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。
每个人和他们脾气暴躁的叔叔都有一个防掉防水的相机，用来捕捉假期中最平凡的事情，半专业人士也用它来捕捉水下视频和疯狂的冒险。我对GoPro相机外壳设计的坚固性和密封件的安全程度印象深刻。
无论你是否正在制造下一个突破性的电子产品，防水外壳在所有类型的工业中使用，从油田到iPhone外壳，我们将探索必要的设计方面，以确保你永远不会破坏你公司的4000美元的原型。
一个问题是，“防水”这个词是主观的。当然，当你设计一个智能手机壳来防止雨水毁坏一部749美元的手机时，你的要求与设计一个用于监测深海钻井设备的电子外壳时略有不同。但“防水”如何才能足够呢?
我们不是第一个提出这个问题的人。多年来，防水外壳一直是必不可少的，我们可以探索许多伟大的、经过验证的设计元素，所以您的设计从第一个原型中就出来了。可以说，让我们开始吧。
国际保护(知识产权)标志制度
也被称为“进入保护”标志系统，这个评估电子外壳的系统给真正的含义“防水”，通过给出真实的测试，必须通过不同的水平。IP后面有两个不相关的数字:第一个数字表示机箱的防尘级别，第二个数字表示机箱的防水程度。
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意味着它是防尘的，没有灰尘颗粒可以进入。虽然这很重要，但大多数工业和消费者将更关心防水等级。防尘当然不是防水设计，但一旦密封可以防止喷水，大多数人会认为它们可以防止灰尘。
对于大多数应用，被认为“防水”的最低等级是IPx4。许多老款手表都有这种情况，这意味着在溅上一层水之后，内部部件仍能正常工作，但再多一层水就成问题了。
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。
下一个层次需要浸入：让外壳在一米深的水中放置30分钟。这是一个让你头疼的测试。如果这个测试出了问题，它就会失败真正地如果你错了，你就会得到废弃的电子零件。
一个奇怪的注意事项：仅仅因为你的外壳能够承受一米深的水压并不意味着它能够承受IPx6的喷水测试，所以如果设计需要抵抗强力喷射，那么就同时进行测试。
现在我们回到GoPro令人印象深刻的外壳。IPx8级别意味着你的外壳将能够长期浸泡在特定深度的水中——对GoPro来说，这是60米的深度。在那样的深度，外壳保证在87 psi的压力下保持密封-难以置信!
任何高于这个水平的东西都是深奥的专业设计，但即使在这个水平，也不难想象标准的密封机制会失败。那么，既然你知道了这些等级，你要如何制造一个能经受住这些测试的密封件呢?
设计真正密封的密封件
虽然几乎有无数种不同类型的密封件，但最常见的三种是端面密封垫、静态o形密封圈和动态o形密封圈。我将简要介绍其中的每一项，但如果您想真正深入了解o形圈设计，请参阅帕克o形环手册是最好的，也是最无聊的!-阅读主题。但是关于o形环的一个伟大的事情是，它们是一项众所周知的技术——50年来的建议都没有改变——所以它们肯定能让你的设计防水。
静态o形环密封
这代表了一种理想的场景:你试图确定的关系或多或少是圆的(肯定是凸的)，两个配对的部分会永远在一起(不像布拉德和安吉丽娜，但有些事情就是会发生的)，或者至少大多数情况下。静态o形环是一个很好的开始。
O形圈有多种尺寸，以“破折号”表示。不，o型圈不是短跑运动员。仪表盘编号是ASTM的名称，表示标准尺寸(这里是图表).通常，最后两个数字越大，o形圈内径越大，而第一个数字越大，则表示横截面直径越大。
当使用o形环作为密封设计的一部分时，需要在o形环可以安装的地方设计一个凹槽。最棒的是，凹槽设计基本上保持不变，无论你是密封两个面，一个螺纹，甚至是一个方钉在一个圆孔(好吧，前两个是真的)。对于设计，你只需要考虑ID/IP(圆形密封件的内径;非圆形密封形状的内周长)、o形圈拉伸百分比、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。
记住你在找内部周长，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截面直径来计算几次。
获得ID/IP后，请查看ASTM图表寻找ID相似但更小的o形圈选项。这就是拉伸的百分比，对于静态密封，您希望o形圈ID比凹槽ID小1-5%。这使o形圈与密封面紧密配合，并防止其在外部压力下移动过多。请注意：如果你在设计内部压力，你会想考虑外径，而不是密封表面。（另请注意：你读错了文章。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！）
