机箱结构设计技术规范汇总文档格式.docx
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因此，要求设计者必须结合生产实际考虑其结构工艺性。
4.4贯彻标准化、模块化：
4.4.1准化是国家的一项重要技术经济政策和管理措施，它对于提高产品质量和生产率、便于使用维修、加强企业管理、降低生产成本等都具有重要作用。
结构设计中必须尽量减少特殊零、部件的数量，增加通用件的数量，尽可能多的采用标准化、规格化的零、部件和尺寸系列（尽量采用标准库中和国标零部件）。
4.4.2模块化是标准化的发展，是标准化的高级形式，用模块可组合成新的系统，也易于从系统中拆卸更换。
模块具有典型性、通用性、互换性、或兼容性。
标准化通用化只是在零件级进行通用互换，模块化则是在部件级，甚至子系统级进行互换通用，从而实现更高层次的简化。
5机箱设计的其本步骤
5.1细研究产品的技术指标；
5.1.1产品的技术指标是设计、制造与使用的唯一依据，亦是检验产品质量的客观标准，为了正确的进行机箱结构设计，应深入实际，详细研究产品的各项技术指标，了解国内外同类产品或相近类型产品的结构与使用情况，然后再确定结构的形式。
5.2确定机箱的类型和外形尺寸：
5.2.1机箱类型是在总体布局过程中，根据不同的产品应用需求，制定各种不同方案，经过讨论分析和比较而确定是壁挂式、桌面式、还是上架式的。
5.2.2机箱尺寸是按机箱内元器件的大小确定初步尺寸，然后根据这个尺寸选用标准尺寸；
也可先选定标准的外形尺寸，再进行箱内的元器件布局分配。
5.2.3面板设计、机箱内元器件的排列布局；
5.2.4面板的尺寸是在机箱类型、尺寸确定后定下的，而面板上各种操纵和显示装置的选择和布局，应该根据电原理图的要求、人机工程、造型、通风等因素综合考虑。
5.2.5机箱内部元器件的排列是根据电原理图，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。
5.3确定机箱零、部件结构形式，绘制零件图纸
5.3.1图纸是工业的语言，再好的设计，也需用它表达出来，一套清晰完整的图纸是一个好的产品的前提和保证。
我公司机械图采用《中国国家工程制图标准》，投影方式采用第一视角投影法，尺寸标注参照GB/T2822-1981，对于由主要尺寸导出的因变量尺寸和工艺上工序间的尺寸，不受此限制；
对已有标准规定的尺寸，可按专用标准选用，机械组参照GB/T14665-1998所做的《模板及图框使用说明》对CAD电子档、图框、图层、图线等也做了详细规定，详见《受控文件归档模板》。
5.3.2本公司一套完整的机械资料由以下9部份组成：
1.图纸封面；
2.零件清单；
3.总装图；
4.部件图；
5.零件图；
6.碰焊图；
7.丝印图；
8.包装图；
9.产品使用说明书；
5.3.2.1图纸封面：
包括所设计机箱的名称及设计、审核、批准的签名；
5.3.2.2零件清单：
分为《IPC-XXXXXX零件清单》与《IPC-XXXXXX零件清单（非军工产品）》，包括设计机箱的关键\重要零件和一般零件的图纸清单和应用到的机箱辅件清单，非军工产品零件清单无产品特性分类，详见附表及填表说明；
5.3.2.3总装图：
要能够明确表达出主要零、部件及元器件的安装位置，机箱的外型、安装尺寸，并在标题栏上方列出主要零、部件及元器件清单，对于关键\重要零件在备注栏中分别标注“G”与“Z”标示；
5.3.2.4部件图：
在总装图不能完全表达设计意图时，还需做出部件图，部件图的要求同于总装图；
5.3.2.5零件图：
是整套图纸的最基本单元，要求能按制图标准清楚表达零件，对于关键\重要尺寸，需在标示尺寸后分别标注“（Gx）”与“（Zx）”标示，“x”表示处数，如：
图上尺寸28±
0.01是第3处关键尺寸，标示为“28±
0.01（G3）”，同时在标题栏中注明零件名称、数量、所属机箱、图号、材料、表面镀涂、零件版本以及关键\重要零件标示等，如果同时具有关键特性和重要特性的零件图，则只在图纸标题栏内标注“G”；
5.3.2.6碰焊图：
要求能够清楚表达各碰焊件的位置，在有严格尺寸要求时，还需标注尺寸、公差，在碰焊图明细栏中，需详细列出碰焊件的代号、名称、图号、数量；
