机械设计规范.docx
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机械设计规范
机械设计规范
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2012年11月01日
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参与者
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备注
V1.00
第一次发布
1主题内容与适用范围
本文件规定了车载电子设备的机械设计规范；
本规范适用于轨道交通车辆（包括地铁、城轨车辆）上安装的所有电子设备的机械产品结构设计。
2目的
确保机械产品的设计连续性、可追溯性和同一性；
确保机械产品结构设计合理性、功能的完善性、设计标准的统一性；
作为车载产品机械结构设计的参考依据。
3规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范。
然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是未注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
GB/T19520.17-2010电子设备机械结构
GB/T1222弹簧钢
GB/T699优质碳素结构钢
GB/T700碳素结构钢
GB50017-2003钢结构设计规范
GB50429铝合金结构设计规范
GB/T20878-2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成份
GB/T5231-2001加工铜及铜合金化学成分和产品形状
GB3047.1-86面板、架和柜的基本尺寸系列
GB/T6892-2000工业用铝及铝合金热挤压型材
GB/T13306-91标牌
GB/T1804-2000未注公差的线性和角度尺寸的公差
GB/T3190-2008变形铝及铝合金的牌号表示方法
GB5117-89JF/U3焊接标准
GB/T10801.2—2002绝热模塑聚苯乙烯泡沫塑料
GB1184-80形位公差标准
GB191-2000包装储运图示标志
GB4892-2008硬质直方体运输包装尺寸系列
GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）（IEC60529:
2001，IDT）
《机械设计手册2008》
4结构设计
4.1设计原则
4.1.1确保结构件功能的实现
结构设计时，应结合机械结构的使用环境，主要包括电磁干扰、温度、电气、湿度变化等因素的影响，并采取相应措施，保证设备安全、稳定、可靠地工作，确保结构件功能的实现。
4.1.2良好的结构工艺性
所谓良好的结构工艺性就是能优质、高产、低成本地进行设备的生产，包括加工、装配、调试、维修等。
设计时，应根据设备的使用要求综合考虑当时的生产水平，包括加工设备、人员、工艺方法以及检验手段、方法等，使设计的结构产品符合当时的生产实际，并具有良好的装配工艺，从而确保质量。
4.1.3保证结构强度、刚度
结构强度必须得到保证，使结构具有足够的强度、刚度，以确保设备各项功能的可靠性以及设备的防振冲能力，必要时可进行应力、强度核算。
压铸件从节约材料、减轻设备重量考虑，壁越薄越好，从压铸工艺性考虑，薄壁结构铸造难度大，成本高。
因而，在决定壁厚时，要从结构大小、结构形式、铸造方法、材料、加工成本等方面综合考虑。
4.1.4便于装配、使用、维修和操作安全
设计的结构应便于装配、使用、维修，符合使用者的心理和生理特点，同时结构上力求最简。
机械结构应确保操作人员的使用安全，如避免锐边、棱角、采用漏电保护装置等。
4.1.5防盗功能
机械结构设计时须考虑防盗结构设计，特别是箱体类结构设计，如增设明锁、电子锁、铅封等。
4.1.6标准化、模块化
