实用的标准机柜结构设计的要求规范共23页.docx

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实用的标准机柜结构设计的要求规范共23页

Q/UTS

UT斯达康通讯××公司企业标准

Q_UTSB_006A0_2019

19″标准机柜结构设计规范

Themechanicalcriterionof19inchnormalcabinetsdesigning

2005-11-15发布2005-11-15实施

UT斯达康通讯××公司发布

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IntendedAudience:

H/WGroup,QualityAssuranceGroup&InternalAuditors.

Thisdocumentiscontrolledelectronicallyandanyhardcopyshouldbeconsidereduncontrolled.

ThisdocumentisownedbyHZofMechanicalDevelopmentProcessTeamChairperson.

前言

本标准制订的目的，主要是为了适应公司日益全球化发展的需要，也是为了增强公司机柜可互换性、提高公司机柜设计效率和质量、降低公司机柜研发和生产成本的需要。

本标准主要以IEC标准为主，参照了ETSI、NEBS标准对机柜性能部分的要求及NEBS标准对机柜工程安装的要求。

标准起草：

徐建华

目次

19″标准机柜结构设计规范

Themechanicalcriterionof19inchnormalcabinetsdesigning

1范围

本标准规定了公司19″标准机柜结构设计的基本尺寸、基本性能及工程安装要求。

本标准适用于公司所有19″标准机柜的设计，并且自本标准发布日起，应当严格执行。

在没有特殊情况下，公司的19″标准机柜的设计必须依此标准为依据。

2引用标准

IEC60917-1-98

电子设备机械结构设计模型化规则第一部分：

总标准

Modularorderforthedevelopmentofmechanicalstructuresforelectronicequipmentpractices，Part1:

genericstandard

IEC60297-1-86

482.6（19in）系列机械结构尺寸第一部分：

面板和构架

Dimensionsofmechanicalstructuresofthe482.6mm（19in）series，Part1:

Panelsandracks

IEC60297-2-82

482.6（19in）系列机械结构尺寸第二部分：

机柜和机柜的间距

Dimensionsofmechanicalstructuresofthe482.6mm（19in）series，Part1:

Cabinetsandpitchesofrackstructures

IEC60916-88

电子、电工设备机械结构术语

Terminologyformechanicalstructuresofelectrotechnicalandelectronicequipment

IEC61587-99

电子设备机械结构IEC60917和IEC60927的试验

Mechanicalstructuresforelectronicequipment–testsforIEC60917andIEC60297

第一部分机柜、插箱的气候、机械试验和安全特性

Part1Climatic、mechanicaltestsandsafetyaspectsforcabinets、racks、subracksandchassis

第二部分机柜插箱的地震载荷试验

Part2Seismictestsforcabinetsandracks

IEC60950-99

信息技术设备的安全

Safetyofinformationtechnicalequipment

ETS300119-1-94设备工程；通讯机柜的欧洲标准第一部分：

概述和术语

EquipmentEngineering（EE）；Equipmenttelecommunicationsstandardforequipmentpractice，part1:

Introductionandterminology

ETS300119-2-94

设备工程；通讯机柜的欧洲标准第二部分：

机柜和机架的工程需求

EquipmentEngineering（EE）；Equipmenttelecommunicationsstandardforequipmentpractice，part2:

Engineeringrequirementsforracksandcabinets

ETS300119-3-94设备工程；通讯机柜的欧洲标准第三部分：

机柜和机架排列的工程需求

EquipmentEngineering（EE）；Equipmenttelecommunicationsstandardforequipmentpractice，part3:

Engineeringrequirementsformiscellaneousracksandcabinets

GR-63-CORE-2019

网络通讯设备的系统需求：

物理保护

NetworkEquipment-BuildingSystemRequirements:

