Перейти к содержанию

Проектирование корпуса

Корпус устройства - это не просто коробка вокруг деталей.

Он должен безопасно держать:

  • нагреватель;
  • вентилятор;
  • датчики;
  • блок питания;
  • контроллер;
  • клеммы;
  • провода;
  • разъёмы;
  • экран или кнопки;
  • механические детали.

Для устройства с нагревом плохой корпус может создать проблему даже при исправной электронике: перекрыть поток воздуха, перегреть контроллер, перетереть провод или подвести пластик слишком близко к горячей части.

Начинай с размещения компонентов

Перед моделированием корпуса разложи реальные компоненты:

  • плата контроллера;
  • блок питания или DC-DC;
  • вентилятор;
  • нагреватель;
  • термодатчик;
  • клеммы;
  • предохранитель;
  • провода;
  • разъёмы;
  • кнопки, экран, RFID или другие модули.

Корпус проектируют вокруг реальных размеров, а не вокруг "примерно такой платы".

Проверь:

  • где находятся разъёмы;
  • куда выходит USB;
  • где нужно нажимать кнопку reset;
  • как будет сниматься крышка;
  • как будет заменяться вентилятор;
  • где будет проходить силовой провод;
  • чем будет крепиться плата.

Разделяй зоны

В устройстве с нагревом полезно думать зонами:

  • горячая зона;
  • зона электроники;
  • зона силовой проводки;
  • зона пользователя;
  • зона обслуживания.

Горячая зона - это нагреватель, поток горячего воздуха, термодатчик и детали рядом с ними.

Зона электроники - контроллер, дисплей, датчики низкого напряжения, логические провода.

Зона силовой проводки - блок питания, SSR, MOSFET, клеммы, предохранители, сетевой ввод, если он есть.

Зона пользователя - всё, что человек трогает руками: кнопки, ручки, крышки, экран, место поднесения RFID-метки.

Эти зоны не должны хаотично пересекаться.

Не ставь электронику вплотную к нагревателю

Контроллер, дисплей, DC-DC и провода не любят перегрев.

Оставляй:

  • расстояние до нагревателя;
  • воздушный зазор;
  • экран или перегородку при необходимости;
  • вентиляцию электроники;
  • доступ для проверки температуры после сборки.

Если электроника стоит в закрытом кармане без вентиляции, она может перегреться даже без прямого контакта с нагревателем.

Воздух должен идти там, где нужно

Вентилятор сам по себе не гарантирует поток.

Корпус должен направлять воздух:

  • через нагреватель;
  • через катушку или рабочую зону;
  • через фильтр, если он есть;
  • мимо датчика в правильной точке;
  • наружу или по кругу, если это задумано.

Плохая конструкция может дать красивый вентилятор и почти нулевой полезный поток. Воздух пойдёт по пути меньшего сопротивления, через щели, мимо фильтра или мимо нагревателя.

Для воздуховодов избегай:

  • резких сужений;
  • лишних поворотов;
  • тонких длинных каналов;
  • решёток с маленькой живой площадью;
  • фильтра без вентилятора с достаточным статическим давлением.

Делай крепления под реальные винты

Не рассчитывай, что саморез в тонкой стойке будет вечным.

Для корпуса, который будет разбираться, лучше использовать:

  • латунные термовставки;
  • гайки в карманах;
  • нормальные стойки под плату;
  • винты стандартных размеров;
  • шайбы там, где пластик может продавиться.

Для печатных стоек важны:

  • достаточный диаметр;
  • скругления у основания;
  • отсутствие тонких стенок;
  • правильная ориентация печати;
  • запас материала вокруг отверстия.

Если крышку придётся открывать часто, голая пластиковая резьба быстро износится.

Провода не должны перетираться

Провода в корпусе должны быть закреплены.

Нужны:

  • кабельные каналы;
  • места под стяжки;
  • разгрузка натяжения на входе кабеля;
  • радиусы вместо острых кромок;
  • зазор от вентилятора;
  • зазор от нагревателя;
  • защита от защемления крышкой.

Плохой сценарий: пользователь тянет внешний кабель, усилие уходит прямо на клемму или пин платы.

Правильнее, чтобы кабель сначала фиксировался корпусом, и только после этого приходил на разъём или клемму.

Сетевую часть не смешивать с низковольтной

Если в устройстве есть 110-230V AC, корпус должен быть спроектирован намного строже.

Минимальная логика:

  • сетевой ввод отдельно;
  • предохранитель доступен, но защищён;
  • сетевые клеммы закрыты;
  • низковольтные провода не лежат вперемешку с сетевыми;
  • пользователь не может коснуться сетевой части;
  • провод не может вырваться из клеммы при натяжении;
  • пластик не касается горячих клемм и силовых элементов;
  • есть заземление там, где оно требуется.

Не стоит придумывать сетевую безопасность "по картинке". Для сетевой части нужны нормальные клеммы, изоляция, разгрузка натяжения, предохранители и понимание требований безопасности.

Оставляй доступ для обслуживания

Устройство нужно будет обслуживать.

Оставь доступ к:

  • предохранителю;
  • клеммам;
  • контроллеру;
  • USB или сервисному разъёму;
  • термодатчику;
  • вентилятору;
  • фильтру;
  • нагревателю;
  • винтам крепления.

Если для замены вентилятора нужно отпаивать провода или снимать нагреватель, конструкция будет плохо обслуживаться.

Проверяй на реальной температуре

После сборки нужно не только посмотреть, что всё помещается.

Проверь:

  • температура электроники после длительной работы;
  • температура стенок около нагревателя;
  • не размягчается ли пластик;
  • не ведёт ли воздуховод;
  • не греются ли клеммы;
  • не изменился ли зазор до горячих частей;
  • не пахнет ли пластик;
  • не касаются ли провода горячих поверхностей.

Первый тест лучше делать под наблюдением и с возможностью быстро отключить питание.

Чеклист перед печатью корпуса

Перед печатью проверь:

  1. Все реальные компоненты измерены.
  2. Есть зазор вокруг плат, разъёмов и кабелей.
  3. Горячая зона отделена от электроники.
  4. Поток воздуха имеет понятный путь.
  5. Вентилятор можно заменить.
  6. Фильтр можно заменить.
  7. Термодатчик можно проверить и переустановить.
  8. Провода не проходят через острые края.
  9. Есть места под стяжки или фиксаторы.
  10. Сетевые провода отделены от низковольтных.
  11. Крышка не пережимает кабели.
  12. Винты и вставки имеют достаточно пластика вокруг.
  13. Материал подходит для рабочей температуры.
  14. При деформации детали устройство не становится опасным.

Типовые ошибки

  • сначала рисуют красивую коробку, а потом пытаются впихнуть провода;
  • не оставляют места под разъёмы;
  • закрывают вентиляцию блока питания;
  • ставят контроллер в горячий карман;
  • проводят сетевые и сигнальные провода вместе;
  • не делают разгрузку натяжения кабеля;
  • используют тонкие стойки под винты;
  • забывают, что фильтр и вентилятор нужно обслуживать;
  • печатают корпус из PLA для горячей зоны;
  • не проверяют корпус после длительного нагрева.

Главное

  • Корпус проектируют вокруг реальных компонентов и проводов.
  • Горячая зона, электроника, силовая проводка и зона пользователя должны быть разделены.
  • Воздух должен идти по полезному пути, а не просто "где-то дуть".
  • Провода нужно фиксировать и защищать от острых кромок, нагрева и натяжения.
  • Сетевую часть нельзя смешивать с низковольтной логикой.
  • Обслуживание должно быть заложено до печати, а не после сборки.

Материалы по теме