尽可能地满足标准代号为GB、JB、ISO等标准进行标准化、模块化设计。
所有尺寸尽可能采用标准尺寸系列，并符合有关通用标准，以确保设备的互换性，这样在以后研制类似设备或设备改型的过程中，可以少改动结构的尺寸和外形即可完成新研制或改型结构的设计。
4.1.7小型化
所谓小型化就是尽可能地减小设备体积和重量。
设备的小型化不仅在设备的使用性能上有重大意义，在经济上也具有重要价值，因而在设计时应予以重视。
4.1.8外形美观
产品的外形不仅关系到操作者的感官要求，而且关系到产品在该领域内的竞争力。
设计机械结构时，应将工程设计与造型设计相结合，充分利用造型设计的手法，对结构外形精心设计，以使产品外形美观。
4.2材料选择
4.2.1材料选择准则
结构件材料的选择应满足以下几点：
1）材料的特性应满足产品功能、使用环境、作业条件的需要；
2）材料应具有良好的工艺性能，符合造型设计中成型工艺和表面处理的要求，应与加工设备及生产技术相适应；
3）在满足设计要求的基础上，尽量降低成本，优先选用常用材料、价格低廉、有利于生态环境保护的材料。
4.2.2常用材料及性能
车载电子产品的结构件常用材料有碳素结构钢、不锈钢、铝合金、铜合金、弹簧钢等。
4.2.2.1碳素结构钢
常用碳素结构钢建议采用国家标准牌号，车载电子产品的结构件常用的碳素结构钢其牌号、性能和应用举例如表1，并满足GB/T699及GB/T700的规定：
表1车载电子产品的结构件常用碳素结构钢
牌号
性能描述
应用举例
Q235
综合性能好、强度高、塑性和焊接性能优、加工性强、用途广泛。
广泛用于钣金、铣、削机械零件。
08F
钢强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，但淬透性、淬硬性极低。
广泛用于冲压或拉伸的容器。
45
45号钢，也叫“油钢”，为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做45号钢管模板,梢子,导柱等,但须热处理。
广泛用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
4.2.2.2不锈钢
车载电子产品结构件常用不锈钢为06Cr19Ni10，但国内常采用对应的美国牌号304，牌号及力学性能具体参考GB/T20878-2007。
304不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度，机械性能优,冲压弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象。
304是应用最广泛的一种铬-镍不锈钢。
4.2.2.3铝合金
常用铝合金建议采用国家标准牌号，车载电子产品的结构件常用的铝合金其牌号、性能和应用举例如表2，并满足GB/T3190-2008的规定：
表2车载电子产品的结构件常用铝合金
牌号
性能描述
应用举例
1050/1060
纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。
广泛应用于对强度要求不高的产品，如薄板加工件、焊接零件、铭牌等。
Y112
用途广、强度高、有一定的耐热性、熔融状态下流动性强。
多用于盖子、箱体类等铝合金压铸零件。
6063
具有优良的加工性、焊接性、电镀性、抗腐蚀性、散热性、韧性、抛光性、氧化效果极佳等优良特点。
大量应用于插件式机箱及配件。
4.2.2.4铜合金
车载电子产品结构件常用铜合金为H62，牌号及力学性能参考GB/T5231-2001。
H62有良好的力学性和散热性，热态下塑性好，冷态下塑性也可以，切削性好，易钎焊和焊接，耐蚀性好。
常用于散热部件、销钉。
4.2.2.5弹簧钢
车载电子产品结构件常用弹簧钢为65Mn，牌号及力学性能参考GB/T1222。
65M有优良的综合性能，经热处理后的综合力学性能优于碳素结构钢，但有过热敏感性和回火脆性。
退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。