PhysicalProduction

3术语定义

设备实体（equipmentpractice）

电子及机电系统的壳体和安装件的机械结构，它考虑了机械部件、电器连线及电子元件之间的相互适应性。

机柜（cabinet）

机柜是一种自由站立并独立支撑的用于电子设备的壳体，它可以独立使用，也可与其他机柜成组使用。

机柜可在一侧或多侧装有门和侧板，以适应不同的用途。

机架（rack）

用于安装电气或电子部件，能自由站立或固定安装的结构。

插箱（subrack）

供安装多个插件和印制板并可装入机柜、机架等内的一种结构箱体单元。

机箱（chassis）

专为支撑辅助电气元件而设计的一种结构箱体单元，也可向插箱一样插入机柜、机架等内。

插件（plug-inunit/model）

可以插入机柜、机架或插箱内部的，以导轨导向并支撑的结构单元，其包括机械支撑结构、PCB板、接插件、导向柱、带有插拔器、指示灯、开关的面板等。

机柜高度（cabinetheight）

机柜高度指的是机柜在正常工作状态下的高度，它不包括支撑脚（或脚轮）、吊环的高度。

附注：

1、IEC60297-2-82种规定，机柜的高度应包括机柜所附带的任何脚轮和支撑脚；

2、ETS300119-2-94和ETS300119-3-94规定，机柜的高度应包括机柜所附带的任何脚轮和支撑脚。

机柜宽度（cabinetwidth）

机柜的宽度包括两种宽度，协调尺寸宽度、实际宽度。

协调尺寸宽度是机柜在工程现场中所要满足的节距线（pitchline）的协调尺寸（co-ordinationdimension）的值；实际宽度是机柜左右包括侧板及侧板外表面最突出部份的实际距离。

有并柜要求的机柜，其实际宽度一定要小于协调尺寸宽度；没有并柜要求的机柜，其实际宽度不能大于协调尺寸的宽度。

机柜深度（cabinetdepth）

机柜的深度定义为机柜的前、后门外表面之间的距离。

机柜的实际深度应该小于或等于机柜的协调尺寸深度。

协调尺寸（co-ordinationdimension）

协调尺寸是一个不带公差的参考尺寸，主要是用于协调机柜内部结构（部）件的安装配合及机柜、电缆安装空间。

4机柜设计的总原则

◆面积和空间浪费最少的产品排列；

◆产品尺寸的互换性，即就是零件、部件外形尺寸和装配尺寸的统一性、标准性；

◆产品尺寸的协调性及产品的互配尺寸，包括产品的组合、运输、储存、安装等。

5机柜的分类及特点

按照使用环境分类

可分为中心局使用机柜及端局使用机柜

5.1.1中心局使用机柜的设计特点

设计时重点考虑的是机柜与其它机柜的配合要求，包括EMC、噪音、电缆布线、工程安装、人机工程，以及尽可能小的物理空间需求。

5.1.2端局使用机柜的设计特点

设计时重点考虑的是较恶劣的使用环境。

按照拼装式方式分类

可分为整体焊接式机柜和拼装式机柜

5.2.1整体焊接式机柜

优点：

机柜整体刚度好，电磁兼容性能好，结构简单。

缺点：

对焊接工艺技术要求较高，零、部件互换性差，包装运输及工程安装不方便。

符合GR-63-CORE-2019规定的机柜应当是焊接式机柜。

5.2.2拼装式机柜

优点：

可加工性好，零、部件互换性好，包装运输及工程安装方便；

缺点：

电磁兼容性能较差，整体刚度较差，结构较复杂。

6机柜的基本组成

机柜一般包括顶围框、底座、左侧板、右侧板、前门、后门、立柱、安装柱、导轨、搁板、脚轮、底角、标牌、铭牌、吊环、并柜机构、防尘系统、防振系统、布线系统、散热系统、电磁兼容系统、防雷击系统、告警系统、照明系统等。

