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机械设计规范机械设计规范（仅供内部使用，严禁外泄）（共19页）编写：校对：审核：批准：2012年11月01日16版本追溯版本/状态作者参与者完成日期备注V1.00第一次发布目 录1主题内容与适用范围12目的13规范性引用文件14结构设计24.1设计原则24.1.1确保结构件功能的实现24.1.2良好的结构工艺性24.1.3保证结构强度、刚度24.1.4便于装配、使用、维修和操作安全34.1.5防盗功能34.1.6标准化、模块化34.1.7小型化34.1.8外形美观34.2材料选择34.2.1材料选择准则34.2.2常用材料及性能44.2.2.1碳素结构钢44.2.2.2不锈钢44.2.2.3铝合金44.2.2.4铜合金54.2.2.5弹簧钢54.3尺寸设计54.3.1插件式机箱54.3.1.1机箱尺寸54.3.1.2插件面板64.3.1.3横梁64.3.1.4挂耳74.3.2机箱把手74.3.3支架类和钣金、压铸箱体74.4箱体内元器件的排列布局74.5标准件选择准则74.6钣金件设计准则74.7焊接设计准则94.8装配设计准则104.9表面处理105结构件表面印字115.1丝印115.2金属蚀刻116铭牌设计127车载产品包装127.1包装纸箱127.2包装泡沫137.3包装木箱138公差设计138.1利于提高精度设计138.2公差等级选择138.2.1形位公差138.2.2尺寸公差138.2.2.1机械结构件148.2.2.2包装泡沫151主题内容与适用范围本文件规定了车载电子设备的机械设计规范；本规范适用于轨道交通车辆（包括地铁、城轨车辆）上安装的所有电子设备的机械产品结构设计。2目的确保机械产品的设计连续性、可追溯性和同一性；确保机械产品结构设计合理性、功能的完善性、设计标准的统一性；作为车载产品机械结构设计的参考依据。3规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规范。然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是未注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。GB/T 19520.17-2010 电子设备机械结构GB/T 1222 弹簧钢GB/T 699 优质碳素结构钢GB/T 700 碳素结构钢GB50017-2003 钢结构设计规范GB50429 铝合金结构设计规范GB/T20878-2007 不锈钢和耐热钢 牌号及化学成份GB/T 5231-2001 加工铜及铜合金化学成分和产品形状GB3047.1-86 面板、架和柜的基本尺寸系列 GB/T 6892-2000 工业用铝及铝合金热挤压型材GB/T13306-91 标牌GB/T1804-2000 未注公差的线性和角度尺寸的公差GB/T3190-2008 变形铝及铝合金的牌号表示方法GB5117-89JF/U3 焊接标准GB/T 10801.22002 绝热模塑聚苯乙烯泡沫塑料GB1184-80 形位公差标准GB191-2000 包装储运图示标志GB 4892-2008 硬质直方体运输包装尺寸系列GB4208-2008 外壳防护等级（IP代码）（IEC60529:2001，IDT）机械设计手册20084结构设计4.1设计原则4.1.1确保结构件功能的实现结构设计时，应结合机械结构的使用环境，主要包括电磁干扰、温度、电气、湿度变化等因素的影响，并采取相应措施，保证设备安全、稳定、可靠地工作，确保结构件功能的实现。4.1.2良好的结构工艺性所谓良好的结构工艺性就是能优质、高产、低成本地进行设备的生产，包括加工、装配、调试、维修等。设计时，应根据设备的使用要求综合考虑当时的生产水平，包括加工设备、人员、工艺方法以及检验手段、方法等，使设计的结构产品符合当时的生产实际，并具有良好的装配工艺，从而确保质量。4.1.3保证结构强度、刚度结构强度必须得到保证，使结构具有足够的强度、刚度，以确保设备各项功能的可靠性以及设备的防振冲能力，必要时可进行应力、强度核算。压铸件从节约材料、减轻设备重量考虑，壁越薄越好，从压铸工艺性考虑，薄壁结构铸造难度大，成本高。因而，在决定壁厚时，要从结构大小、结构形式、铸造方法、材料、加工成本等方面综合考虑。4.1.4便于装配、使用、维修和操作安全设计的结构应便于装配、使用、维修，符合使用者的心理和生理特点，同时结构上力求最简。