机箱设计标准规范.doc

1 .范畴本规范合用于工业计算机类原则19上架机箱构造设计。2 规范性引用原则及参照文献2.1 GB/T 3047.2-1992 高度进制为44.45mm面板、机架和机柜基本尺寸系列2.2 GB/T 14665-1998 机械工程CAD制图规则2.3 GB/T 2822-1991 原则尺寸2.4 电子设备构造设计原理3 机箱设计基本规定3.1.1 保证产品技术指标实现：设计机箱时，必须考虑机箱内部元、器件互相间电磁干扰和热影响，以提高电性能稳定性；必须注意机箱强度、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；必须按实际工作环境和使用条件，采用相应办法以提高设备可靠性和使用寿命，保证产品技术指标实现。3.1.2 便于设备操作使用与安装维修：为了能有效地操作和使用设备，必要使机箱构造设计符合人心理和生理特点，同步还规定构造简朴，装拆以便。此外，面板上控制器、显示装置必要进行合理选取与布局，以及考虑操作人员人身安全等等。3.1.3 良好构造工艺性：构造与工艺是密切有关，采用不同构造就相应有不同工艺，并且机箱构造设计质量必要要有良好工艺办法来保证。因而，规定设计者必要结合生产实际考虑其构造工艺性。3.1.4 贯彻原则化、模块化：3.1.4.1 原则化是国家一项重要技术经济政策和管理办法，它对于提高产品质量和生产率、便于使用维修、加强公司管理、减少生产成本等都具备重要作用。构造设计中必要尽量减少特殊零、部件数量，增长通用件数量，尽量多采用原则化、规格化零、部件和尺寸系列(尽量采用原则库中和国标零部件)。3.1.4.2 模块化是原则化发展，是原则化高档形式，用模块可组合成新系统，也易于从系统中拆卸更换。模块具备典型性、通用性、互换性、或兼容性。原则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，从而实现更高层次简化。4 机箱设计其本环节4.1.1 详细研究产品技术指标；4.1.1.1 产品技术指标是设计、制造与使用唯一根据，亦是检查产品质量客观原则，为了对的进行机箱构造设计，应进一步实际，详细研究产品各项技术指标，理解国内外同类产品或相近类型产品构造与使用状况，然后再拟定构造形式。4.1.2 拟定机箱类型和外形尺寸：4.1.2.1 机箱类型是在总体布局过程中，依照不同产品应用需求，制定各种不同方案，通过讨论分析和比较而拟定是挂墙式、桌面式、还是上架式。4.1.2.2 机箱尺寸是按机箱内元器件大小拟定初步尺寸，然后依照这个尺寸选用原则尺寸；也可先选定原则外形尺寸，再进行箱内元器件布局分派。4.1.3 面板设计、机箱内元器件排列布局；4.1.3.1 面板尺寸是在机箱类型、尺寸拟定后定下，而面板上各种操纵和显示装置选取和布局，应当依照电原理图规定、人机工程、造型、通风等因素综合考虑。4.1.3.2 机箱内部元器件排列是依照电原理图，重要元、器件外形尺寸及互有关系，并考虑通风、减振、屏蔽及走线以便美观限度等来拟定。4.1.4 拟定机箱零、部件构造形式，绘制零件图纸4.1.4.1 图纸是工业语言，再好设计，也需用它表达出来，一套清晰完整图纸是一种好产品前提和保证。我公司机械图采用中华人民共和国国家工程制图原则，投影方式采用第一视角投影法，尺寸标注参照GB/T2822-1981，对于由重要尺寸导出因变量尺寸和工艺上工序间尺寸，不受此限制；对已有原则规定尺寸，可按专用原则选用，机械组参照GB/T 14665-1998所做模板及图框使用阐明对CAD电子档、图框、图层、图线等也做了详细规定，详见受控文献归档模板。4.1.4.2 我司一套完整机械图纸由如下9部份构成：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.产品使用阐明书；4.1.4.3 1.图纸封面上应有所设计机箱名称及设计、审核、批准签名；2.零件清单涉及所设计机箱所有图纸和应用到机箱辅件，详见附表及填表阐明；3.总装图，要可以明确表达出重要零、部件及元器件安装位置，机箱外型、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，部件图规定同于总装图；5.零件图是整套图纸最基本单元，不光规定能按制图原则清晰表达零件，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.碰焊图要可以清晰表达各碰焊件位置，在有严格尺寸规定期，还需标注尺寸、公差，在碰焊图明细栏中，需详细列出碰焊件代号、名称、图号、数量；7.丝印图要能清晰表达出丝印文字、图形位置，技术规定中应注明丝印文字、图形高度，字体类型、颜色等，颜色需用PANTONE色卡表达；4.1.4.4 除电镀外，所有零件表面解决，在零件图、碰焊图中只注明“喷漆”或是“喷粉”，详细颜色在零件清单中注明，不做表面解决零件，镀涂栏内不填内容。