附注：

机柜的以上基本组成部分在机柜的结构设计过程中要严格认真考虑，不需要的应在机柜结构设计方案上做有关说明和解释。

顶围框、底座、外柱的设计

⏹顶围框、底座、外柱使用螺栓、焊接等工艺方法联在一起，形成机柜的基本框架。

⏹顶围框、底座的设计方法很多，通常有板金冲压折弯、铝型材组装、铸造等。

现在常用的是板金冲压折弯和铝型材拼装。

板金冲压折弯一般采用2mm厚的冷轧钢板，并借用螺钉联接和焊接等工艺手段固定拼装而成。

⏹立柱通常用2mm厚的钢板折弯而成，或者采用铝型材。

⏹顶围框、底座进风口应有一定规格的防尘网，在有EMC要求的情况下，防尘网的选用应当考虑EMC的问题。

⏹顶尾框和底座上预留的出线口，在有EMC要求的情况下，也应当考虑EMC问题。

⏹用于对机柜进行散热的风机，有时也可以设计安装在顶围框和底座内。

⏹机柜总接地的铜螺栓一般被设计在机柜的底座上，或者顶围框上。

⏹机柜的顶围框上一般设计有吊环，或者安装吊环的预留孔。

⏹机柜的脚轮、支撑脚以及对机柜进行固定安装穿膨胀螺栓或螺栓的预留孔一般设计在机柜的底座上。

⏹顶围框、底座前、后面如果没有被机柜的前门、后门遮盖，其前、后面又被称作机柜的上眉、下眉。

根据机柜工业设计的不同要求，机柜的铭牌、告警装置经常被设计安装在机柜的上眉上。

为了机柜并柜时的统一美观，机柜上、下眉的宽度应该有统一的规定。

前门、后门的设计

⏹前门是机柜工业造型设计的重点研究对象；前门包括门体、锁紧机构、门限位机构、铰链机构、门禁开关等。

⏹机柜的前、后门可以设计为双开门、单开门。

单开门设计比较简单，双开门有利于工程现场空间的有效利用。

⏹根据工业造型设计美观的要求，机柜的标牌也可以丝印或粘贴在机柜的前门上。

⏹根据电磁兼容设计、热设计、工业造型设计的要求，前门可以被做成多孔门、有机玻璃透明门等。

对于多孔门，要考虑防尘措施；对于有机玻璃透明门，要考虑电磁兼容性。

⏹GR-63-CORE-2019规定门在正常打开状态下，其最凸处位置与机柜节距线的垂直水平距离不能大于150mm。

左、右侧板的设计

⏹侧板设计的要求就是要安装拆卸方便，因此在侧板的设计过程中，要求侧板的重量轻，并尽可能采用带有自动快速定位锁紧机构。

⏹侧板经常用1~1.5mm的冷轧钢板折弯而成，为了提高侧板的刚度，侧板上经常冲压或焊接若干根加强筋，侧板也可以用铝型材和铝板拼装而成。

⏹侧板上如果需要冲压百叶窗孔，应考虑电磁兼容、散热、防水的要求。

⏹根据机柜使用工程环境的不同，机柜侧板上也可以预留过线孔，过线孔一定要加防止电缆磨损的塑料或橡胶过线环。

在有必要的时候，过线孔还应当考虑电磁泄露、防水、防鼠的要求。

安装柱的设计

⏹安装柱是插箱和机柜的连接机构；

⏹安装柱经常用1.5~2mm的冷轧钢板折弯而成，也可以用铝型材拉出。

⏹安装柱上要求预留浮动螺母安装孔，具体尺寸系列详见本标准9.2.1的内容。

导轨的设计

⏹导轨的作用是使插箱及其它部件按照规定的方向运动和减少插箱推入和拉出机柜时的摩擦力，以及对设备内部元、器件和接线提供可接近性的条件。

⏹导轨可分为滑动摩擦导轨和滚动摩擦导轨；滑动摩擦导轨一般用于重量重、不经常拉出推入的插箱，滚动摩擦导轨一般用于重量轻、经常拉出推入的插箱；滑动摩擦导轨一般用2mm的冷轧钢板折弯而成，滚动导轨为行业标准件，可以根据需要选购。

⏹为了提高插箱的抗振性，从理论上讲，一般情况下导轨是不可以和机柜的外柱直接连在一起，所以应在机柜结构设计过程中灵活考虑。

⏹为了减少插箱插入机柜时对机柜冲击的影响，导轨或插箱的后端，都应设计抗冲击装置（例如使用海绵橡胶等）。

搁板的设计

⏹搁板的设计一般用于在机柜里放置非标准设备。

⏹搁板的设计一般采用1~2mm的冷轧钢板，或用铝型板材和1mm冷轧钢板拼装，为了提高搁板的强度，冷轧钢板上经常冲压或焊接若干个加强筋。

铭牌的设计

⏹铭牌是置于设备、产品表面，标有产品型号、名称、商标、机号、性能、规格、出厂日期，以及以供使用者正确操作、应用诸方面资料，内容之类的面牌。

⏹按铭牌的内容分，可分为如下三种：

a）标有产品型号、名称、生产单位、商标、机号、厂标、性能、规格、出厂日期等内容的面牌，在本标准中定义为第一类铭牌；b）供使用者正确操作、应用的资料，有必要单独做成面牌时，这种面牌在本标准中定义为第二类铭牌；c）只包括产品名称和型号或商标的牌，一般位于机器的正面，这种面牌在本标准中定义为第三类铭牌，又称为标牌。

⏹所有用于销售的产品都应有第一类铭牌和标牌；当一套设备由几个分立的机柜组成时，每个机柜上都应有第一类铭牌和标牌。

⏹第二类铭牌不是必须有的，可在必要时采用。

⏹铭牌的材料可选用：

工业纯铝L1、L2、L3、L4；不干胶类（附注：

选用不干胶类材料做为铭牌时，要考虑与机器的工作环境条件和预计的产品使用年限相配合，防止不干胶类材料在过热、过冷、潮湿的环境中脱落、发霉等）；特殊需要也可选用黄铜板H62、H68及其他材料。

