各种机箱大PK

一、前言

机箱是安装和保护电子设备内部各种电路单元、元器件及机械零部件的重要结构，对于消除各种复杂环境对设备的干扰，保证设备安全、稳定、可靠地工作，提高设备的使用效率、寿命，以及增强设备安装、维修的方便等起着非常重要的作用。机箱作为电子设备一个重要的基础结构，其设计也是整个电子设备结构设计的重要内容之一，现已成为实现电子设备技术指标的重要环节。随着科学技术的飞速发展，电子设备的种类越来越多，为满足不同类电子设备的需要，机箱的种类也是越来越多，形状越来越复杂，机箱设计的要求越来越多，如创新，实用，美观，经济等。为此，设计人员应转变设计思路，从过去单一的功能性结构设计转变为结构设计与造型设计、模块化设计等同步设计的新思路。军用电子设备的使用环境较民品更为多样、复杂、恶劣，其机箱设计则更为重要、困难，这也是从事军用电子设备结构设计的设计师所面临并要加强研究的课题。

二、机箱设计准则

1.确保设备技术指标的实现

设计机箱时，应根据设备的使用环境，综合考虑设备内部的电磁干扰和热问题，以及外部的机械、电磁、电气和气候等因素的影响，以确保设备电性能的稳定性，并使机箱具有足够的强度、刚度，以确保设备机电连接的可靠性以及设备的防振冲能力，同时采取相应措施，确保设备各项技术指标的实现和可靠性要求。

2.具有良好的结构工艺性

所谓结构工艺性好就是能优质、高产、低成本地进行设备的生产，包括加工、装配、调试、维修等。结构与工艺密切相关，结构不同则所采用的工艺也不相同。设计机箱时，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，使设计的机箱符合当时的生产实际，并具有良好的装配工艺，从而确保设备质量。

3.便于装配、操作、维修

为了充分发挥电子设备的效能，设计的机箱应便于操作使用，并符合使用者的心理和生理特点，同时结构上力求最简，便于装配、拆卸，使设备可达性、维修性好，另外，设计的机箱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.标准化、模块化

机箱设计时，应尽可能地满足标准化、模块化要求，并采用模块化设计方法，所有尺寸均采用标准尺寸系列，并符合公差配合标准及有关通用标准，以确保设备机箱的互换性，这样，在研制类似设备或设备改型时，可以少改动甚至不改动设备的机箱尺寸即可完成新研或改型设备的机箱设计。

5.小型化

所谓小型化就是尽可能地减小设备体积和重量。机箱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，因而在设计机箱时应予以重视。

6.外形美观

设备的外形不仅关系到操作者的感官要求，而且关系到设备的销售。设计机箱时，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，对机箱外形精心设计，以使设备外形美观。

综上所述，确保设备技术指标的实现和便于装配、操作、维修的准则体现了机箱设计的实用性要求，具有良好的结构工艺性体现了机箱设计的经济性要求，标准化、模块化和小型化既体现了机箱设计的创新要求又体现了经济性要求，造型设计则体现了机箱设计的美观要求。

三、机箱结构设计

电子设备的机箱种类很多，其结构形式取决于设备用途、使用环境和复杂程度，目前，常用的有钣金结构机箱、铝型材结构机箱、铸造结构机箱、焊接结构机箱、塑料机箱等5种。

1.钣金结构机箱

钣金结构主要利用弯曲工艺，将型材、板材弯曲成一定角度形成一定形状而成。弯曲是利用材料的塑性进行加工的一种工艺方法。设计钣金结构机箱时，要注意以下几个问题：

⑴弯曲圆角半径，这里的圆角半径是指内缘半径。圆角半径过小容易引发裂纹，圆角半径过大容易引起回弹现象，而使设计的弯曲圆角和半径尺寸得不到保证。不同的材料有不同的最小弯曲半径，设计的半径要以此为依据。对形状近于对称的机箱，两边的圆角半径尽量一致，以免弯曲时板料因受力不均而滑动。有时为了装配需要，机箱会带有翻边，此时，应采用具有一定半径的弯边代替过急的折角；

⑵回弹现象，回弹又叫回跳。由于弯曲过程包括塑性与弹性变形两个过程，因此，回弹现象是不可避免的。设计时，应制定合理的弯曲公差，太严的公差只能靠整形工序予以保证，或者用加强筋来抑制回弹，予以定形，或者通过改进模具结构来减弱回弹；

⑶弯曲形状。机箱形状与尺寸应尽量对称，这样，可以防止弯曲过程中因受力不均匀、坯料发生滑移而影响弯曲精度，而且模具的寿命也长；

⑷单边弯曲高度尺寸。钣金结构中，单边弯曲能起到加强筋的作用，有时甚至能安装电子元器件，单边弯曲高度值问题常常为设计人员所忽视。在弯曲圆角半径确定的前提下，其单边弯曲高度值有一极限值，过小则在普通折弯机上无法实现，必须设计专用模具，从而增加加工成本。通常最小单边弯曲高度为最小弯曲半径加两倍材料厚度；