机械结构应确保操作人员的使用安全，如避免锐边、棱角、采用漏电保护装置等。4.1.5防盗功能机械结构设计时须考虑防盗结构设计，特别是箱体类结构设计，如增设明锁、电子锁、铅封等。4.1.6标准化、模块化尽可能地满足标准代号为GB、JB、ISO等标准进行标准化、模块化设计。所有尺寸尽可能采用标准尺寸系列，并符合有关通用标准，以确保设备的互换性，这样在以后研制类似设备或设备改型的过程中，可以少改动结构的尺寸和外形即可完成新研制或改型结构的设计。4.1.7小型化所谓小型化就是尽可能地减小设备体积和重量。设备的小型化不仅在设备的使用性能上有重大意义，在经济上也具有重要价值，因而在设计时应予以重视。4.1.8外形美观产品的外形不仅关系到操作者的感官要求，而且关系到产品在该领域内的竞争力。设计机械结构时，应将工程设计与造型设计相结合，充分利用造型设计的手法，对结构外形精心设计，以使产品外形美观。4.2材料选择4.2.1材料选择准则结构件材料的选择应满足以下几点：1) 材料的特性应满足产品功能、使用环境、作业条件的需要；2) 材料应具有良好的工艺性能，符合造型设计中成型工艺和表面处理的要求，应与加工设备及生产技术相适应；3) 在满足设计要求的基础上，尽量降低成本，优先选用常用材料、价格低廉、有利于生态环境保护的材料。4.2.2常用材料及性能车载电子产品的结构件常用材料有碳素结构钢、不锈钢、铝合金、铜合金、弹簧钢等。4.2.2.1碳素结构钢常用碳素结构钢建议采用国家标准牌号，车载电子产品的结构件常用的碳素结构钢其牌号、性能和应用举例如表1，并满足GB/T699及GB/T700的规定：表1 车载电子产品的结构件常用碳素结构钢牌号性能描述应用举例Q235综合性能好、强度高、塑性和焊接性能优、加工性强、用途广泛。广泛用于钣金、铣、削机械零件。08F钢强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，但淬透性、淬硬性极低。广泛用于冲压或拉伸的容器。4545号钢，也叫“油钢”，为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做45号钢管模板,梢子,导柱等,但须热处理。广泛用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。4.2.2.2不锈钢车载电子产品结构件常用不锈钢为06Cr19Ni10，但国内常采用对应的美国牌号304，牌号及力学性能具体参考GB/T20878-2007。304不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度，机械性能优,冲压弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象。304是应用最广泛的一种铬-镍不锈钢。4.2.2.3铝合金常用铝合金建议采用国家标准牌号，车载电子产品的结构件常用的铝合金其牌号、性能和应用举例如表2，并满足 GB/T3190-2008的规定：表2 车载电子产品的结构件常用铝合金牌号性能描述应用举例1050/1060纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。广泛应用于对强度要求不高的产品，如薄板加工件、焊接零件、铭牌等。Y112用途广、强度高、有一定的耐热性、熔融状态下流动性强。多用于盖子、箱体类等铝合金压铸零件。6063具有优良的加工性、焊接性、电镀性、抗腐蚀性、散热性、韧性、抛光性、氧化效果极佳等优良特点。大量应用于插件式机箱及配件。4.2.2.4铜合金车载电子产品结构件常用铜合金为H62，牌号及力学性能参考GB/T 5231-2001。H62有良好的力学性和散热性，热态下塑性好，冷态下塑性也可以，切削性好，易钎焊和焊接，耐蚀性好。常用于散热部件、销钉。4.2.2.5弹簧钢车载电子产品结构件常用弹簧钢为65Mn，牌号及力学性能参考GB/T 1222。65M有优良的综合性能，经热处理后的综合力学性能优于碳素结构钢，但有过热敏感性和回火脆性。退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。常用于板弹簧、弹簧垫圈、弹簧环等受中等载荷的弹性元件。4.3尺寸设计车载产品结构件大体可分为箱体类和支架类，箱体类常用有钣金结构箱体、插件式机箱、压铸箱体。