5 机箱构造件：5.1 机箱零部件分类及命名： 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电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ATXAT 接地弹片光驱盖软驱盖驱动器架如上图所示，机箱重要由五大部份构成，各部份又提成若干小部份，在没有特殊规定状况下，零件图中零件名称需按上图所列零件名称命名，上图也可作为整套机箱设计完后对照检查使用。5.2 面板组件（摘自GB/T 3047.2-92）5.2.1.1 面板（见图1-1图1-3）图1-3图1-2图1-15.2.1.2 面板宽度B尺寸系列：482.6，609.6，762.0mm5.2.1.3 高度H尺寸系列见表1-15.2.1.4 面板材料：面板普通使用型材或2.50mm冷轧钢板制作；工作站面板用铝合金板制作，厚度分为10mm、8.0mm、6.0mm、5.0mm几种规格；5.2.1.5 面板上装饰：为了机箱外表美观，普通在机箱面板上均有某些装饰性丝印、凹凸槽等，原则是不能影响机箱功能及牢固性，公司标志普通装在机箱面板左上角醒目位置，特殊状况可例外；表1-1代号图号n.UHh1h2h30.41-11U43.65.92U88.137.71-21U43.65.931.82U88.15.976.23U132.537.757.154U17737.7101.65U221.537.7146.16U265.937.7190.51-36U265.937.757.1576.27U310.337.788.957.158U354.837.7101.676.29U399.237.7101.6120.610U443.737.7101.6165.111U488.137.7133.3146.112U532.637.7133.3190.6注：表中：U=44.45mm；H=nXU-0.8mm；当构造设计需要增长局限性1U面板高度时，容许在H值上增长1/2U，但h1、h2、h3不变。5.2.1.6 面板安装槽口或安装孔尺寸见图1-4：图1-45.2.1.7 面板类型与机柜立柱配合示意，见图1-5：图1-55.2.1.8 面板与机柜（或机架）在宽度方向上安装尺寸（见图1-6、表1-2）图1-6表1-2BB1Bmin482.6465450609.6592577762.0744.4729.45.2.1.9 挂耳：挂耳可与面板做成一体，也可单独做成一种零件，但挂耳上上架孔以及挂耳与机箱面板整合后外型尺寸必要符合GB/T3047.2-92；5.2.1.10 把手：把手应优先选用机械设计通用件原则库中把手，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，不得影响上架螺钉装配；新设计把手时，应符合如下原则：（1） 4U（包括4U）以上机箱，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过渡件，它和面板、箱体都要有良好电接触，面板支架不光要支撑面板，还要支撑装在门板内开关、灯板、防尘网组件等，面板支架上开关类开孔可参照机械设计原则库，驱动器开孔是在驱动器外型尺寸基本上周边放大0.3mm，面板支架与箱体之间间隙单边留0.2mm比较适当；5.2.1.12 门组件：门组件普通由门、玻璃、门绞几部份构成，因要监视门内批示灯运营状态，普通在门上都开有可以看到灯观测窗，在观测窗内嵌有门玻璃；门绞是把门与箱体联接起来一种重要部件，应优先选用机械设计通用件原则库中原则门铰链，设计时应对门开闭状况做模仿实验，涉及锁在内所有门上附件不得与面板有碰撞、卡滞现象，完全启动后门也不能碰在面板上，以免蹭掉面板上喷涂层；普通门与门框间隙单边留0.3mm比较适当，接近门绞侧间隙可恰当放大，考虑到转动干涉及外表美观，门绞侧边可铣成斜边，门框相应位置也需倒角；5.3 箱盖组件5.3.1 箱盖：箱盖外型尺寸：普通与箱体同宽，与箱体接触面有良好电接触，单边间隙留0.3mm较适当；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，协助箱盖卡在箱体上，普通压条与箱盖间间隙等于面板支架板厚加上0.3mm；5.4 箱体组件：箱体、面板与箱盖基本尺寸（见图1-7、表1-3）；图1-7表1-3B482.6609.6B3（包括机箱两导轨）449（推荐不含导轨425）576（推荐不含导轨560）H见表1-1H3H(参照GB/T2822-1981选用原则尺寸)D3240、300、360、420，需要时按60mm增量增长5.4.1 箱体是整个机箱重要构成某些之一，它不光承担机箱中电子元器件“保卫”、屏蔽、固定任务，还要在恰当位置对电子元器件连接线加以固定；箱体与其他部件碰焊时，焊点间距不得不不大于50mm，对某些外露窄长缝隙，需加以解决，办法有三种，a减小碰焊点间距，b缩小固定螺钉间距，c 增长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、元件位置关系拟定，驱动器需有先后调节空间，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电气接触，例如可在橡胶减震上装跨接弹片，在不装光软驱状况下，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原则库中。