機箱設(shè)計時注意事項

1、機箱設(shè)計時注意事項1、前言 機箱是安裝和保護電子設(shè)備內(nèi)部各種電路單元、元器件及機械零部件的重要結(jié)構(gòu)，對于消除各種復(fù)雜環(huán)境對設(shè)備的干擾，保證設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠地工作，提高設(shè)備的使用效率、壽命，以及增強設(shè)備安裝、維修的方便等起著非常重要的作用。機箱作為電子設(shè)備一個重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其設(shè)計也是整個電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一，現(xiàn)已成為實現(xiàn)電子設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備的種類越來越多，為滿足不同類電子設(shè)備的需要，機箱的種類也是越來越多，形狀越來越復(fù)雜，機箱設(shè)計的要求越來越多，如創(chuàng)新，實用，美觀，經(jīng)濟等。為此，設(shè)計人員應(yīng)轉(zhuǎn)變設(shè)計思路，從過去單一的功能性結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)

2、計與造型設(shè)計、模塊化設(shè)計等同步設(shè)計的新思路。軍用電子設(shè)備的使用環(huán)境較民品更為多樣、復(fù)雜、惡劣，其機箱設(shè)計則更為重要、困難，這也是從事軍用電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計師所面臨并要加強研究的課題。二、機箱設(shè)計準(zhǔn)則 1.確保設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn) 設(shè)計機箱時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境，綜合考慮設(shè)備內(nèi)部的電磁干擾和熱問題，以及外部的機械、電磁、電氣和氣候等因素的影響，以確保設(shè)備電性能的穩(wěn)定性，并使機箱具有足夠的強度、剛度，以確保設(shè)備機電連接的可靠性以及設(shè)備的防振沖能力，同時采取相應(yīng)措施，確保設(shè)備各項技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)和可靠性要求。 2.具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性 所謂結(jié)構(gòu)工藝性好就是能優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本地進(jìn)行設(shè)備的生產(chǎn)，包括

3、加工、裝配、調(diào)試、維修等。結(jié)構(gòu)與工藝密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)不同則所采用的工藝也不相同。設(shè)計機箱時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的使用要求綜合考慮當(dāng)時的生產(chǎn)水平，包括加工設(shè)備、人員、工藝方法以及檢驗手段、方法等，使設(shè)計的機箱符合當(dāng)時的生產(chǎn)實際，并具有良好的裝配工藝，從而確保設(shè)備質(zhì)量。 3.便于裝配、操作、維修 為了充分發(fā)揮電子設(shè)備的效能，設(shè)計的機箱應(yīng)便于操作使用，并符合使用者的心理和生理特點，同時結(jié)構(gòu)上力求最簡，便于裝配、拆卸，使設(shè)備可達(dá)性、維修性好，另外，設(shè)計的機箱應(yīng)確保操作人員的使用安全，如避免銳邊、棱角、采用漏電保護裝置等。 4.標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化 機箱設(shè)計時，應(yīng)盡可能地滿足標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化要求，并采用模塊化設(shè)計方法，所

4、有尺寸均采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列，并符合公差配合標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)通用標(biāo)準(zhǔn)，以確保設(shè)備機箱的互換性，這樣，在研制類似設(shè)備或設(shè)備改型時，可以少改動甚至不改動設(shè)備的機箱尺寸即可完成新研或改型設(shè)備的機箱設(shè)計。5.小型化 所謂小型化就是盡可能地減小設(shè)備體積和重量。機箱的小型化不僅在設(shè)備的使用性能上有重大意義，在經(jīng)濟上也具有重要價值，因而在設(shè)計機箱時應(yīng)予以重視。 6.外形美觀 設(shè)備的外形不僅關(guān)系到操作者的感官要求，而且關(guān)系到設(shè)備的銷售。設(shè)計機箱時，應(yīng)將工程設(shè)計與造型設(shè)計相結(jié)合，充分利用造型設(shè)計的手法，對機箱外形精心設(shè)計，以使設(shè)備外形美觀。 綜上所述，確保設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)和便于裝配、操作、維修的準(zhǔn)則體現(xiàn)了機箱設(shè)計的實用