常用于板弹簧、弹簧垫圈、弹簧环等受中等载荷的弹性元件。
4.3尺寸设计
车载产品结构件大体可分为箱体类和支架类，箱体类常用有钣金结构箱体、插件式机箱、压铸箱体。
4.3.1插件式机箱
4.3.1.1机箱尺寸
插件式机箱结构主要由横梁、导轨条、螺纹条、插件面板、挂耳、背板以及上、下盖板和左、右侧板等组成。
内部有效空间尺寸用单位“U”和“R”表示，1U=44.45mm，1R=5.08mm；相关尺寸关系如图1和表3，并满足GB3047.1-86的规定：
图1
表3规格表单位：
mm
代号
H
H1
H2
H3
H4
备注
2U
nR
（n表示整数）
（1R=5.08）
88.1
78.1
67.6
55.5
3U
132.5
122.5
112.0
100.0
4U
177.0
167.0
156.5
144.4
5U
221.5
211.5
201.0
188.9
6U
265.9
255.9
245.4
233.3
7U
310.3
300.3
289.8
277.8
8U
354.8
344.8
334.3
322.3
9U
399.2
389.2
378.7
366.7
10U
443.7
433.7
423.3
411.2
4.3.1.2插件面板
面板的尺寸规格是在机箱类型、尺寸确定后再定下的，并满足GB3047.1-86的规定。
4.3.1.3横梁
插件机箱横梁分前、中、后横梁，部分机箱只有前、后横梁。
横梁的类型及尺寸应符合标准GB/T6892-2000的规定。
4.3.1.4挂耳
挂耳可与插件面板做成一体，也可单独做成一个零件，但挂耳上的上架孔以及挂耳与机箱面板装配后的外型尺寸必须符合GB/T3047.1-86。
4.3.2机箱把手
把手应优先选用《机械设计通用件标准库》中的把手。
机箱面板上固定把手的螺钉应选用沉头螺钉，面板也需在背面沉孔，把手装上后，不得影响上架螺钉的装配。
4.3.3支架类和钣金、压铸箱体
支架类和钣金、压铸箱体的尺寸应在满足使用的前提下尽量小型化、标准化、系列化，并按照GB50017-2003和GB50429的标准进行设计。
4.4箱体内元器件的排列布局
箱体内部元器件的排列是主要根据电原理图、主要元器件的外形尺寸及相互关系，并考虑通风、减振、屏蔽及走线的方便美观程度等来确定的。
4.5标准件选择准则
标准件的代号、类型、大小、长度应符合《机械设计手册2008》，并参照以下准则：
1）相同装配要求用相同的标准件；
2）外部螺钉型号、颜色一致；
3）一般螺钉螺栓拧紧后至少需露出2排螺纹；
4）螺纹默认为细牙、右旋，如有特殊需在图纸中说明；
5）安装紧固件时（如螺钉、螺母等），如有足够空间条件，就必须配装平垫和弹垫；
6）用到的标准件，要么有明显差异，要么完全相同。
有明显差异是为了防止装错，完全相同是为了维修过程的互换性。
4.6钣金件设计准则
1）t（厚度）≤0.8mm的零件，禁止翻边攻丝；
2）钣金件的螺纹孔如需要增加有效螺纹可采取压铆螺母、焊接螺母、翻边攻丝；
3）尽量将超过三道工序的结构件的结构进行分解，分解成结构较为简单的几个零件，然后焊接在一起，提高结构件的工艺性；
4）如果尖角刚度不足，可用钝角代替，如图2：
图2
5）为了避免有裂纹或断裂的危险，可在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个R>2倍板厚的圆角，如图3：
图3
6）冲孔时，孔径不宜过小其最小孔径与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等有关。
其合理数值可参考表4:
表4
材料
高碳钢、不锈钢
d≥1.5t
a≥1.35t
a≥1.2t
低碳钢
d≥1.3t
a≥1.2t
a≥t
铝、铜合金
d≥t
a≥0.9t
a≥0.8t
7）对板进行弯折时，半径不宜太小，外侧会出现裂纹，内侧会出现褶皱；
8）如有防水设计，应参照表5，并满足GB4208-2008的规定。
表5国家工业标准防水等级