5.3.2.7丝印图：
必须能清楚表达出丝印文字、图形的位置；
技术要求中应注明丝印文字、图形的高度，字体类型、颜色等；
颜色PANTONE色卡表示；
5.3.3机械图纸编号规则如下：
XXX…-XXX
图纸流水号如：
01~99
M：
零件图S：
丝印图
H：
碰焊图W：
线组图
P：
包装图ZP：
装配图
产品型号
例：
编号IETH802-M01，其中：
IETH802表示产品型号，M表示零件图，01表示第一张图纸。
5.3.4除电镀外，所有零件的表面处理，在零件图、碰焊图中只注明“喷漆”或是“喷粉”，具体颜色在《零件清单》中注明，不做表面处理的零件，镀涂栏内不填内容。
5.4资料审核
5.4.1军工产品及与需要实施特性分类的产品审核，图纸及清单经审批后，分别交工程进行工艺会签，交品质进行质量会签及认证进行标准化审核才能受控发放；
5.4.2一般产品的图纸及清单的受控，只需审批后就可送文控受控，其他签核栏用“/”划掉。
6机箱的结构件：
6.1机箱零部件的分类及命名：
如上图所示，机箱主要由五大部份组成，各部份又分成若干小的部份，在没有特殊要求的情况下，零件图中的零件名称需按上图所列的零件名称命名，上图也可作为整套机箱设计完后的对照检查使用。
6.2面板组件（摘自GB/T3047.2-92）
6.2.1面板（见图1-1～图1-3）
6.2.1.1面板宽度B的尺寸系列：
482.6，609.6，762.0mm
6.2.1.2高度H的尺寸系列见表1-1
6.2.1.3面板的材料：
面板一般使用型材或2.50mm冷轧钢板制作；
工作站的面板用铝合金板制作，厚度分为10mm、8.0mm、6.0mm、5.0mm几个规格；
6.2.1.4面板上的装饰：
为了机箱外表的美观，一般在机箱的面板上都有一些装饰性的丝印、凹凸槽等，原则是不能影响机箱功能及牢固性，公司的标志一般装在机箱面板的左上角醒目位置，特殊情况可例外；
表1-1
代号
图号
n.U
H
h
±
0.4
1-1
1U
43.6
5.9
2U
88.1
37.7
1-2
31.8
76.2
3U
132.5
57.15
4U
177
101.6
5U
221.5
146.1
6U
265.9
190.5
1-3
7U
310.3
88.9
8U
354.8
9U
399.2
120.6
10U
443.7
165.1
11U
488.1
133.3
12U
532.6
190.6
注：
表中：
U=44.45mm；
H=nXU-0.8mm；
当结构设计需要增加不足1U的面板高度时，允许在H值上增加1/2U，但h1、h2、h3不变。
6.2.1.5面板安装槽口或安装孔的尺寸见图1-4：
图1-4
6.2.1.6
面板的类型与机柜立柱的配合示意，见图1-5：
图1-5
6.2.1.7
面板与机柜（或机架）在宽度方向上的安装尺寸（见图1-6、表1-2）
图1-6
表1-2
B
B1
B’min
482.6
465
450
609.6
592
577
762.0
744.4
729.4
6.2.2挂耳：
挂耳可与面板做成一体，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整合后的外型尺寸必须符合GB/T3047.2-92；
6.2.3把手：
把手应优先选用《机械设计通用件标准库》中的把手，为了便于机箱上架后与机柜立柱贴平，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；
新设计把手时，应符合以下标准：
（1）4U（包含4U）以上的机箱，把手固定孔距为138mm，固定螺孔为2-M4；
（2）2U机箱把手固定孔距为64mm，固定螺孔为2-M4；
（3）1U机箱把手固定孔距为35mm，固定螺孔为2-M3；
6.2.4面板支架：
面板支架是面板与箱体之间的过渡件，它和面板、箱体都要有良好的电接触，面板支架不光要支撑面板，还要支撑装在门板内的开关、灯板、防尘网组件等，面板支架上开关类的开孔可参照《机械设计标准库》，驱动器的开孔是在驱动器外型尺寸基础上周边放大0.3mm，面板支架与箱体之间的间隙单边留0.2mm比较合适；