5.6 压条：压条作用是在机箱中压紧所有板卡,使机箱在经受恶劣环境下震动时板卡不致于松动或接触不良,因此压条要有一定钢性、强度，材料必要选用1.50mm以上钢板,在已知最高板卡状况下,设计时压条下表面距板卡上表面距离为5.0mm,这样压块既有一定压缩量，又不用再加工挥霍工时，在压其他板卡时，可在压块尺寸A上进行调节，见图1-8；压条上装压块开孔见图1-9，两侧开孔若要错开设计时，接近插槽架一侧开孔按正常位置设计；压条分为先后两条，前压条压在全长卡后端，后压条在机箱中位置普通处在PICMG卡前端1/3处(约为114mm)，前、后压条下表面距板卡上表面距离应相等，如图1-10所示； 图1-9图1-8 图1-105.7 EMC弹片：为了保证整机电磁兼容性，机箱设计时必要考虑屏蔽问题，而接缝连接工艺及构造对屏蔽效能影响最大，因此规定接缝为碰焊，重叠某些不得不大于9.0mm，焊点间距不得不不大于50mm，螺钉连接时，也应有同样重叠和螺钉间距；在构造上不能满足以上规定期，就要考虑应用EMC弹片来保证机箱接触面缝隙不不不大于50mm了，EMC弹片应优先选用机械设计通用件原则库中。5.8 喇叭架：机箱上喇叭重要作用是放大主板上蜂鸣器声音，它位置最佳选在面板、机箱底面等能透出声音地方，喇叭、喇叭压片请优先选用机械设计通用件原则库中。5.9 进风防尘组件：随着电技术迅速发展，微电子元器件和设备组装密度也在迅速提高，组件和设备热流密度也在迅速增长，为了防止电子元器件热失效，保证它们在规定热环境下，能按预定参数正常、可靠地工作，就要给它们创造一种良好热环境，要创造这样环境，一方面要从电子设备热控制入手，普通来说，电子设备冷却办法有如下几种：（1） 自然冷却法，靠电子元件自身热对流、辐射、传导来散发热量，长处是可靠性高，成本低，它不需要电扇、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） 逼迫空气冷却法，此法在某些热流密度规定高，温升规定也比较高电子设备中得到广泛应用，长处是设备简朴，成本低，缺陷是体积重量大，噪音也较大，机械部件磨损或故障会影响系统可靠性；（咱们公司工控机箱大多采用是此种办法，而此法中用最多又是C整机鼓风冷却法），逼迫空气冷却基本形式有三种，a单个电子元器件逼迫空冷，也就是对某个发热特别严重电子元器件设计专用风道，采用点冷却方式；b整机抽风冷却，也就是把电扇装在出风口处，特点是风量大，风压小，各某些风量比较均匀，合用于单元热量分布比较均匀，各元件所需冷却表面风阻较小机箱；c整机鼓风冷却法，也就是把电扇装在进风口处，特点是风压大，风量比较集中，合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，元件较多机箱；（3） 整机抽风或鼓风所需风量公式如下：Qf= / rCpt (m3/s)式中 r空气密度（kg/ m3）； Cp空气比热（J/(kg.) ）；总损耗功率（热流量 ）（W）； t 冷却空气出口与进口温差（普通t可取10左右）（4） 这是一种比较保守计算办法，它忽视了机箱四周对大气辐射和自然对流换热所散去热量，算出值偏大；如果外界温度低于机箱表面温度，精准计算时，应当把辐射和自然对流换热所散去热量减去，再求所需风量，普通在逼迫风冷时，辐射与自然对流散热量约占总散热量10%左右， 既Qf= -10%/ rCpt (m3/s) （5） 直接液体冷却法，此法合用于体积功率密度较高电子元器件或部件，长处是冷却效率极高，缺陷是需要对流泵和热互换器等部件，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传热器件，其传热性能比相似金属导热能力高几十倍，且热管两端温差很小，应用热管传热时，重要是如何减小热管两端接触界面上热阻；（7） 咱们使用最多是逼迫空气冷却法，此法中不论采用哪种形式，都要考虑风道及风孔设计，风道因受机箱体积、箱内元器件布局限制，要依照详细状况来定；风孔设计时要把握如下四条基本准则： a通风孔开设要有助于气流形成有效自然对流通道；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阻碍作用，应用时应当依照机箱实际工作环境来定，普通1U机箱工作环境相对较好，可考虑不用防尘网；防尘网应有专门支架来支撑，拆装也应以便，利于使用者定期清理防尘网上灰尘；（9） 