防水等级
简要说明
含义
IPX0
无防护
--
IPX1
防止垂直方向滴水
垂直方向滴水应无有害影响。
IPX2
防止当外壳在1500mm范围内倾斜时来自垂直方向的滴水
当外壳各垂直面在15°范围内倾斜时来自垂直方向的滴水应无有害影响。
IPX3
防淋水
各垂直面在60°范围内淋水应无有害影响。
IPX4
防淋水
向外壳各方向溅水应无有害影响。
IPX5
防淋水
向外壳各方向溅水应无有害影响。
IPX6
防强烈喷水
向外壳各方向强烈喷水应无有害影响。
IPX7
防短时间浸水影响
浸入规定压力的水中经规定时间后外壳进水量不致达到有害程度。
IPX8
防持续潜水影响
按生产厂和用户双方同意的条件（应比IPX7级严格）持续潜水后外壳进水量不致达到有害程度。
注：
X为0～6中的整数，分别代表不同防尘等级。
4.7焊接设计准则
结构的设计便于焊接前、后的处理、焊接的操作和检测，并遵循焊接标准GB/5117-89JF/U3的规定。
结构设计应满足以下要求：
1）足够大的操作空间以方便焊接，焊接后便于检查；
2）焊接时易于定位，电极不会和周围的板粘结；
3）有密封要求的组焊钣金件，板厚不能小于0.8，否则容易焊穿，无法保证密封；
4）避免在几何突变处设置焊接结构，这里应力集中，如果不能避免，则设计成过渡结构；如图4所示：
图4
5）尽量将零件焊点设计在内部；
6）图纸须要求焊缝应整齐均匀，不允许有裂缝、咬边、豁口、烧穿，焊后应去渣、打磨，不允许零部件因焊接而产生变形。
4.8装配设计准则
在装配设计过程中，应遵循以下机械设计准则：
1）留有装配工具和手的活动空间；
2）尽量采取对称设计，且尽量减少零件的种类；
3）有明显几何特征容易识别正反、左右、前后；
4）没有特殊要求的尖角及棱边需倒钝，避免对安装人员造成不必要的伤害。
4.9表面处理
表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。
其目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰等功能要求。
车载电子产品的结构件常用表面处理介绍及应用举例如表6所示：
表6
表面处理方法
工作原理及作用
应用举例
喷塑
用静电粉末喷涂设备把粉末涂料喷涂到工件的表面，形成粉状的涂层，再经过高温烘烤；有防腐蚀、装饰作用。
常用有亚光塑、光面塑、橘纹塑三种类型，常用于钣金件的表面处理。
拉丝
在金属表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路，具有刷除表面划痕和装饰表面的双重作用。
常用于铝合金和不锈钢表面处理。
配合阳极化使用。
喷砂
采用喷砂使工件表面产生特殊的金属闪光效果；可以去除金属表面的锈蚀物,氧化皮与其它脏污等达到装饰的作用。
常用于铝合金表面处理和用作喷塑的前期处理。
电镀
利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。
起到防腐、抗磨等作用。
常用于标准紧固件的表面处理。
包括镀锌、鉻、镍等。
5结构件表面印字
公司的标志及名称的丝印字体、颜色、大小请参照《成都运达科技股份有限公司_视觉识别（VI）系统手册1.0》。
5.1丝印
丝印的原理是印版在印刷时，通过一定的压力使油墨通过孔版的孔眼转移到承印物上，形成图象或文字。
丝印应用非常广泛，适合无特殊要求的结构件表面印字。
5.2金属蚀刻
金属蚀刻是采用化学处理（化学腐蚀、化学砂面）或机械处理（机械喷砂、压花等）技术手段，将光泽的金属表面加工成凹凸粗糙晶面，经光照散射，产生一种特殊的视觉效果。
金属蚀刻多用于铭牌的印字。
6铭牌设计
通常每台设备或产品均应设计铭牌，铭牌的设计标准应按GB/T13306-91的要求进行。
有时也可将铭牌的内容直接丝印在设备或产品的表面。
铭牌内容应该包含以下几项：
1）产品型号和名称；
2）技术参数；
3）功耗；
4）重量；
5）产品编号；
6）生产日期；
7）公司标志及名称；
7车载产品包装
7.1包装纸箱
