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还记得30年前的《国家地理》吗？我花了几个小时仔细研究极端生活的图片：冰川洞穴探险、亚马逊昆虫、撒哈拉沙尘暴和水下珊瑚。但现在，对我年轻的侄子这一代来说，图片太过静态，主要是因为一个创新：GoPro。
这是一款防坠防水相机，每个人和他们乖戾的叔叔都拥有并使用它来捕捉假期中最平凡的一面，半职业选手们用它来捕捉水下视频和疯狂的冒险——GoPro外壳设计的坚固性和海豹的万无一失给我留下了深刻的印象。
无论您是否正在生产下一款突破性的电子产品，防水外壳在从油田到iPhone手机壳的所有行业中都得到了应用，我们将探索必要的设计方面，以确保您永远不会再次破坏公司价值4000美元的原型。
一个问题是“防水”一词是主观的。当然，当你设计一个智能手机外壳以防止雨水毁坏一部749美元的手机时，你的要求与你设计一个监控深海钻井设备的电子外壳时略有不同。但如何“防水”就足够了？
我们不是第一个问这个问题的人。多年来，防水外壳一直是一种必需品，我们可以探索许多伟大的、经验证的设计元素，因此您的设计从第一个原型就开始了。可以说，我们开始吧。
国际保护（IP）标记系统
也被称为“入口保护”标记系统，这种评估电子设备外壳的系统通过提供必须在不同级别通过的实际测试，赋予了“防水”一词真正的意义。该系统在IP后面有两个不相关的数字：第一个数字表示防尘等级，第二个数字表示外壳防水程度。
如果您只想表示防水等级，可以使用“x”代替第一个数字，仅表示第二个数字（例如：IPx7表示我们知道它有多防水，但不知道也可能不真正关心灰尘）。外壳和外壳上最常见的标记是IP67和IP68，但它们都值得探索。
IP6x意味着它是防尘，没有灰尘颗粒可以进入。虽然这可能是重要的，但大多数工业和消费者使用都会更关注防水等级。防尘肯定不是带防水设计的，但一旦密封防止喷洒水，大多数人都会假设他们防止灰尘。
对于大多数应用，认为“防水”的最低等级为IPx4。这说明了许多老式手表，这意味着内部零件在溅水后仍能继续工作，但更多的水将是一个问题。
如果您从任何角度向外壳喷水，IPx5是一个不错的升级，内部部件会继续工作，但在这个水平上，喷水量很轻（略高于4 psi，流量相对较低）。不过，对于“防雨”外壳来说，这是一个很好的水平，很多手机外壳都是从工厂生产出来的，这是一个基本的充足水平。
在IPx6，测试变得有趣；你必须在15磅/平方英寸的压力下用每分钟100升的喷射器喷射你的外壳几分钟。大多数消费类电子产品无法处理这一问题，如果可以的话，设计师们正在吹嘘他们的“IP级”产品。
下一关需要浸泡:让外壳在一米深的水中浸泡30分钟。这是一个让人揪心的测试。如果这个测试出了问题，就完蛋了真的错了，你最终会得到废弃的电器零件。
一个奇数：因为您的房屋可以承受一米深度的水静压并不意味着它可以承受IPX6的水射流测试，因此测试两者，如果设计需要抵抗有力的喷雾。
在这里，我们回到GoPro令人印象深刻的住房。IPx8等级意味着您的外壳将能够长期浸泡在GoPro规定深度的水中，即60米的深度。在该深度，外壳保证在87 psi的压力下保持密封！
任何高于这个水平的东西都会进入深奥的专业设计，但即使在这个水平上，也不难想象标准密封机制会失败。那么，既然你知道了水平面是什么，你如何创造一个能够承受这些测试的密封？
设计实际密封的密封件