5、性要求，具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性體現(xiàn)了機箱設(shè)計的經(jīng)濟性要求，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和小型化既體現(xiàn)了機箱設(shè)計的創(chuàng)新要求又體現(xiàn)了經(jīng)濟性要求，造型設(shè)計則體現(xiàn)了機箱設(shè)計的美觀要求。 三、機箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 電子設(shè)備的機箱種類很多，其結(jié)構(gòu)形式取決于設(shè)備用途、使用環(huán)境和復(fù)雜程度，目前，常用的有鈑金結(jié)構(gòu)機箱、鋁型材結(jié)構(gòu)機箱、鑄造結(jié)構(gòu)機箱、焊接結(jié)構(gòu)機箱、塑料機箱等 5 種。 1.鈑金結(jié)構(gòu)機箱 鈑金結(jié)構(gòu)主要利用彎曲工藝，將型材、板材彎曲成一定角度形成一定形狀而成。彎曲是利用材料的塑性進(jìn)行加工的一種工藝方法。設(shè)計鈑金結(jié)構(gòu)機箱時，要注意以下幾個問題： 彎曲圓角半徑，這里的圓角半徑是指內(nèi)緣半徑。圓角半徑過小容易引發(fā)裂紋，圓角半徑過大容

6、易引起回彈現(xiàn)象，而使設(shè)計的彎曲圓角和半徑尺寸得不到保證。不同的材料有不同的最小彎曲半徑，設(shè)計的半徑要以此為依據(jù)。對形狀近于對稱的機箱，兩邊的圓角半徑盡量一致，以免彎曲時板料因受力不均而滑動。有時為了裝配需要，機箱會帶有翻邊，此時，應(yīng)采用具有一定半徑的彎邊代替過急的折角； 回彈現(xiàn)象，回彈又叫回跳。由于彎曲過程包括塑性與彈性變形兩個過程，因此，回彈現(xiàn)象是不可避免的。設(shè)計時，應(yīng)制定合理的彎曲公差，太嚴(yán)的公差只能靠整形工序予以保證，或者用加強筋來抑制回彈，予以定形，或者通過改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)來減弱回彈； 彎曲形狀。機箱形狀與尺寸應(yīng)盡量對稱，這樣，可以防止彎曲過程中因受力不均勻、坯料發(fā)生滑移而影響彎曲精度，而

7、且模具的壽命也長； 單邊彎曲高度尺寸。鈑金結(jié)構(gòu)中，單邊彎曲能起到加強筋的作用，有時甚至能安裝電子元器件，單邊彎曲高度值問題常常為設(shè)計人員所忽視。在彎曲圓角半徑確定的前提下，其單邊彎曲高度值有一極限值，過小則在普通折彎機上無法實現(xiàn)，必須設(shè)計專用模具，從而增加加工成本。通常最小單邊彎曲高度為最小彎曲半徑加兩倍材料厚度； 設(shè)計定位孔。為保證機箱在彎曲時不會移動，常須開設(shè)定位孔，因此，機箱設(shè)計時要充分考慮定位孔，并為其留好位置； 尺寸標(biāo)注及公差的合理標(biāo)注。機箱中的有些位置尺寸標(biāo)注不當(dāng)往往會影響到機箱彎曲后的質(zhì)量，通常以機箱彎曲成型后的開放邊為基準(zhǔn)來標(biāo)注相關(guān)位置尺寸。尺寸公差也是值得注意的問題，公差等級

8、過高則增加成本，甚至無法實現(xiàn)，過小則影響設(shè)備的整機裝配。具體的公差精度要視設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度而定。 鈑金結(jié)構(gòu)機箱尺寸變化靈活，便于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，而且加工、組裝簡單，但機箱的尺寸精度較差，而且機箱外形不易做到美觀，因而，這種機箱主要用于單件多品種電子設(shè)備中。 2.鋁型材結(jié)構(gòu)機箱 鋁型材結(jié)構(gòu)機箱就是利用各種截面形狀的鋁型材彎曲成機箱的圍框，在圍框外面覆以鋁板（可以采用沖裁、彎曲或機加工制成），借助鉚釘或螺釘連接組裝成的機箱。鋁型材結(jié)構(gòu)機箱主要采用彎曲工藝，其設(shè)計中的注意事項參見鈑金結(jié)構(gòu)機箱設(shè)計。 這種機箱結(jié)構(gòu)簡單，變化靈活，內(nèi)部結(jié)構(gòu)易于處理，并且具有足夠的強度和較好的剛度，加工工藝簡單，生產(chǎn)周期

