机箱结构设计技术参考规范样本Word下载.docx
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结构与工艺是密切相关的,采用不同的结构就相应有不同的工艺,而且机箱结构设计的质量必须要有良好的工艺措施来保证。
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;
、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:
;
图纸封面:
包括所设计机箱的名称及设计、审核、批准的签名;
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;
:
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;
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;
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±
,标示为“28±
(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”;
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;
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;
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。
,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。
资料审核
,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;
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/T)
(见图1-1~图1-3)
6.2.1.1面板宽度B的尺寸系列:
,,
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:
工作站的面板用铝合金板制作,厚度分为10mm、、、;
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=;
H=;
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/;
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》,,;
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;
,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,;
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,;
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,,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,,在已知最高板卡的情况下,,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,,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:
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/ρCpΔt(m3/s)
式中ρ−−−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%/ρCpΔt(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;
,,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,,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
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:
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。
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。
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。
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
拉丝/喷砂后氧化,电镀。
。
,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。
,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。
,如铰链镀镍。
:
喷漆/喷粉,电镀,起装饰和保护作用。
,需整个零件全喷涂或电镀。
其余钢板视外观需要而选择。
;
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,,实心,颜色白色(当后面板表面喷涂深色时)
10附录
、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》;
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;
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;
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;
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;
包括装在机箱上的键盘接口、USB口、并口、串口、接线端子等;
机箱中用到的指示灯板,没有可不填写;
机箱中用到的喇叭,没有可不填写;
包括锁、公司标志、机箱脚垫、卡条、减震垫、薄膜键盘以及机箱上用到的其它辅助零件;
机箱设计任务书中的列出的底板为标配,其它可以装上的为选配,标配、选配应在备注中说明;
机箱设计任务书中的列出的电源为标配,其它可以装上的为选配,标配、选配应在备注中说明;
机箱所有零件颜色在具体图纸中不标明,只写喷涂,所有颜色以清单中所注为准;
\重要零件清单:
关键\重要零件需在图纸清备注栏分别标示“G”与“Z”,并列于清单的前列;
备注:
此栏填写机箱的特殊要求及一些特殊规定;
11质量记录
《IPC-XXXXXX零件清单》QR-R&
D-005
《IPC-XXXXXX零件清单(非军工产品)》QR-R&
D-008
12附件
所附图纸为示范图纸。
附件一:
共计十页。