6.2.5门组件：
门组件一般由门、玻璃、门绞几部份组成，因要监视门内指示灯的运行状态，一般在门上都开有能够看到灯的观察窗，在观察窗内嵌有门玻璃；
门绞是把门与箱体联接起来的一个重要部件，应优先选用《机械设计通用件标准库》中的标准门铰链，设计时应对门的开闭情况做模拟试验，包括锁在内的所有门上附件不得与面板有碰撞、卡滞现象，完全开启后的门也不能碰在面板上，以免蹭掉面板上的喷涂层；
一般门与门框的间隙单边留0.3mm比较合适，靠近门绞侧的间隙可适当放大，考虑到转动干涉及外表的美观，门绞侧的边可铣成斜边，门框相应位置也需倒角；
6.3箱盖组件
6.3.1箱盖：
箱盖的外型尺寸：
一般与箱体同宽，与箱体接触面有良好的电接触，单边间隙留0.3mm较适宜；
6.3.2箱盖压条：
为便于箱盖与箱体固定，在箱盖内侧设计有压条，帮助箱盖卡在箱体上，一般压条与箱盖间的间隙等于面板支架的板厚加上0.3mm；
6.4箱体组件：
箱体、面板与箱盖的基本尺寸（见图1-7、表1-3）；
图1-7
表1-3
B3（包含机箱两导轨）
<
449（推荐不含导轨425）
576（推荐不含导轨560）
见表1-1
H3
≦H（参照GB/T2822-1981选用标准尺寸）
D3
240、300、360、420，需要时按60mm增量增加
6.4.1箱体是整个机箱的重要组成部分之一，它不光承担机箱中电子元器件的“保卫”、屏蔽、固定的任务，还要在适当的位置对电子元器件的连接线加以固定；
箱体与其它部件碰焊时，焊点间距不得大于50mm，对一些外露的窄长缝隙，需加以处理，方法有三种，a减小碰焊点间距，b缩小固定螺钉间距，c增加EMC弹片；
6.5驱动器架：
驱动器架可按其在机箱中所处位置及与相邻零件、元件的位置关系确定，驱动器需有前后调节的空间，与驱动器配合时建议侧面单边间隙留0.3mm，驱动器架与驱器以及机壳要保证有良好的电气接触，例如可在橡胶减震上装跨接弹片，在不装光软驱的情况下，还应设计光、软驱盖板，光软驱盖应优先选用《机械设计通用件标准库》中的。
6.6压条：
压条的作用是在机箱中压紧所有板卡,使机箱在经受恶劣环境下的震动时板卡不致于松动或接触不良,所以压条要有一定的钢性、强度，材料必须选用1.50mm以上的钢板,在已知最高板卡的情况下,设计时压条的下表面距板卡的上表面距离为5.0mm,这样压块既有一定的压缩量，又不用再加工浪费工时，在压其它板卡时，可在压块尺寸A上进行调整，见图1-8；
压条上装压块的开孔见图1-9，两侧开孔若要错开设计时，靠近插槽架一侧的开孔按正常位置设计；
压条分为前后两条，前压条压在全长卡的后端，后压条在机箱中的位置一般处于PICMG卡前端1/3处（约为114mm），前、后压条下表面距板卡上表面的距离应相等，如图1-10所示；
图1-10
6.7EMC弹片：
为了保证整机的电磁兼容性，机箱设计时必须考虑屏蔽问题，而接缝的连接工艺及结构对屏蔽效能影响最大，所以要求接缝为碰焊的，重叠部分不得小于9.0mm，焊点间距不得大于50mm，螺钉连接时，也应有同样的重叠和螺钉间距；
在结构上不能满足以上要求时，就要考虑应用EMC弹片来保证机箱接触面缝隙不大于50mm了，EMC弹片应优先选用《机械设计通用件标准库》中的。
6.8喇叭架：
机箱上的喇叭主要作用是放大主板上蜂鸣器的声音，它的位置最好选在面板、机箱底面等能透出声音的地方，喇叭、喇叭压片请优先选用《机械设计通用件标准库》中的。
6.9进风防尘组件：
随着电技术的迅速发展，微电子元器件和设备的组装密度也在迅速提高，组件和设备的热流密度也在迅速增加，为了防止电子元器件的热失效，保证它们在规定的热环境下，能按预定的参数正常、可靠地工作，就要给它们创造一个良好的热环境，要创造这样的环境，首先要从电子设备的热控制入手，一般来说，电子设备冷却的方法有以下几种：
6.9.1自然冷却法，靠电子元件自身的热对流、辐射、传导来散发热量，优点是可靠性高，成本低，它不需要风扇、热管等冷却装置，避免了因机械部件磨损或故障影响系统可靠性的敝病，缩小了机箱空间，在设计低功耗主板时应优先考虑自然冷却法；