⑸设计定位孔。为保证机箱在弯曲时不会移动，常须开设定位孔，因此，机箱设计时要充分考虑定位孔，并为其留好位置；

⑹尺寸标注及公差的合理标注。机箱中的有些位置尺寸标注不当往往会影响到机箱弯曲后的质量，通常以机箱弯曲成型后的开放边为基准来标注相关位置尺寸。尺寸公差也是值得注意的问题，公差等级过高则增加成本，甚至无法实现，过小则影响设备的整机装配。具体的公差精度要视设备结构的复杂程度而定。

钣金结构机箱尺寸变化灵活，便于标准化、系列化，而且加工、组装简单，但机箱的尺寸精度较差，而且机箱外形不易做到美观，因而，这种机箱主要用于单件多品种电子设备中。

2.铝型材结构机箱

铝型材结构机箱就是利用各种截面形状的铝型材弯曲成机箱的围框，在围框外面覆以铝板（可以采用冲裁、弯曲或机加工制成），借助铆钉或螺钉连接组装成的机箱。铝型材结构机箱主要采用弯曲工艺，其设计中的注意事项参见钣金结构机箱设计。

这种机箱结构简单，变化灵活，内部结构易于处理，并且具有足够的强度和较好的刚度，加工工艺简单，生产周期短，而且机箱外形容易实现美观要求，故广泛用于新产品的研制和批量生产，目前主要用于民用电子设备以及军用电子仪器、仪表中。

随着型材技术的不断发展，出现了多种铝型板，设计人员可充分利用铝型板，借助于铆钉、螺钉直接组装成型板结构机箱。这种机箱具有结构新颖、美观、刚强度高、加工量少、装配方便等特点。

3.铸造结构机箱

所谓铸造，就是将液体金属浇注到具有与零件形状相适应的铸型腔体中，冷却后获得零件或毛坯的方法。由于军用环境的特殊性，军用电子设备通常需要有“三防”功能，设备必须采用密封机箱，此时，可采用铸造结构或焊接结构机箱。铸造工艺可制成形状复杂且结构不对称的机箱。随着精密铸造技术的迅速发展，铸造精度能达到IT10～IT11级，表面粗糙度可达Ra6.3～0.8μm。设计铸造结构机箱应注意以下几个问题：

⑴结构最优化。铸件的优点在于允许零件具有复杂的形状，这种复杂形状可能是为了外形美观，为了合理利用材料，为了满足机箱的强度、刚度，或是为了设备的装配需要，设计人员应充分利用铸件的这一特点，在机箱的实用（满足性能）、美观、经济三者之间寻求最佳的平衡点，力求使设计的机箱结构最优化；

⑵箱体壁厚的确定。从节约材料、减轻设备重量的角度考虑，机箱壁越薄越好，从铸造工艺性考虑，薄壁结构铸造难度大，成本高。机箱壁太厚则流动性差，且容易形成气泡、缩孔等铸造缺陷，成本也高。因而，在决定机箱壁厚时，要从箱体大小、结构形式、铸造方法、材料、加工成本等多角度综合考虑。

⑶机箱各连接处的过渡设计。机箱两个表面的连接处是铸造机箱结构设计的重点。在两个表面连接处，铸造金属不均匀的聚积会导致机箱内部不均匀的冷却，它是缩孔、缩松、内应力、裂纹等铸造缺陷产生的根源。因此，机箱的任何两个平面之间都应避免尖角相连，而应采用圆角过渡，而且尽可能用同一圆角。当两个平面壁厚相差很大，而又难以避免时，应设计坡度圆角过渡区，或设计加强筋来加强等；

⑷角部的圆角度确定。机箱各角部的合适圆角度是铸造结构的基本特征，圆角过小，容易产生内应力，并导致裂纹。圆角过大，则角部积聚的金属较多，容易引起缩孔等缺陷。通常取两连接壁厚算术平均值的0.2～0.4倍；

⑸壁与壁间的连接圆角的确定。如果两壁厚相同，则内圆角取壁厚的1/6～1/3，如果两壁厚相差不大，则内圆角取两壁厚平均值的1/6～1/3；

⑹筋的设计。有时为了机箱的强度、刚度需要，需要设计加强筋，有时甚至利用加强筋来安装零件、元器件等。但是，在机箱外缘和拐角处不能设计加强筋，否则会产生局部应力而使金属破坏，产生裂纹。筋的厚度通常取壁厚的0.7～0.9，筋的高度要小于5倍壁厚；