进风防尘组件中主角是电扇，它选用应综合考虑，考虑到减少噪声及构造合理性，普通在设计时电扇支架都是和插槽架合二为一；5.10 底板组件：底板组件是一套机箱核心某些，在构造上，底板组件是由底板支架、插槽架、I/O架和I/O弹片四部份构成，而设计时，最关怀是装在这些支架上主板、底板之间位置、尺寸关系，当前为止，还没有找到过这方面现成资料，我以咱们公司既有底板、主板经测绘后，总结出它们之间关系如图1-11，供人们设计时参照：图1-115.10.1 底板组件四个零件中，I/O架尺寸与主板关系最为密切，我公司此前机箱对此件尺寸未做统一规定，我依照咱们此前老产品及主板尺寸定出I/O架重要关联尺寸，见图1-12，供人们设计时参照；图1-125.10.2 底板支架,顾名思义是固定底板,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不大于3.0mm,推荐尺寸为6.0mm,与隔离柱等高;5.10.3 为了加强对主板散热,插槽架经常与电扇架设计成一体,因此插槽架中间某些应尽量大镂空,新设计机箱插槽架还要承担支撑前压条任务,插槽架上装卡条孔位如图1-13；图1-135.10.4 I/O弹片作用是加强键仔与I/O架之间接触，机械设计通用件原则库中收进了我公司惯用底板需配几款I/O弹片，设计时请优先选用；5.11 背板组件5.11.1 背板：背板是整个机箱后屏障,I/O架、某些并口、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，某些行业（例如DVR行业）尚有大把线要从背板上出来，因此背板上最佳留某些出线孔，不用时用盖板盖上；背板在允许状况下最佳做成可拆式，与箱体配合单边间隙留0.2mm较适当，它与箱体要保持良好电导通。图1-14图1-145.11.2 挡口板：盖板是盖住背板上过线孔小板，板上开有通风孔，如图1-15图1-155.12 导轨5.12.1 导动：导轨是加强机箱强度和上架用,我公司惯用导轨见图1-16,服务器和三合一显视器等需要抽出设备还要用到抽拉式导轨,典型如我公司产品IPC-KVM上用三级导轨,见图1-17；图1-16图1-176 电磁兼容设计随着电子技术迅速发展,单纯机械构造设计已经逐渐被机电结合、光电结合等新技术所取代，这就规定咱们作机箱构造设计时，不单要考虑电子元器件与否能被装下，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，使咱们机箱能更好为我公司产品服务；下面是机箱设计在电磁兼容方面应注意几种问题：6.1.1 机箱上尽量少开长孔，通风孔长度应 30mm，其他槽缝上电接触不良长度应50mm长，否则就得采用附加电接通办法，如接地簧片。6.1.2 机箱上两金属件间接触面上不能有漆(涉及电源安装处)，新设计机箱尽量采用“外喷涂、内保护”方式。6.1.3 所有I/O口外壳应就近与机壳背面板良好接通，无法保证应采用端面带弹片插座。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 我公司惯用底板、主板、PICMG长卡、PCI卡、ISA卡、电源、开关、电扇等见机械设计通用件原则库；7.2 机械图纸中某些示例文献：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 零件清单填表阐明：7.3.1.1 压铆紧固类：涉及压铆螺母、压铆螺母柱、压铆螺钉、压铆松不脱、涨铆螺母等，尚有固定底板、主板、灯板六角铜螺柱等；7.3.1.2 电扇类：涉及机箱上安装所有电扇，但不涉及电源电扇，主板电扇若要列入表中，需在备注栏中加以注明；7.3.1.3 开关类：涉及电源开关（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，规格栏中注明开关料号，新开关在备注栏注明；7.3.1.4 插接件类：涉及装在机箱上键盘接口、USB口、并口、串口、接线端子等；7.3.1.5 灯板：机箱中用到批示灯板，没有可不填写；7.3.1.6 喇叭：机箱中用到喇叭，没有可不填写；7.3.1.7 机箱辅件：涉及锁、公司标志、机箱脚垫、卡条、减震垫、薄膜键盘以及机箱上用到其他辅助零件；7.3.1.8 合用底板：机箱设计任务书中列出底板为标配，其他可以装上为选配，标配、选配应在备注中阐明；7.3.1.9 合用电源：机箱设计任务书中列出电源为标配，其他可以装上为选配，标配、选配应在备注中阐明；7.3.1.10 机箱喷涂颜色：机箱所有零件颜色在详细图纸中不标明，只写喷涂，所有颜色以清单中所注为准；备注：此栏填写机箱特殊规定及某些特殊规定；