金属材料铭牌的厚度尺寸在0.5mm～1.0mm之间选取，不干胶类铭牌的厚度尺寸按实际需要选用。

⏹各种铭牌的设计要根据公司的有关规定及工业设计要求设计。

支撑脚的设计

⏹机柜的支撑脚主要用于恶略环境下地面不平时，机柜的工程安装。

⏹机柜的支撑脚应该具有减振功能和绝缘功能。

⏹机柜的支撑脚在机柜底座上的位置要考虑到机柜全配制时重心的位置。

⏹机柜的支撑脚应当具有高度可以灵活调节的功能；按照ETS300119-2-94、ETS300119-2-94的规定，支撑脚可调节的高度不能小于25mm。

⏹支撑脚与机柜连接的螺纹，在没有特殊要求的情况下，应统一使用M16的螺纹。

脚轮的设计

⏹脚轮为行业的标准件，可在设计时根据不同的需要进行选用。

⏹脚轮有万向和单向之分，也有带自锁和不带自锁之分；在使用时脚轮有可拆卸和不可拆卸之分。

⏹脚轮的选用要考虑到机柜全配制时的重量。

⏹脚轮在机柜底座上的位置要考虑到机柜全配制时重心的位置。

⏹脚轮在没有其它特殊要求的情况下，其与机柜相连的螺纹应当使用M16的螺纹。

吊环的设计

⏹吊环为行业的标准件，可在设计时根据不同的需要进行选用。

⏹吊环和机柜的连接的螺纹，在没有特殊要求的情况下，应当统一使用M12的螺纹。

⏹吊环在机柜顶围框上的位置要考虑到机柜全配制时重心的位置。

⏹吊环的选用要考虑机柜全配制时的重量。

7机柜设计的基本要求

机柜的外形尺寸、装配尺寸及机柜并架要求

⏹机柜的外形尺寸、装配尺寸在没有特殊要求的情况下一定要符合本标准9、10中相关的内容。

⏹按照ETS300119-2-94、ETS300119-2-94的规定,机柜并架时，机柜两侧面可以无限靠近，但是不能接近。

⏹按照GR-63-CORE-2019的规定，机柜并轨时，机柜两侧面的间隙不少于2mm；机柜并轨时，

机柜的刚度、强度和重量

机柜的刚度是指机柜不能因为外力而变形，机柜的刚度指的是指机柜不能因为外力而破坏；机柜的重量从理论上讲是越轻越好，同时注意机柜满配制时的重心位置，要求在前、后、左、右方向尽量居中，在上、下方向尽量偏下。

机柜的走线要求

为了用户的使用方便及其它原因，机柜的走线方式一般分为上走线和下走线；机柜的两种走线方式在满足电磁兼容性能的要求下，都要求排列整齐、帮扎牢靠、维修方便，并且尽量使所有电缆不能外露。

机柜使用的热环境及散热能力

⏹机柜都有一定的使用环境温度的要求，同时机柜本身也应当具有一定的散热能力，比如使用风机、空调等各种热交换设备。

⏹按照ETS300119-2-94、ETS300119-2-94的规定，机柜内大于75℃的热空气不能直接对着电缆吹。

机柜的电磁兼容能力

从理论上讲电磁波是不能被完全屏蔽的，但如果能屏蔽到不同的等级，对不同电子设备正常工作的影响就会减小到零；因此通讯行业不同领域对不同的电子设备，就有不同屏蔽等级的要求。

防雷击性能要求

防雷击性能主要是指机柜不能因为自然雷电通过机柜的各种外部电缆对机柜及机柜内部的器件造成不同程度的损坏。

机柜的防振等级要求

机柜的防振等级有两方面的要求，其一是在运输过程中的颠簸，不能对机柜及机柜内部的器件造成损坏；其二是在工程安装好后，不能因为大地的异常振动，而对机柜及机柜的内部器件造成损坏。

机柜稳定平衡的最大角度要求

是指机柜倾斜而不受重力影响继续倾斜的最大角度。

机柜的防尘要求

空气中漂浮有很多带电的颗粒，如果对机柜不采取防尘措施，这些带电的颗粒会越聚越多，直到最后直接影响到机柜内设备的正常工作。

机柜的包装运输要求

⏹机柜的包装一般分为三层，包装箱、减振泡沫、塑料袋；机柜的包装设计要求美观、防潮（雨）、防颠簸；包装材料要求环保、可回收，机柜的运输方法要求安全可靠。

⏹按照ETS300119-2-94、ETS300119-2-94的规定，机柜包装后的最大外形尺寸不能大于2500mm*1200mm*900mm。

机柜的工程安装要求

在机柜的总体方案设计中，要考虑到机柜在工程安装过程中的方便和安全。

机柜三防设计要求

在严酷的气候环境（高温、高湿、和有大量工业气体污染和盐雾）的环境下，组成机柜的金属材料容易遭受腐蚀，非金属材料容易老化和霉烂，从而严重影响到电子设备的可靠性和寿命，因此在机柜的结构设计中，三防要求也是一个很重要的环节。