4.3.1插件式机箱4.3.1.1机箱尺寸插件式机箱结构主要由横梁、导轨条、螺纹条、插件面板、挂耳、背板以及上、下盖板和左、右侧板等组成。内部有效空间尺寸用单位“U”和“R”表示，1U=44.45mm，1R=5.08mm；相关尺寸关系如图1和表3，并满足GB3047.1-86的规定：图1 表3 规格表 单位：mm代号HH1H2H3H4备注2UnR(n表示整数)(1R=5.08)88.178.167.655.53U132.5122.5112.0100.04U177.0167.0156.5144.45U221.5211.5201.0188.96U265.9255.9245.4233.37U310.3300.3289.8277.88U354.8344.8334.3322.39U399.2389.2378.7366.710U443.7433.7423.3411.24.3.1.2插件面板面板的尺寸规格是在机箱类型、尺寸确定后再定下的，并满足GB3047.1-86的规定。4.3.1.3横梁插件机箱横梁分前、中、后横梁，部分机箱只有前、后横梁。横梁的类型及尺寸应符合标准GB/T 6892-2000的规定。4.3.1.4挂耳挂耳可与插件面板做成一体，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装配后的外型尺寸必须符合GB/T3047.1-86。4.3.2机箱把手把手应优先选用机械设计通用件标准库中的把手。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。4.3.3支架类和钣金、压铸箱体支架类和钣金、压铸箱体的尺寸应在满足使用的前提下尽量小型化、标准化、系列化，并按照GB50017-2003和GB50429的标准进行设计。4.4箱体内元器件的排列布局箱体内部元器件的排列是主要根据电原理图、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。4.5标准件选择准则标准件的代号、类型、大小、长度应符合机械设计手册2008，并参照以下准则：1) 相同装配要求用相同的标准件；2) 外部螺钉型号、颜色一致；3) 一般螺钉螺栓拧紧后至少需露出2排螺纹；4) 螺纹默认为细牙、右旋，如有特殊需在图纸中说明；5) 安装紧固件时（如螺钉、螺母等），如有足够空间条件，就必须配装平垫和弹垫；6) 用到的标准件，要么有明显差异，要么完全相同。有明显差异是为了防止装错，完全相同是为了维修过程的互换性。4.6钣金件设计准则1) t（厚度）0.8mm的零件，禁止翻边攻丝；2) 钣金件的螺纹孔如需要增加有效螺纹可采取压铆螺母、焊接螺母、翻边攻丝；3) 尽量将超过三道工序的结构件的结构进行分解，分解成结构较为简单的几个零件，然后焊接在一起，提高结构件的工艺性；4) 如果尖角刚度不足，可用钝角代替，如图2：图25) 为了避免有裂纹或断裂的危险，可在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个R2倍板厚的圆角，如图3：图36) 冲孔时，孔径不宜过小其最小孔径与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等有关。其合理数值可参考表4:表4材 料高碳钢、不锈钢d1.5ta1.35ta1.2t低碳钢d1.3ta1.2tat铝、铜合金dta0.9ta0.8t7) 对板进行弯折时，半径不宜太小，外侧会出现裂纹，内侧会出现褶皱；8) 如有防水设计，应参照表5，并满足GB4208-2008的规定。表5 国家工业标准防水等级防水等级简要说明含义IPX0无防护-IPX1防止垂直方向滴水垂直方向滴水应无有害影响。IPX2防止当外壳在1500mm范围内倾斜时来自垂直方向的滴水当外壳各垂直面在15范围内倾斜时来自垂直方向的滴水应无有害影响。IPX3防淋水各垂直面在60范围内淋水应无有害影响。IPX4防淋水向外壳各方向溅水应无有害影响。IPX5防淋水向外壳各方向溅水应无有害影响。IPX6防强烈喷水向外壳各方向强烈喷水应无有害影响。IPX7防短时间浸水影响浸入规定压力的水中经规定时间后外壳进水量不致达到有害程度。IPX8防持续潜水影响按生产厂和用户双方同意的条件（应比IPX7级严格）持续潜水后外壳进水量不致达到有害程度。注：X为06中的整数，分别代表不同防尘等级。4.7焊接设计准则结构的设计便于焊接前、后的处理、焊接的操作和检测，并遵循焊接标准GB/5117-89JF/U3的规定。