9、短，而且機箱外形容易實現(xiàn)美觀要求，故廣泛用于新產(chǎn)品的研制和批量生產(chǎn)，目前主要用于民用電子設(shè)備以及軍用電子儀器、儀表中。 隨著型材技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多種鋁型板，設(shè)計人員可充分利用鋁型板，借助于鉚釘、螺釘直接組裝成型板結(jié)構(gòu)機箱。這種機箱具有結(jié)構(gòu)新穎、美觀、剛強度高、加工量少、裝配方便等特點。 3.鑄造結(jié)構(gòu)機箱 所謂鑄造，就是將液體金屬澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型腔體中，冷卻后獲得零件或毛坯的方法。由于軍用環(huán)境的特殊性，軍用電子設(shè)備通常需要有“三防”功能，設(shè)備必須采用密封機箱，此時，可采用鑄造結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)機箱。鑄造工藝可制成形狀復(fù)雜且結(jié)構(gòu)不對稱的機箱。隨著精密鑄造技術(shù)的迅速發(fā)展，鑄造精度能

10、達(dá)到 IT10IT11 級，表面粗糙度可達(dá) Ra6.30.8m。設(shè)計鑄造結(jié)構(gòu)機箱應(yīng)注意以下幾個問題： 結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。鑄件的優(yōu)點在于允許零件具有復(fù)雜的形狀，這種復(fù)雜形狀可能是為了外形美觀，為了合理利用材料，為了滿足機箱的強度、剛度，或是為了設(shè)備的裝配需要，設(shè)計人員應(yīng)充分利用鑄件的這一特點，在機箱的實用（滿足性能）、美觀、經(jīng)濟三者之間尋求最佳的平衡點，力求使設(shè)計的機箱結(jié)構(gòu)最優(yōu)化； 箱體壁厚的確定。從節(jié)約材料、減輕設(shè)備重量的角度考慮，機箱壁越薄越好，從鑄造工藝性考慮，薄壁結(jié)構(gòu)鑄造難度大，成本高。機箱壁太厚則流動性差，且容易形成氣泡、縮孔等鑄造缺陷，成本也高。因而，在決定機箱壁厚時，要從箱體大小、結(jié)構(gòu)形

11、式、鑄造方法、材料、加工成本等多角度綜合考慮。 機箱各連接處的過渡設(shè)計。機箱兩個表面的連接處是鑄造機箱結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。在兩個表面連接處，鑄造金屬不均勻的聚積會導(dǎo)致機箱內(nèi)部不均勻的冷卻，它是縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力、裂紋等鑄造缺陷產(chǎn)生的根源。因此，機箱的任何兩個平面之間都應(yīng)避免尖角相連，而應(yīng)采用圓角過渡，而且盡可能用同一圓角。當(dāng)兩個平面壁厚相差很大，而又難以避免時，應(yīng)設(shè)計坡度圓角過渡區(qū)，或設(shè)計加強筋來加強等； 角部的圓角度確定。機箱各角部的合適圓角度是鑄造結(jié)構(gòu)的基本特征，圓角過小，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并導(dǎo)致裂紋。圓角過大，則角部積聚的金屬較多，容易引起縮孔等缺陷。通常取兩連接壁厚算術(shù)平均值的 0.20.4

12、 倍； 壁與壁間的連接圓角的確定。如果兩壁厚相同，則內(nèi)圓角取壁厚的 1/61/3，如果兩壁厚相差不大，則內(nèi)圓角取兩壁厚平均值的 1/61/3； 筋的設(shè)計。有時為了機箱的強度、剛度需要，需要設(shè)計加強筋，有時甚至利用加強筋來安裝零件、元器件等。但是，在機箱外緣和拐角處不能設(shè)計加強筋，否則會產(chǎn)生局部應(yīng)力而使金屬破壞，產(chǎn)生裂紋。筋的厚度通常取壁厚的 0.70.9，筋的高度要小于 5 倍壁厚； 結(jié)構(gòu)斜度。為便于起模，在機箱上垂直于分型面的不加工表面要設(shè)計有一定的斜度，這一斜度就叫結(jié)構(gòu)斜度，結(jié)構(gòu)斜度要在零件圖上標(biāo)注。值得注意的是：結(jié)構(gòu)斜度與拔模斜度是有區(qū)別的，拔模斜度是鑄造工藝斜度，不能混淆； 結(jié)構(gòu)設(shè)計要