6.9.2强迫空气冷却法，此法在一些热流密度要求高，温升要求也比较高的电子设备中得到广泛应用，优点是设备简单，成本低，缺点是体积重量大，噪音也较大，机械部件磨损或故障会影响系统的可靠性；
（我们公司的工控机箱大多采用的是此种方法，而此法中用的最多的又是C整机鼓风冷却法），强迫空气冷却的基本形式有三种，a单个电子元器件的强迫空冷，也就是对某个发热特别严重的电子元器件设计专用风道，采取点冷却的方式；
b整机抽风冷却，也就是把风扇装在出风口处，特点是风量大，风压小，各部分风量比较均匀，适用于单元热量分布比较均匀，各元件所需冷却表面的风阻较小的机箱；
c整机鼓风冷却法，也就是把风扇装在进风口处，特点是风压大，风量比较集中，适用于单元内热量分布不均匀，各单元需要专门风道冷却，风阻较大，元件较多的机箱；
6.9.3整机抽风或鼓风所需风量公式如下：
Qf=Φ/CpΔt（m3/s）
式中空气的密度：
kg/m3；
Cp空气的比热：
J/（kg.℃）；
Φ总损耗功率（热流量）：
W；
Δt冷却空气出口与进口温差℃（一般Δt可取10℃左右）
6.9.4这是一种比较保守的计算方法，它忽略了机箱四周对大气的辐射和自然对流换热所散去的热量，算出的值偏大；
如果外界温度低于机箱表面温度，精确计算时，应该把辐射和自然对流换热所散去的热量减去，再求所需风量，一般在强迫风冷时，辐射与自然对流散热量约占总散热量的10%左右，既Qf=Φ-Φ10%/CpΔt（m3/s）
6.9.5直接液体冷却法，此法适用于体积功率密度较高的电子元器件或部件，优点是冷却效率极高，缺点是需要对流泵和热交换器等部件，易损，维护成本高；
6.9.6热管冷却法，热管是一种热传导效率很高的传热器件，其传热性能比相同的金属导热能力高几十倍，且热管两端的温差很小，应用热管传热时，主要是如何减小热管两端接触界面上的热阻；
6.9.7我们使用最多的是强迫空气冷却法，此法中不管采用哪种形式，都要考虑风道及风孔的设计，风道因受机箱体积、箱内元器件布局的限制，要根据具体情况来定；
风孔设计时要把握以下四条基本准则：
a通风孔的开设要有利于气流形成有效的自然对流通道；
b进风孔尽量对准发热元器件；
c进风口与出风口要远离，为防止气流短路，应开在温差较大的相应位置，进风孔尽量低，出风孔尽量高；
d进、出风孔都应考虑电磁泄露，进风孔还需要考虑防尘；
6.9.8因防尘网对进风有一定的阻碍作用，应用时应该根据机箱实际工作的环境来定，一般1U机箱工作的环境相对较好，可考虑不用防尘网；
防尘网应有专门的支架来支撑，拆装也应方便，利于使用者定期清理防尘网上的灰尘；
6.9.9进风防尘组件中的主角是风扇，它的选用应综合考虑，考虑到降低噪声及结构的合理性，一般在设计时风扇支架都是和插槽架合二为一的；
6.10底板组件：
底板组件是一套机箱的核心部分，在结构上,底板组件是由底板支架、插槽架、I/O架和I/O弹片四部份组成，而设计时，最关心的是装在这些支架上的主板、底板之间的位置、尺寸关系，目前为止，还没有找到过这方面的现成资料，我以我们公司现有的底板、主板经测绘后，总结出它们之间的关系如图1-11，供大家设计时参考：
图1-11
6.10.1底板组件的四个零件中，I/O架的尺寸与主板关系最为密切，我公司以前的机箱对此件的尺寸未做统一规定，我根据我们以前的老产品及主板尺寸定出I/O架的主要关联尺寸，见图1-12，供大家设计时参考；
图1-12
6.10.2底板支架,顾名思义是固定底板的，应按所用底板配好螺孔，外型与底板做成相近形状，与机箱固定的孔位还需做防反设计；
底板支架上表面距底板下表面最小不得小于3.0mm，推荐尺寸为6.0mm，与隔离柱等高；
6.10.3为了加强对主板的散热,插槽架经常与风扇架设计成一体,所以插槽架中间部分应尽可能大的镂空,新设计的机箱插槽架还要承担支撑前压条的任务,插槽架上装卡条的孔位如图1-13；
图1-13
6.10.4I/O弹片作用是加强键仔与I/O架之间的接触,《机械设计通用件标准库》中收进了我公司常用底板需配的几款I/O弹片，设计时请优先选用；
6.11背板组件
6.11.1背板：
背板是整个机箱的后屏障,I/O架、一些并口、串口、键盘接口、电源出口都固定在它上面，大多数机箱还要从背板上出风，一些行业（比如DVR行业）还有大把的线要从背板上出来，所以背板上最好留一些出线孔，不用时用盖板盖上；