结构设计应满足以下要求：1) 足够大的操作空间以方便焊接，焊接后便于检查；2) 焊接时易于定位，电极不会和周围的板粘结；3) 有密封要求的组焊钣金件，板厚不能小于0.8， 否则容易焊穿，无法保证密封；4) 避免在几何突变处设置焊接结构，这里应力集中，如果不能避免，则设计成过渡结构；如图4所示：图45) 尽量将零件焊点设计在内部；6) 图纸须要求焊缝应整齐均匀，不允许有裂缝、咬边、豁口、烧穿，焊后应去渣、打磨，不允许零部件因焊接而产生变形。4.8装配设计准则在装配设计过程中，应遵循以下机械设计准则：1) 留有装配工具和手的活动空间；2) 尽量采取对称设计，且尽量减少零件的种类；3) 有明显几何特征容易识别正反、左右、前后；4) 没有特殊要求的尖角及棱边需倒钝，避免对安装人员造成不必要的伤害。4.9表面处理表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。其目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰等功能要求。车载电子产品的结构件常用表面处理介绍及应用举例如表6所示：表6表面处理方法工作原理及作用应用举例喷塑用静电粉末喷涂设备把粉末涂料喷涂到工件的表面，形成粉状的涂层，再经过高温烘烤；有防腐蚀、装饰作用。常用有亚光塑、光面塑、橘纹塑三种类型，常用于钣金件的表面处理。拉丝在金属表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路，具有刷除表面划痕和装饰表面的双重作用。常用于铝合金和不锈钢表面处理。配合阳极化使用。喷砂采用喷砂使工件表面产生特殊的金属闪光效果；可以去除金属表面的锈蚀物,氧化皮与其它脏污等达到装饰的作用。常用于铝合金表面处理和用作喷塑的前期处理。电镀利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。起到防腐、抗磨等作用。常用于标准紧固件的表面处理。包括镀锌、鉻、镍等。5结构件表面印字公司的标志及名称的丝印字体、颜色、大小请参照成都运达科技股份有限公司_视觉识别（VI）系统手册1.0。5.1丝印丝印的原理是印版在印刷时，通过一定的压力使油墨通过孔版的孔眼转移到承印物上，形成图象或文字。丝印应用非常广泛，适合无特殊要求的结构件表面印字。5.2金属蚀刻金属蚀刻是采用化学处理（化学腐蚀、化学砂面）或机械处理（机械喷砂、压花等）技术手段，将光泽的金属表面加工成凹凸粗糙晶面，经光照散射，产生一种特殊的视觉效果。金属蚀刻多用于铭牌的印字。6铭牌设计通常每台设备或产品均应设计铭牌，铭牌的设计标准应按GB/T13306-91的要求进行。有时也可将铭牌的内容直接丝印在设备或产品的表面。铭牌内容应该包含以下几项：1) 产品型号和名称；2) 技术参数；3) 功耗；4) 重量；5) 产品编号；6) 生产日期；7) 公司标志及名称；7车载产品包装7.1包装纸箱包装纸箱常用材料为瓦楞纸，设计时应并满足GB 4892-2008中的规定。纸箱表面印刷排版及内容需要包括以下几点：1) 公司标志及名称；2) 公司地址；3) 公司联系方式（邮编、网址、电话、传真）；4) 产品项目标识；5) 目录粘贴区；6) 纸箱内部尺寸（长宽高）；7) 警示图标志（根据产品需要进行选取，部分可参考图5，摘至GB191-2000）；图5 纸箱警示图标志7.2包装泡沫车载产品在运输过程中需防水、防撞、防翻转，所以为了缓冲产品在运输中产生的冲力，需要对产品进行保护，增加防震材料。设计包装泡沫应根据GB/T 10801.22002的规定进行。一个纸箱内的泡沫除泡沫盖外，一层或两层最佳。7.3包装木箱车载产品常用的木箱类型为封闭木箱，其主要特点为全封闭木箱，适用于有防锈、防霉、防潮要求的产品。设计包装木箱应根据GB 4892-2008的规定进行。8公差设计8.1利于提高精度设计1) 关键尺寸的加工可对其是粗糙度、形位公差或尺寸公差进行限制；2) 使较高配合精度要求的工作面的面积尽可能小；3) 配合面的几何形状应尽量简单，圆柱面代替圆锥面，平行、垂直面代替倾斜面；4) 尽量减少与配合面尺寸相关的尺寸。8.2公差等级选择在结构设计中，我们需要对各个尺寸进行规范以达到我们的需求，除了考虑合理的设计外，还需要公差进行限制；公差包括形位公差和尺寸公差。8.2.1形位公差形位公差包括形状公差和位置公差。车载产品机械结构不允许有肉眼可见倾斜或局部歪曲现象