13、考慮型芯因素。機箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，要盡量做到少用甚至不用型芯。如果必須要用型芯，應(yīng)采取相應(yīng)措施，以便牢固地支持型芯，以保證澆鑄時型芯的穩(wěn)定性，還要注意能方便地清除型芯。 鑄造結(jié)構(gòu)機箱具有生產(chǎn)率高、剛度、強度高、成本低等特點，由于是整體機箱，可能會給設(shè)備維修帶來不便，而且機箱外形還需要二次加工才能完成，故通常用于小批量生產(chǎn)。當(dāng)設(shè)備批量很大時，可采用壓鑄工藝方法，壓鑄結(jié)構(gòu)機箱具有鑄造結(jié)構(gòu)機箱的所有優(yōu)點，比鑄造結(jié)構(gòu)機箱組織致密，其防水性能、尺寸精度進(jìn)一步提高，機箱外形一次成型，而且可以滿足機箱的各種造型需要，這種機箱需要專用設(shè)備，而且加工復(fù)雜，一次性投資比較大。 4.焊接結(jié)構(gòu)機箱 焊接就是利用加熱或加壓

14、等手段，使分離的金屬材料牢固地連接在一起的一種工藝方法。設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)機箱時首先要考慮以下幾個問題： 材料的焊接性。焊接性是指在一定的焊接工藝方法、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。眾所周知，并非所有的材料都可以焊接，可焊接材料中也并非都有很好的焊接性能，因而，在滿足設(shè)備使用性能要求的前提下，應(yīng)選用焊接性較好的材料。 當(dāng)然，可焊接性能，與所采用的焊接方法是密切相關(guān)的； 結(jié)構(gòu)剛度。合理布置箱體各焊接零件的相互位置，以保證箱體焊接的結(jié)構(gòu)剛度； 應(yīng)力集中。焊接結(jié)構(gòu)截面變化大、過渡區(qū)較急陡、園角小，如果設(shè)計不當(dāng)，會引起應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破損和早期失效。 基于以上認(rèn)識，設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)

15、機箱時，在選好所用材料后，應(yīng)著重考慮解決以下幾個問題： 合理選擇焊接接頭，這是設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)首先需要確定的問題。焊接接頭通常有以下幾種：I型、Y 型、U 型、V 型、雙 Y 型、雙 U 型、雙 V 型以及鎖邊坡口等幾種，具體的接頭形式應(yīng)視所用材料及具體結(jié)構(gòu)而定。我們在設(shè)計某通信設(shè)備機箱時主要采用了 V 型坡口； 盡量減少焊縫金屬的填充量。填充量少，成本低，箱體受焊接過程影響??； 合理布置焊縫。焊縫布置合理，則可減少熱變形和熱應(yīng)力，防止局部過熱，從而保證焊接質(zhì)量。設(shè)計焊縫時，應(yīng)盡量設(shè)計為對稱布置。值得注意的是，焊縫的布置應(yīng)便于在焊接前采用點焊的辦法，將整個機箱先連成一體，而且，焊縫的位置要便于施焊

16、，否則影響焊接質(zhì)量； 盡量避免和減少應(yīng)力集中。由于焊縫本身是應(yīng)力集中源，因此，焊接件在動載荷情況下特別容易在焊縫處產(chǎn)生裂紋。設(shè)計時，應(yīng)盡量采用等厚度板料焊接，或加工成等厚度焊接的過渡區(qū)，我們在設(shè)計某通信設(shè)備機箱時，就是采用了這種方法，從而保證了整個機箱的焊接質(zhì)量和尺寸精度； 加工區(qū)域內(nèi)盡量不布置焊縫，因為先焊后加工，會削弱焊縫強度，而且加工面的質(zhì)量也得不到保證； 焊縫應(yīng)避免過分集中或交叉，焊縫的數(shù)量要盡量少。 焊接結(jié)構(gòu)機箱具有強度、剛度高、加工不需要特殊設(shè)備、加工技術(shù)難度較低、防水性能好、成本低（相對于壓鑄結(jié)構(gòu)機箱而言）等特點，這種機箱適用于新品研制以及批量生產(chǎn)。 5.塑料機箱 塑料機箱是利用

