机箱结构设计技术规范.docx
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机箱结构设计技术规范
1范围
本规范适用于工业类计算机机箱的结构设计，并针对军工产品与需要实施特性分类的工业计算机规定了特性分类在设计文件上的表示方法。
2规范性引用标准及参考文献
2.1GB/T3047.2-1992高度进制为44.45mm的面板、机架和机柜基本尺寸系列
2.2GB/T14665-1998机械工程CAD制图规则
2.3GB/T2822-1991标准尺寸
2.4SJ/T207.1-3-1999中华人民共和国电子行业标准《设计文件管理制度》
2.5《电子设备结构设计原理》
3定义：
特性分类：
根据特性的重要程度，对其实施分类的过程。
特性分为三类：
关键特性、重要特性和一般特性；
关键特性：
如有故障，可能危及人身安全、导致武器或完成所要求使命的主要系统失效的特性；具有此特性的零件称关键零件；
重要特性：
如有故障，可能会导致最终产品不能完成所要求使命的特性；具有此特性的零件称重要零件；
一般特性：
该特性虽与产品质量有重要关系，但如有故障，一般不会影响产品的使用性能；仅有此特性的零件称一般特性；
4机箱设计的基本要求
4.1证产品技术指标的实现：
设计机箱时，必需考虑机箱内部元、器件相互间的电磁干扰和热的影响，以提高电性能的稳定性；必需注意机箱的强度、钢度问题，以免产生变形，引起电气接触不良、门、插接件卡滞，甚至受振后损坏；必需按实际工作环境和使用条件，采取相应的措施以提高设备的可靠性和使用寿命，保证产品技术指标的实现。
4.2便于设备的操作使用与安装维修：
为了能有效地操作和使用设备，必须使机箱的结构设计符合人的心理和生理特点，同时还要求结构简单，装拆方便。
此外，面板上的控制器、显示装置必须进行合理选择与布局，以及考虑操作人员的人身安全等等。
4.3良好的结构工艺性：
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；
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；
机箱
箱盖组件
箱体组件
挡口板
导轨
面板组件
挂耳
把手
面板支架
门组件
可做成一体
门玻璃
铰链
门
箱盖
箱盖压板
背板组件
背板
驱动器组件
压条
底板组件
EMC弹片
进风防尘组件
驱动器架
软驱盖
光驱盖
前压条
后压条
防尘网架
防尘网盖
风扇架
底板支架
插槽架
AT
ATX
面板
接地弹片
I/O架
I/O弹片
喇叭架
箱体
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）
图1-1
图1-2
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
h
h
±0.4
1-1
1U
43.6
5.9
2U
88.1
37.7
1-2
1U
43.6
5.9
31.8
2U
88.1
5.9
76.2
3U
132.5
37.7
57.15
4U
177
37.7
101.6
5U
221.5
37.7
146.1
6U
265.9
37.7
190.5
1-3
6U
265.9
37.7
57.15
76.2
7U
310.3
37.7
88.9
57.15
8U
354.8
37.7
101.6
76.2
9U
399.2
37.7
101.6
120.6
10U
443.7
37.7
101.6
165.1
11U
488.1
37.7
133.3
146.1
12U
532.6
37.7
133.3
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
B
482.6
609.6
B3（包含机箱两导轨）
<449（推荐不含导轨425）
<576（推荐不含导轨560）
H
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1-9
图1-8
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。
图1-14
图1-14
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
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