背板在许可的情况下最好做成可拆式，与箱体配合的单边间隙留0.2mm较合适，它与箱体要保持良好的电导通。
6.11.2挡口板：
盖板是盖住背板上过线孔的小板，板上开有通风孔，如图1-15
图1-15
6.12导轨
6.12.1导动：
导轨是加强机箱强度和上架用的,我公司常用的导轨见图1-16,服务器和三合一显视器等需要抽出的设备还要用到抽拉式导轨,典型的如我公司产品IPC-KVM上用的的三级导轨,见图1-17；
图1-16
图1-17
7电磁兼容设计
7.1随着电子技术的迅速发展,单纯的机械结构设计已经逐步被机电结合、光电结合等新技术所取代，这就要求我们作机箱结构设计时，不单要考虑电子元器件是否能被装下，还要在电磁兼容、通风散热、振动等方面多与电子工程师勾通，使我们的机箱能更好的为我公司的产品服务；
下面是机箱设计在电磁兼容方面应注意的几个问题：
7.1.1机箱上尽量少开长孔，通风孔长度应≤30mm，其它槽缝上电接触不良的长度应≤50mm长，否则就得采取附加的电接通措施，如接地簧片。
7.1.2机箱上两金属件间的接触面上不能有漆（包括电源安装处），新设计机箱尽量采用“外喷涂、内保护”的方式。
7.1.3所有I/O口的外壳应就近与机壳后面板良好接通，无法保证的应采用端面带弹片的插座。
7.1.4光驱和软驱之间，以及它们与盘架之间，盘架与机箱面板之间均应加金属簧片，使之电接触好。
8表面处理
8.1铝板和铝合金表面可做如下处理：
拉丝/喷砂后氧化，电镀。
8.1.1铝板面板表面常做拉丝氧化或喷砂氧化处理。
8.1.1.1拉丝可根据装饰需要，制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种
喷砂处理可获得细微反射面的表面，达到光泽柔和效果。
8.1.1.2氧化使铝板表面得到一层保护膜，以防自然氧化，而且氧化膜的表面硬度也比原材料高，可以起到保护作用。
氧化分导电氧化和阳极氧化。
导电氧化：
氧化层可导电，氧化层薄，表面易脏和易被腐蚀，导电氧化只能做本色和金黄色。
阳极氧化：
氧化层不导电，氧化层厚。
阳极氧化膜靠吸附染料而着色，可使产品得到各种颜色。
自然散热时，铝合金散热器为提高辐射热的能力，常做阳极氧化发黑处理。
8.1.1.3电镀层起装饰和保护作用，如铰链镀镍。
8.2钢板表面常做如下处理：
喷漆/喷粉，电镀，起装饰和保护作用。
8.2.1冷扎板耐腐蚀性差，需整个零件全喷涂或电镀。
其余钢板视外观需要而选择。
8.2.2单面漆厚约为0.025mm-0.04mm;
单面粉厚约为0.08mm-0.12mm。
8.2.3产品常用颜色：
工业灰砂纹，工业黑砂纹，纯黑，银黑，银白。
若需其余颜色，可按PANTONE（国际通用色板）选取。
9丝印
公司产品中，面板丝印的内容字高字体和颜色等按平面设计师要求。
其余丝印本着易看清，大方，美观为原则。
后面板VGA，MS，KB等字母丝印要求如下：
丝印字体Arial，字高2.5，实心,颜色白色（当后面板表面喷涂深色时）
10附录
10.1我公司常用的底板、主板、PICMG长卡、PCI卡、ISA卡、电源、开关、风扇等见《机械设计通用件标准库》；
10.2机械图纸中部分示例文件：
1图纸封面；
2零件清单；
3总装图；
4部件图；
5零件图；
6碰焊图；
7丝印图；
8包装图；
10.3零件清单填表说明：
10.3.1压铆紧固类：
包括压铆螺母、压铆螺母柱、压铆螺钉、压铆松不脱、涨铆螺母等，还有固定底板、主板、灯板的六角铜螺柱等；
10.3.2风扇类：
包括机箱上安装的所有风扇，但不包括电源风扇，主板风扇若要列入表中，需在备注栏中加以注明；
10.3.3开关类：
包括电源开关（AT、ATX）、复位开关、KB-LK开关、电位器、拔动开关等；
填表时在名称栏注明大电源开关、小电源开关等，规格栏中注明开关的料号，新开关在备注栏注明；
10.3.4插接件类：
包括装在机箱上的键盘接口、USB口、并口、串口、接线端子等；
10.3.5灯板
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