虽然存在几乎有无限数量的不同类型的密封件，但是最常见的三种是面部垫圈，静电O形圈密封件和动态O形圈密封。我将简要介绍这些中的每一个，但如果你想真的挖掘O形圈设计的深度，那么帕克O形圈手册是最好的也是最无聊的-阅读关于这个主题的文章。但是o型圈的一个优点是，它是一种众所周知的技术。50年来，它的建议从未改变过，所以它一定能让你的设计保持防水。
静态O形密封圈
这代表了一种理想的情况：你试图密封的连接或多或少是圆的（而且绝对是凸的），两个配对的部分将永远在一起（不像布拉德和安吉丽娜，但有些事情只是发生了），或者至少在大多数时候是这样。静态o形圈是一个很好的起点。
O形圈以各种尺寸为有多种尺寸，由“破折号”号表示。不，O形圈不是Sprinters - Dash号码是ASTM指定，表示标准尺寸（这里是图表）。通常，较大的两个数字越大，较大的O形圈I.D.（内径），而较大的第一数表示较大的横截面直径。
当使用o形密封圈作为密封设计的一部分时，您需要设计一个o形密封圈可以放置的凹槽。最棒的是凹槽设计基本上保持不变，无论是密封两个面、一个螺纹，甚至是圆孔中的一个方形销钉（前两个都是正确的）。对于设计，您只需要考虑ID/IP（圆形密封的内径；非圆形密封形状的内周长）、o形圈的拉伸百分比、横截面直径（也称为o形圈宽度）和挤压百分比。
第一步：查看密封件的内径，或者计算内径，如果您的形状不是圆形的。在GoPro的情况下，这将是四条直边的总和，加上从角半径开始的四条弦的长度。把这些加在一起，你就得到了神奇的数字。
记住你正在寻找内部的周长，这是凹槽的内部，这个过程可以迭代，所以你可能会用不同的横截面直径计算几次。
一旦你拥有ID / IP，就会查看ASTM图表要查找具有类似ID的O形圈选项 - 但更小。这是伸展百分比进入的位置，并且对于静态密封，您将希望O形圈ID小于Groove ID的约1-5％。这使O形圈紧紧适合密封表面，并保持其与外部压力过多移动。请注意：如果您设计内部压力，您将需要考虑外径而不是密封表面。（也注意：你正在阅读错误的文章。去吧！）
凹槽的宽度基于o形圈的横截面直径，该直径基于所密封表面的估计变化。显然，如果您计划在密封表面上允许+/-0.010”的公差，则0.010”的o形圈将难以密封其中一些间隙。同样，如果您有高公差的机加工零件，获得¼“厚的o形圈将是一种过度杀伤力。（你是一名工程师it！挣你的工资！）
尽管您确定了O形圈宽度，但您可以计算凹槽的宽度。这是基于O形圈体积，并使用凹槽和O形环的横截面积计算。In order to create a seal, you’ll need to compress the o-ring, and you need to plan on 10%-40% compression (also called the squeeze) of the o-ring, and make sure that the maximum cross-sectional area of the o-ring (including variations from tolerance) is always smaller than the minimum cross-sectional area of the groove.
厌倦了数字和工程？好消息，我们快完成了，你可以把这个外壳封得比X档案更紧。
动态O形密封圈
显然，动态密封并不意味着你可以在水下打开外壳。然而，很多时候零件需要在雨中或海底下移动。那么，你如何确保容器防水呢?
