计失误等在所难免，通过实际加工，对设计、工艺进行全面验证，对从在问题进行登记整理，对设计更改升级，再投入生产。整机设计至此全面结束。 附一常用材料表名称用途特点备注A3冷轧钢板 变频器机壳设计主要材料，主要用于18kW及以上功率。 量大，成本低，易于加工，可加工成所需要的各种形状。表面可做喷塑或电镀处理，但喷塑后使得钣金各零件间导电性不连续，不利于变频器机壳接地。 喷塑颜色可选择需要的各种颜色。电解板 变频器机壳设计主要材料，主要用于18kW及以上功率。 量大，成本比冷轧板高，加工特性同冷轧板。表面无需喷塑或电镀，机壳各零件间导电性好，利于机壳接地。 外观面可喷塑以适应外观颜色要求。镀锌板 变频器机壳设计辅助材料 成本接近电解板，颜色同电解板不同，可用于屏蔽设计等，用于替换电解板。ABS 变频器机壳设计主要材料，主要用于15kW及以下功率。 塑胶零件采用模具设计，便于外观造型。整机零件个数较少，但单个零件复杂程度较高。该材料用量广泛，成本低。ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性。它不透明，一般呈浅象牙色，能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品。 变频器设计通常使用阻燃级材料，阻燃等级为V0级。ABS塑料的主体是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物，是一种坚韧而有刚性的热塑性塑料PC/ABS 变频器机壳设计主要材料，主要用于15kW及以下功率。 与单纯的ABS比较，PC/ABS具有两者的共同特性。如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性。二者的比率将影响PC/ABS材料的热稳定性。PC/ABS这种混合材料还显示了优异的流动特性。 变频器设计通常使用阻燃级材料，阻燃等级为V0级。PC 聚碳酸酯紫铜板变频器主回路用主要导电材料。 有优良的导电性能，加工性能。表面常作电镀处理，镀镍、镀锡等，也有做本色氧化处理。铝 散热器设计主要用材料 有良好的散热性能，性价比高。易于加工，适合于模具及机械加工等多种方法加工。 散热器表面粗糙度、平面度要达到一定要求，以适应模块安装需求。杜邦NOMEX410 主回路母线铜排绝缘用主要材料。 有优异的耐压性能（1840KV/mm），强度高，韧性好，抗撕裂性及磨蚀性良好，200以下电气性能及机械性能所受的影响极小，耐低温性好，阻燃。灰色PVC 端子材料、铜排支撑固定，绝缘用材料。 成本低廉，易于加工。可加工成所需要的各种形状。硬度好，韧性较差。颜色灰色，外观不美观。尼龙66 端子材料、铜排支撑固定，绝缘用材料。 有良好的强度和刚度,易于加工，韧性