但是，一旦确定了o形圈的宽度，就可以计算凹槽的宽度。这是基于o形密封圈体积，并使用凹槽和o形密封圈的横截面积进行计算。为了制造密封，您需要压缩o形圈，并且您需要计划o形圈压缩10%-40%（也称为挤压），并确保o形圈的最大横截面积（包括公差变化）始终小于凹槽的最小横截面积。
厌倦了计算数字和工程?好消息，我们快完成了，你可以把这个外壳封得比X档案还紧。
动态密封胶圈
显然，拥有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移动。那么，如何确保容器保持防水？
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。
垫片设计
这本身就可以成为一篇文章。或一本书。甚至是一个小图书馆。但今天，我们只关注防水垫圈——这样我们就可以抛弃内燃机和高压密封所需要的一切。
即使在这里也有很多材料，但我们一会儿会缩小范围;让我先说一句:虽然o形环很棒，但你为什么要带垫片?现在我已经了解了这一点，我可以承认，垫圈在一个领域非常优秀:非常复杂的面对面密封，尤其是有多个腔的密封。
同样，对于O形环，您需要考虑应用程序所需的压缩和厚度，一般基于两个配合面的公差。不过，垫片设计的好处在于，垫片通常是定制的，因此，您不必在表中查找标准尺寸的迭代计算。是的，定制设计！
然而，选择带来了责任。当螺栓连接在一起时，表面会在螺栓之间弯曲，所以考虑如何间隔安装硬件，以保持弯曲足够小，仍然密封与厚度的垫片指定。什么?
基本上，如果将两个零件用螺栓固定在四个角上，则中心区域将比角相距更远。如果该间隙大于垫片的厚度，则壳体将泄漏。同样，如果垫圈太硬，且不考虑两个表面的粗糙度，则外壳会泄漏，因此垫圈材料足够软，以允许出现一些加工痕迹，除非您指定光滑表面。
关于压缩永久变形的注记
使用橡胶密封件时一直面临的问题之一是蠕变(不是Radiohead，也不是你班上一直盯着你看的孩子，而是弹性体往往会呈现周围表面的形状，失去原来的形状)。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开发的许多橡胶类材料都专注于这个问题。
另一个考虑因素是材料的硬度。这两个问题都与找到合适的材料有关，我建议对此进行研究沉重地在选择之前,使用MatWeb以及Parker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，电子产品将有某种接口，需要允许，嗯，接口。按钮是最常见的方法，虽然我已经看到一些使用IR激活的伟大设计，这是非常酷的，但如果我告诉你这个应用程序，我将违反保密协议(这是非常007)。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一般的按钮设计.
另一个选择是有一个硬材料的按钮，如不锈钢，通过外壳使用动态o形环密封。这种按钮通常出现在重型应用中，比如海底外壳，高压可以激活软橡胶按钮，或者在坚硬的化合物可能导致橡胶按钮失效的地方。
类似地，几乎任何类型的开关（从滑动开关到旋钮）的设计都可以使用动态o形密封圈的计算结果设计到外壳中。但请记住：密封件越多，失效的密封件就越多。小心使用。
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打印PLA是一个伟大的第一次通过看外壳的外观，和材料一样3 d印制ABS和尼龙可以测试部件接口。如果您决定使用定制垫圈，请尝试使用打印垫圈橡胶状第一个原型。
但是，不要把电子元件放在这些外壳中，然后把它扔进游泳池。你需要使用高分辨率的材料来密封o形圈或垫圈，为此，你需要一种像这样的材料维罗维特/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测试设计之前，先进行原型测试，以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，但好消息是Fictiv最近扩大了制造能力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。查看虚拟能力指南beplay客户端下载为更多的细节。
主要收获
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，因为我们都喜欢Elon Musk），或者只是需要在小暴雨期间（或喝杯咖啡）确保电子设备的安全，所以只需规划界面、检查一些数字以确定o型圈的大小，以及为项目选择正确的按钮样式。然后你，你的队友，最重要的是，你的老板，就可以放心了，知道你的围栏是完全防水的。