包装纸箱常用材料为瓦楞纸，设计时应并满足GB4892-2008中的规定。
纸箱表面印刷排版及内容需要包括以下几点：
1）公司标志及名称；
2）公司地址；
3）公司联系方式（邮编、网址、电话、传真）；
4）产品项目标识；
5）目录粘贴区；
6）纸箱内部尺寸（长×宽×高）；
7）警示图标志（根据产品需要进行选取，部分可参考图5，摘至GB191-2000）；
图5纸箱警示图标志
7.2包装泡沫
车载产品在运输过程中需防水、防撞、防翻转，所以为了缓冲产品在运输中产生的冲力，需要对产品进行保护，增加防震材料。
设计包装泡沫应根据GB/T10801.2—2002的规定进行。
一个纸箱内的泡沫除泡沫盖外，一层或两层最佳。
7.3包装木箱
车载产品常用的木箱类型为封闭木箱，其主要特点为全封闭木箱，适用于有防锈、防霉、防潮要求的产品。
设计包装木箱应根据GB4892-2008的规定进行。
8公差设计
8.1利于提高精度设计
1）关键尺寸的加工可对其是粗糙度、形位公差或尺寸公差进行限制；
2）使较高配合精度要求的工作面的面积尽可能小；
3）配合面的几何形状应尽量简单，圆柱面代替圆锥面，平行、垂直面代替倾斜面；
4）尽量减少与配合面尺寸相关的尺寸。
8.2公差等级选择
在结构设计中，我们需要对各个尺寸进行规范以达到我们的需求，除了考虑合理的设计外，还需要公差进行限制；公差包括形位公差和尺寸公差。
8.2.1形位公差
形位公差包括形状公差和位置公差。
车载产品机械结构不允许有肉眼可见倾斜或局部歪曲现象存在，如有精密配合等情况需要在图纸中标注，标注形位公差按GB1184-80执行。
8.2.2尺寸公差
对任一单一尺寸，如果装配尺寸公差要求比一般公差精确或配合需要的单向公差时，其相应的公差要在相关的基本尺寸后标注。
如果未注明，则需要进行统一限制说明。
8.2.2.1机械结构件
设计要求公差应考虑指定或当地区域加工商的加工精度等级能力。
车载机械加工件未注尺寸公差按照GB/T1804-2000执行即可。
GB/T1804-2000分精密f、中等m、粗糙c、最粗v共4个公差等级，机械结构件图纸未注尺寸公差一般选择中等m级加工即可满足结构装配、使用需求，标注为GB/T1804-m。
见表7、表8、表9（摘至GB/T1804-2000）：
表7线性尺寸的极限偏差数值 单位：
mm
公差等级
基本尺寸分段
0.5～3
>3～6
>6～30
>30～120
>120～400
>400～1000
>1000～3000
精密f
±0.05
±0.05
±0.1
±0.15
±0.2
±0.3
±0.5
中等m
±0.1
±0.1
±0.2
±0.3
±0.5
±0.8
±1.2
粗糙c
±0.2
±0.3
±0.5
±0.8
±1.2
±2
±3
最粗v
—
±0.5
±1
±1.5
±2.5
±4
±6
表8倒圆半径和倒角高度尺寸的极限偏差数值单位：
mm
公差等级
基本尺寸分段
0.5～3
>3～6
>6～30
>30
精密f
±0.2
±0.5
±1
±2
中等m
粗糙c
±0.4
±1
±2
±4
最粗v
表9角度尺寸的极限偏差数值
公差等级
长度分段
～10（mm）
>10～50（mm）
>50～120（mm）
>120～400（mm）
>400（mm）
精密f
±1°
±30’
±20’
±10’
±5’
中等m
粗糙c
±1°30’
±1°
±20’
±15’
±10’
最粗v
±3°
±2°
±1°
±30’
±20’
8.2.2.2包装泡沫
包装泡沫尺寸公差参考表10（摘至GB/T10801.2—2002）：
表10规格尺寸和允许偏差 单位：
mm
长度、宽度尺寸
允许偏差
厚度尺寸
允许偏差
对角线尺寸
对角线差
<1000
±5
<50
±2
<1000
5
1000~2000
±8
50~75
±3
1000~2000
7
>2000~4000
±10
>75~100
±4
>2000~4000
13
>4000
正偏差不限，-10
>100
供需双方决定
>4000
15
升级会员 