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環(huán)境設(shè)計必須掌握的知識點
環(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品重要質(zhì)量特性之一。產(chǎn)品耐環(huán)境能力(或環(huán)境適應(yīng)性)優(yōu)劣主要取決于其選用的材料、構(gòu)件、元器件、零部件等耐環(huán)境的能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計時采取的耐環(huán)境措施是否完整、有效。耐環(huán)境設(shè)計是在產(chǎn)品設(shè)計過程中,研究或考慮環(huán)境因素對產(chǎn)品可靠性及性能的影響,從而采取相應(yīng)的對策,減少或緩減環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響。
環(huán)境是指任一時刻和任一地點產(chǎn)生或遇到的自然環(huán)境因素(如溫度、濕度等)和誘發(fā)環(huán)境因素(如振動和沖擊等)的綜合體,是影響產(chǎn)品在運輸、儲存和使用中可靠性的重要因素,是進(jìn)行產(chǎn)品可靠性設(shè)計和耐環(huán)境設(shè)計的基本依據(jù)。
環(huán)境因素包括自然環(huán)境因素和誘發(fā)環(huán)境因素,其分類和組成見表1。
表 1 環(huán)境因素分類及其組成
類型 | 類別 | 因素 |
自然環(huán) 境因素 | 地表 | 地貌、土壤、水文、植被 |
氣候 | 溫度、濕度、壓力、太陽輻射、雨、固體沉降物、霧、風(fēng)、鹽霧、臭氧 | |
生物 | 生物有機物、微生物有機體 | |
誘發(fā)環(huán) 境因素 | 氣載的 | 砂塵、污染物 |
機械的 | 振動、沖擊、加速度 | |
能量的 | 聲、電磁輻射 |
產(chǎn)品貯存、運輸及使用條件下,各種環(huán)境因素及其重要性如表2所示。
表2 各種環(huán)境及其重要性
階段 | 環(huán)境因素 | |||||||||||
地表 | 溫度 | 濕度 | 壓力 | 太陽輻射 | 淋雨 | 固體沉降物 | 霧 | 風(fēng) | 鹽霧 | 臭氧 | ||
貯存 | O | A | A | C | O | O | O | O | O | C | C | |
運輸 | 公路 | A | B | B | O | C | B | B | B | C | O | O |
鐵路 | A | B | B | O | C | B | B | B | C | O | O | |
船舶 | O | C | B | O | C | C | O | B | C | B | O | |
飛機 | O | B | O | C | O | C | C | A | B | O | O | |
使用 | 寒區(qū) | A | A | A | O | B | A | A | B | B | C | O |
濕熱 | A | A | A | C | B | A | O | O | B | B | O | |
干熱 | A | A | O | O | A | O | O | O | B | B | O | |
適中 | A | A | A | C | B | A | B | B | B | B | C | |
室內(nèi) | O | B | B | O | O | O | O | O | O | O | O | |
存放 | O | A | A | O | B | B | B | O | C | B | C |
注:A:最重要;B:重要;C:不重要;O:一般不會遇到此環(huán)境
表 2 各種環(huán)境及其重要性(續(xù))
階段 | 環(huán)境因素 | ||||||||||
生物 | 微生物 | 大氣污染物 | 砂塵 | 振動 | 沖擊 | 加速度 | 噪聲 | 電磁輻射 | 核輻射 | ||
貯存 | B | B | C | C | C | B | O | O | O | O | |
運輸 | 公路 | O | O | O | C | A | A | C | O | O | O |
鐵路 | O | O | O | C | A | A | C | O | O | O | |
船舶 | C | O | O | O | B | C | C | O | O | O | |
飛機 | O | O | O | C | B | B | B | O | O | O | |
使用 | 寒區(qū) | C | O | C | C | B | B | O | C | B | C |
濕熱 | C | A | O | O | B | B | O | C | B | C | |
干熱 | O | O | O | A | B | B | O | C | B | C | |
適中 | C | B | C | B | B | B | O | C | B | C | |
室內(nèi) | C | C | B | B | C | O | O | O | B | C | |
存放 | B | B | C | C | O | C | O | O | C | C |
注:A:最重要;B:重要;C:不重要;O:一般不會遇到此環(huán)境
元器件典型應(yīng)用環(huán)境一般為振動、沖擊、溫度、濕度和鹽霧等,其對元器件的單一影響如表3所示。實際上影響元器件性能和可靠性的環(huán)境因素可能是幾種因素的組合,而組合因素對元器件的影響更為復(fù)雜。
表3典型環(huán)境下元器件失效模式
元器件 | 振動 | 沖擊 | 溫度 | 濕度 | 鹽霧 |
半導(dǎo)體器件 | 斷路;功率衰變 | 斷路;密封破壞 | 漏電增大;增益改變;短路和斷路增加 | 漏電增大;電流增益減少 | 漏電增大;電流增益減;引線和殼體腐蝕 |
電阻器 | 引線斷裂;破裂 | 破裂;斷開 | 電阻增大;斷路;短路 | 電阻增大;斷路;短路 | 電阻改變;斷路;短路 |
熱敏電阻器 | 引線斷裂;殼體破裂;斷路 | 引線斷裂;殼體破裂;斷路 | 斷路和短路增加 | 電阻變化 | 引線腐蝕電阻變化 |
電位器 | 噪聲增大;扭矩改變;電刷跳躍;斷路 | 噪聲增大;扭矩和線性改變;斷路 | 噪聲增大;扭矩和線性改變;斷路 | 噪聲增大;扭矩和線性改變;絕緣電阻減小 | 絕緣電阻減。桓g加。徽辰Y(jié) |
陶瓷電容器 | 導(dǎo)線斷線增多;壓電效應(yīng);殼體和密封破裂 | 導(dǎo)線斷線增多;壓電效應(yīng);殼體和密封破裂 | 介電常數(shù)和電容改變;絕緣電阻隨溫度升高而降低 | - | 腐蝕;短路 |
云母電容器 | 導(dǎo)線斷裂 | 導(dǎo)線斷裂 | 絕緣電阻增大;銀離子移動;漂移 | 銀離子移動 | 短路 |
紙質(zhì)電容器 | 斷路和短路增加;導(dǎo)線斷裂 | 斷路;介質(zhì)擊穿增加;短路;導(dǎo)線斷裂 | 電容改變;油絕緣紙破裂;絕緣電阻減少;功率因數(shù)增加 | 絕緣電阻減少;功率因數(shù)增加 | 短路 |
鉭電容器 | 斷路;短路;電流聚增;導(dǎo)線斷裂 | 斷路;導(dǎo)線斷裂 | 電介質(zhì)泄露;電容變化;絕緣電阻減少;串聯(lián)電阻變化 | 絕緣電阻減少;介質(zhì)擊穿增加;短路增加 | 腐蝕 |
變壓器 | 斷路;短路 | 斷路;短路;功率輸出變化 | 絕緣降低;斷路;短路;熱點畸變 | 腐蝕;長霉;斷路;短路 | 腐蝕;斷路;短路 |
繼電器 | 斷路;短路 | 觸點斷開或閉合 | 斷路或短路;絕緣電阻隨溫度增高變小 | 絕緣電阻減小 | 引線腐蝕 |
電連接器 | 插頭和插座分離;插件破裂;觸點斷開 | 觸點斷開 | 跳火;電介質(zhì)破壞 | 短路;霉菌;觸點腐蝕;絕緣電阻降低 | 腐蝕 |
開關(guān) | 觸點抖動 | 觸點斷開 | 觸點氧化 | 觸點燒壞;擊穿 | 氧化和腐蝕觸點燒壞 |
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