好消息：它就像静态密封一样，但压缩更少，润滑更多。所有规则和百分比都适用，但动态密封只需要10%-30%的压缩。
垫圈设计
这可能是一篇文章本身。或者一本书。甚至是一个小图书馆。但今天，我们只看防水垫圈，这样我们就可以扔掉内燃机和超高压密封所需的一切。
即使这里有很多材料，但我们将在一瞬间缩小所有这些材料的范围；让我先说一句：o型圈这么棒，你为什么要用垫圈？现在我已经从我的系统中了解到了这一点，我可以承认，垫圈在一个领域非常出色：非常复杂的面对面密封，尤其是多个腔。
同样，与O形圈一样，您需要考虑应用所需的压缩和基于（通常）在两个配合面的公差上的厚度。然而，关于垫片设计的伟大的事情是垫圈通常是定制的，因此您无法在桌子上查找标准尺寸的迭代运行计算。耶为定制设计！
然而，选择带来的是责任。当螺栓连接在一起时，表面将在螺栓之间翘曲，因此考虑如何将安装硬件间隔，以保持翘曲足够小，以与密封垫的厚度保持密封。什么
基本上，如果你在四个角上将两个部分螺栓在一起，中心区域将比角更远。如果这个间隙大于垫圈的厚度，你的外壳就会泄漏。同样，如果垫圈太硬，不允许两个表面的粗糙度，你的外壳将泄漏-所以有垫圈材料足够软，以允许一些加工痕迹，除非你指定一个光滑的表面。
关于压缩永久变形的注记
在使用橡胶密封件时，经常遇到的问题之一是爬行（不是Radiohead，也不是你们班上一直盯着你们看的那个孩子，而是弹性体，它们往往呈现出周围表面的形状，失去了原来的形状）。解决这一问题的主要方法是仔细选择材料。自太空时代开始以来，许多类似橡胶的材料就一直关注这一问题。
这里要考虑的另一个因素是材料的硬度。这两个问题都与寻找合适的材料有关，我建议对此进行研究严重在选择之前，请使用马特韦以及帕克网站作为材料指南。
按钮
对于大多数消费者应用程序和许多工业应用程序，电子设备将具有某种类型的接口，需要允许接口。按钮是最常用的方法，虽然我见过一些很棒的设计使用红外激活，这很酷，但如果我告诉你这个应用程序，我将违反保密协议（这一切都很糟糕）。无论如何…按钮．
对于低压应用，一个简单的选择是模制橡胶按钮，用于密封外壳。这些都是廉价和简单的，更多细节可以在这篇文章中找到通用按钮设计．
另一种选择是使用硬材料（如不锈钢）按钮，该按钮使用动态o形密封圈穿过外壳。这种按钮通常出现在重型应用中，如海底外壳，高压可能会激活软橡胶按钮，或坚硬的化合物使橡胶按钮可能失效的地方。
类似地，从滑动开关到旋钮的近似任何类型的开关的设计都可以设计为动态O形圈密封的计算。但请记住：密封越多，密封越多。谨慎使用。
原型建议
在开始设计外壳时，在测试设计的实际防水能力之前，低分辨率材料对于获得合适的贴合度、功能和美学效果非常重要。beplay客户端下载3D印刷PLA.是一个伟大的第一次通过看外壳的外观，和材料一样3D打印ABS和尼龙可以测试零件接口。如果您决定使用定制垫圈，请使用打印的橡胶状第一个原型。
However, don’t put the electronics in one of these housings and throw it in the swimming pool—you’ll need to use high-resolution materials to get a seal against o-rings or gaskets, and for that, you need a material like维罗维特/维罗布拉克,防抱死制动系统或VisiClear. 这些材料打印精度高，因此可以获得高质量的印章。
对于超高压密封件，您需要更进一步，使用数控加工在深水中测试设计之前，确保对表面质量的控制。传统上，这是一个非常昂贵和漫长的过程，好消息是虚构的最近扩大了其业务范围制造能力beplay客户端下载，降低成本，同时仍能为您提供此类测试所需的高质量。查看FICTIV能beplay客户端下载力指南更多细节。
主要外卖
你的下一个设计项目是否会经历火星任务的极端（a链接到SpaceX,because we all love Elon Musk), or just required to keep the electronics safe during a light rainstorm (or from a cup of coffee), it’s a simple matter of planning your interfaces, checking a few numbers to determine the size of your o-rings, and choosing the right button styles for your project. Then you, your teammates, and most importantly, your boss, can rest easy, knowing your enclosure is fully waterproof.
