机箱设计规范--研祥.doc
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深圳市研祥智能
科技股份有限公司
文件名称：
机箱结构设计规范
编号：
WC-R&D-
版本：
A0
页次：
23/23
1.范围
本规范适用于工业计算机类标准19＂上架机箱的结构设计。
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
2.4《电子设备结构设计原理》
3机箱设计的基本要求
3.1.1保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。
3.1.2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。
3.1.3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。
3.1.4贯彻标准化、模块化：
3.1.4.1标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）。
3.1.4.2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。
4机箱设计的其本步骤
4.1.1详细研究产品的技术指标；
4.1.1.1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。
4.1.2确定机箱的类型和外形尺寸：
4.1.2.1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挂墙式、桌面式、还是上架式的。
4.1.2.2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。
4.1.3面板设计、机箱内元器件的排列布局；
4.1.3.1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。
4.1.3.2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。
4.1.4确定机箱零、部件结构形式，绘制零件图纸
4.1.4.1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》。
4.1.4.2本公司一套完整的机械图纸由以下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；
4.1.4.31.图纸封面上应有所设计机箱的名称及设计、审核、批准的签名；2.零件清单包括所设计机箱的所有图纸和应用到的机箱辅件，详见附表及填表说明；
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；
4.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；
5.零件图是整套图纸的最基本单元，不光要求能按制图标准清楚表达零件，还需在标题栏中注明零件名称、数量、所属机箱、图号、材料、表面镀涂以及零件版本；
6.碰焊图要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；
7.丝印图要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，颜色需用PANTONE色卡表示；
4.1.4.4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机箱的结构件：
5.1机箱零部件的分类及命名：
机箱
背板组件
面板组件
导轨
箱体组件
箱盖组件
挡口板
背板
箱盖压板
箱盖
面板
门组件
面板支架
把手
挂耳
门
铰链
门玻璃
可做成一体
箱体
喇叭架
进风防尘组件
EMC弹片
底板组件
压条
驱动器组件
风扇架
防尘网盖
防尘网架
后压条
前压条
I/O弹片
I/O架
插槽架
底板支架
ATX
AT
接地弹片
光驱盖
软驱盖
驱动器架
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。
5.2面板组件（摘自GB/T3047.2-92）
5.2.1.1面板（见图1-1~图1-3）
图1-3
图1-2
图1-1
5.2.1.2面板宽度B的尺寸系列：
482.6，609.6，762.0mm
5.2.1.3高度H的尺寸系列见表1-1
5.2.1.4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；
5.2.1.5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
h1
h2
h3
±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。
5.2.1.6面板安装槽口或安装孔的尺寸见图1-4：
图1-4
5.2.1.7面板的类型与机柜立柱的配合示意，见图1-5：
图1-5
5.2.1.8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
5.2.1.9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；
5.2.1.10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；
5.2.1.11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；
5.2.1.12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；
5.3箱盖组件
5.3.1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；
5.3.2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；
5.4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
5.4.1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；
5.5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。
5.6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
5.7EMC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。
5.8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。
5.9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：
（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；
（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；
（3）整机抽风或鼓风所需风量公式如下：
Qf=Φ/rCpΔt（m3/s）
式中r¾¾¾空气的密度（kg/m3）；
Cp¾¾¾空气的比热（J/（kg.℃））；
Φ¾¾¾总损耗功率（热流量）（W）；
Δt¾¾¾冷却空气出口与进口温差℃（一般Δt可取10℃左右）
（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%/rCpΔt（m3/s）
（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）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；
（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；
（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；
（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；
5.10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
5.10.1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
5.10.2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;
5.10.3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
5.10.4I/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；
5.11背板组件
5.11.1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
5.11.2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
5.12导轨
5.12.1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
6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：
6.1.1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。
6.1.2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。
6.1.3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。
6.1.3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。
7附录
7.1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》；
7.2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；
7.3零件清单填表说明：
7.3.1.1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；
7.3.1.2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；
7.3.1.3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；
7.3.1.4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；
7.3.1.5灯板：
机箱中用到的指示灯板，没有可不填写；
7.3.1.6喇叭：
机箱中用到的喇叭，没有可不填写；
7.3.1.7机箱辅件：
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；
7.3.1.8适用底板：
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；
7.3.1.9适用电源：
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；
7.3.1.10机箱喷涂颜色：
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；
备注：
此栏填写机箱的特殊要求及一些特殊规定；
★持续改进的质量、快速灵活的反应、准确及时的交货、有利竞争的成本、文明和谐的环境★
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