机柜的工业造型设计要求

工业造型设计主要解决的是电子设备和用户之间的亲和力，及感觉、视觉官上的舒适感，使用户在工作中达到心情愉快，从而尽最大肯可能地发挥出使用者的工作能力。

机柜工业造型的本身，一般包括六个要素，既组合、线条、立体感、质感、布置协调、明暗与色彩，恰当地处理好这六个要素的相互关系，构成悦目宜人的外形和色彩，是工业造型设计中要解决的基本问题。

机柜的人机工程设计要求

人机工程设计的基本要求是：

根据人体特性和人机系统的关系，确定需要完成那些操作，然后恰当地分配给人和设备，使两者协调地工作，达到高效、经济、安全、省力和操作方便的目的。

机柜的防水等级要求

机柜的防水要求一般是针对户外型机柜而言，主要是要求户外型机柜具有一定防雨的能力。

机柜的生产成本要求

在追求机柜具有各种更高的性能指标外，还要注意机柜本身的生产成本，这两个方面是一对矛盾，因此找到解决这一对矛盾的最佳平衡点，也就是结构设计人员所必须要考虑的问题。

8机柜设计的基本准则

热设计准则

⏹对产品进行热分析和预计，对产品内部最高温升进行设计控制；

⏹使传热通路尽可能的短，横截面尽可能的大；

⏹尽可能利用自然通风或加风机散热，通风孔的设计应考虑到防尘和EMC；

⏹对热敏感的部件、元器件应远离热源或将其隔离，对发热量较大的插箱或零部件应尽量布局于机柜较上部位；

⏹元器件布局应考虑到周围零件辐射的影响，应将发热量较大的零部件尽可能分散布局；

⏹应选择导热系数较大传导零件；

⏹注意使强迫通风与自然通风方向一致，发热部件应处于气流通道上；

⏹尽可能地使进气与排气之间有足够的距离；。

静电防护设计准则

人员接触的键盘、控制面板、手动控制器或钥匙锁的部件应能直接通过机架接地，用以耗散人体的静电荷，同时使静电放电敏感元器件旁路；如果不能接地，则应与电路走线的绝缘距离在5mm以上。

EMC设计准则

⏹应采用金属外壳屏蔽，以防产品内部的辐射耦合；屏蔽板（壳）必须接地；有导电防护外壳的接插件，外壳应作接地处理；

⏹机柜上的所有散热孔应是圆孔，直径不超过干扰波长的1/20；

⏹音频信号的传输线的屏蔽层只允许在信号源端接地，不能把屏蔽线作为信号回线用；

⏹尽可能不用长导线；

⏹电缆导线不要跨越器件；

⏹导线束内电缆屏蔽层之间应保持必要的电隔离；

⏹机柜内各结构件之间应有良好的电气连接，必要时增加导电簧片、导电衬垫等，加强机柜的导电搭接性能；

⏹多层插箱构成的机柜要设置汇流条，以保证各层的地等电位；

⏹将主要的接地平面（单板接地平面，后背板接地平面等）用作工作地，确有干扰时可另行设置模拟地，交流地，保护地，屏蔽地等（无干扰时则不必设置），并在适当的地方与工作地汇接（干扰较大，应在较远处汇接，反之，应在较近处汇接）；

⏹电缆及PCB布线注意强弱信号隔离、输入线与输出线的隔离、信号与干扰源的隔离，电缆和连接器必须保证阻抗匹配；

⏹产品应有明确的雷击防护等级要求。

⏹振动冲击防护设计准则

⏹对产品的结构设计进行振动、冲击分析，测出其固有频率，与产品内、外振动源的激励频率比较，使产品的固有频率与之有一定距离，防止共振；

⏹陆地汽车运输的振荡频率为4Hz～80Hz，根据2倍频要求，机架去谐频率为160Hz，单板去谐频率为320Hz；

⏹抗振动、冲击能力差的元器件与零部件可单独采取被动隔振设计，例如在安装座上增加阻尼；

⏹选用的元器件、零部件应对设计的振动、冲击环境有一定余度的承受能力；

⏹单板上的散热器需用螺钉与印制板固定，不能靠器件管脚固定；

⏹为防止电路导线出现高应力或疲劳失效，对质量超过14g的元器件，除用引线固定外，还需用机械固定装置（例如固定条）