17、工程塑料通過注塑或壓塑成形而制成的機箱，所采用的工程塑料主要有：ABS、聚丙烯、聚碳酸酯、結(jié)構(gòu)泡沫塑料等。由于工程塑料具有尺寸穩(wěn)定、表面光澤好、比強度、比剛度高、質(zhì)量輕、易加工成型、生產(chǎn)效率高、耐腐蝕、成本低等諸多優(yōu)點，使得塑料機箱很快在電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。事實上，上世紀(jì) 70 年代國外許多民用、軍用電子設(shè)備就采用了工程塑料機箱。在國內(nèi)，塑料機箱主要用于民用電子設(shè)備，而在軍用電子設(shè)備中的應(yīng)用還不多見。值得一提的是，塑料機箱能滿足設(shè)備的各種造型設(shè)計要求，而且保持性好，能滿足人們?nèi)找嫣岣叩膶徝酪?。塑料機箱一般用于中小型、大批量的電子設(shè)備的生產(chǎn)。設(shè)計塑料機箱時應(yīng)注意解決以下幾個問題： 機箱壁

18、厚的確定，壁厚取決于機箱的使用要求，即強度、剛度、結(jié)構(gòu)、重量、電氣性能、尺寸穩(wěn)定性以及裝配等各項要求，最常用的壁厚為 23mm，大型機箱的壁厚也可大于 6mm； 機箱壁厚應(yīng)盡可能均勻一致，防止在成型過程中由于不均勻的凝固與收縮，在厚壁處易產(chǎn)生氣泡和收縮變形，在急劇過渡處因收縮應(yīng)力而引起裂紋； 機箱內(nèi)外表面相連及拐角處應(yīng)用圓角過渡，如為尖角，則會產(chǎn)生應(yīng)力集中，而影響到機箱的強度和質(zhì)量，而且不便于脫模； 機箱上的孔應(yīng)盡可能設(shè)計在不易削弱機箱強度的地方，除相鄰孔之間以及孔到邊緣之間保留適當(dāng)?shù)木嚯x，還應(yīng)盡可能使有孔的部分壁厚厚一些，以防止孔眼處安裝零件而破裂。 機箱上的凸出部分盡量設(shè)計在機箱的拐角處，

19、而且凸出部分的高度不要超過孔徑的 2 倍，并要有足夠的傾斜角以便脫模。過高的凸出部分會關(guān)住氣體，使這部分的強度和密度減??； 要設(shè)計合理的加強筋，以加強機箱的強度和剛度，防止翹曲。合理采用加強筋，還可減小壁厚，節(jié)省材料； 要考慮機箱的脫模斜度，斜度的大小與塑料的性能、收縮率以及機箱的厚度、形狀有關(guān)，通常取 151°。 隨著材料科學(xué)研究的不斷深入，有一些工程塑料在強度、剛度方面已接近甚至超過金屬，如果進(jìn)一步提高工程塑料的機械穩(wěn)定性、物理穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，用工程塑料替代金屬材料作為電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)件是電子設(shè)備發(fā)展的必然趨勢。 四、機箱的模塊化、小型化設(shè)計 模塊化設(shè)計作為一種新的設(shè)計理論、方法，在國外已廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)中。電子設(shè)備機械結(jié)構(gòu)的模塊化首先是設(shè)備機箱的模塊化，設(shè)計機箱時應(yīng)認(rèn)真貫徹并執(zhí)行模塊化設(shè)計的有關(guān)準(zhǔn)則、要求和步驟，加強對機箱模塊的研究設(shè)計工作，使電子設(shè)備的機箱標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化。采用模塊化機箱能大大縮短研制周期，提高設(shè)計質(zhì)量，從而為電子設(shè)備的新研及改型研制創(chuàng)造有利條件。 電子設(shè)備的小型化、輕型化、薄型化、迷你化一直是人們追求的目標(biāo)，對于軍用電子設(shè)備來說，其體積越小、重量越輕