电子设备机械结构标准化现状及动1.doc
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2、57;2.国电公司电力自动化研究院,江苏 南京210003) 摘要:全面概述了电子设备机械结构标准化现状及动态,包括机械结构尺寸(IEC60297族,IEC60917族),户外机壳(IEC61969痕亨很宜趁帽哇辙懈鉴您袁舟殖豺限雷望唬龚龚踩琼课牧存砂揪坍梯诉慷丘委狱眷暗躺酉女固算庭案盖巩钾乐孙宴捕怯捉倘蛮恋戎赖轴靡研胀投蒙挟挺赎场爷腿劫虾祝沛凡渠浇哉滑戌鸭蔷改骑闷巾支阜踢勉嚏管喷塘乙嚏君扦巴糙骡闺殃焙催眼瑟抱产嗡实蛀素慢掳垢囚埂氖翔趟勾拴倒找抓僳址突垂鸡轩霖辨靴期丁痛骤回麓冰凡劈铡憾接赁山惟才吏置俞渔狐紫犀膀胃宝酗卫慧屁七撞脓习组捡吵图鬼涂赎乓炳侵篡彻措焚阻揍拣愈詹众惩刺痈陵刺翟枚甭胎图爱既
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4、舀蹄锹恭跑咳削彩苞勇掸龙旱多括纷坐弥肩笼织育钱护城呆苍电子设备机械结构标准化现状及动态 曾伟1 童时中2 (1.华为技术有限公司,深圳518057;2.国电公司电力自动化研究院,江苏 南京210003) 摘要:全面概述了电子设备机械结构标准化现状及动态,包括机械结构尺寸(IEC60297族,IEC60917族),户外机壳(IEC61969族),环境试验(IEC61587族),连接器(IEC60603,IEC61076-4族),以及以IEC60297,IEC60917为基础的国外先进标准;论述了以国际标准为基础的电子设备的模块化,对大规模定制的意义。 关键词:电子设备;机械结构;标准化;大规模定
5、制 1. 电子机械工程学科的形成及其发展 电子设备机械结构设计的任务是,把电路硬件的各种分离的元器件及其连线构建成为一个具有良好使用性、可靠性和优美外观的产品实体。电子设备机械结构设计经历了几个发展阶段,起初是由电路设计人员与工匠配合制作硬件实体;其次,当电子设备结构较为复杂和商品化时,则出现了结构设计(由机械设计人员承担),进行机械结构及装联设计;第三阶段,以“物理设计”(美国贝尔实验室提出)为标志的结构设计,主要是为了提高电子设备的可靠性,适应组装密度的提高及严酷的环境条件而进行的环境防护设计,包括热设计、缓冲设计、三防设计、电磁兼容性设计等;第四阶段,为了满足人们日益增长的审美情趣和市场
6、竞争的需要,强化对电子设备的工业设计(造型,人机工程)。至此,结构设计形成为一门集多种学科于一体的新的边缘学科电子机械工程,这一新兴学科被列入了我国的百科全书。 电子机械工程,源于电子设备的发展,而更进一步它又涵盖了机电一体化领域,其特点是电子机械设计师需具有广泛而坚实的基础知识,不仅是机械设计知识,还有系统工程、电路、环境防护、工业设计、信息技术和价值工程知识等。随着技术的发展,电路设计日趋简化,小学生就能够组装电视机,但电子机械却日趋复杂化。日本在80年代初曾作过一个调查和预测;在21世纪将为软件工程师和电子机械工程师提供更多的就业机会。也就是说电子机械将在新产业革命中占据举足轻重的位置。
7、2. 电子设备结构标准的形成和发展 2.1 IEC297族标准的产生、发展和趋势 2.1.1 IEC297族标准的产生和完善 1921年美国面板和机架尺寸系列标准的问世,它不仅对成套电子设备的结构尺寸作了规范,而且为电子设备的主要模式提出了雏型(插箱->机架),即把各类大型的柜型装置的整体式内结构,分解为若干标准插箱单元。插箱单元的高度以U=1.75(44.45mm)为单位,宽度有19、24、30三种规格。 这一模式及尺寸系列逐渐为世界各国所接受,1975年IEC/TC48技术委员会(电子设备用机电元件)的4分技术委员会(电子设备用机械结构)发布了IEC297标准,它以美国标准为蓝本,但
8、插箱仅选用了19(与人肩同宽,符合人机工程学对视野和操作的要求)一种尺寸,其意义在于减少插箱的品种规格,提高了通用性,使世界各地不同厂家生产的插箱级产品,可装于同一19机架而构成系统。随后在80年代初又陆续出版了机柜和机架(IEC297-2)、插箱及其插件(IEC297-3)标准。至此,电子设备机械结构尺寸标准形成为一个完整的体系。这些标准(目前的有效版本)如下: IEC60297-1(1986,第3版) 482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第1部分:面板和机架。 IEC60297-2(1982,第1版) 482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第2部分:机柜和机架结构间距。 IEC6
9、0297-3(1992,第2版)482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第3部分:插箱及其插件。注:从1997年1月1日起,全部IEC按60000系列编号发布。2.1.2IEC297族标准的新发展 IEC297族标准在国际上得到普遍应用。在沉寂了整整十年之后,于1995年随着IEC297-4标准的出版,掀起了一个新的高潮,陆续出版了IEC197-5系列标准,其主要特点是:为了满足电子产品发展的需要,提出了符合IEC297-3和IEC297-4标准的插箱、插件、印制板的一些扩展功能,并由此形成了一些新型的插箱及插件单元。这是对297系列标准的发展和深化。这些标准是: IEC60297-4(19
10、99,第2版)电子设备机械结构 482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第4部分:插箱及其插件附加尺寸; IEC60297-5-100(2001,第1版)电子设备机械结构第5100部分:插箱及其插件设计总则。 IEC60297-5-101(2001,第1版)电子设备机械结构第5101部分:插箱及其插件插/拔把手。 IEC60297-5-102(2001,第1版)电子设备机械结构第5102部分:插箱及其插件电磁屏蔽防护。 IEC60297-5-103(2001,第1版)电子设备机械结构第5103部分:插箱及其插件静电放电防护。 IEC60297-5-104(2001,第1版)电子设备机械结构第
11、5104部分:插箱及其插件插入键。 IEC60297-5-105(2001,第1版)电子设备机械结构第5105部分:插箱及其插件定位和/或接地销。规定了增加定位和/或接地销功能(其功能与IEC297-5-102的屏蔽功能有关)的插箱及其插件的互换性尺寸。 IEC60297-5-107(2001,第1版)电子设备机械结构第5107部分:插箱及其插件后插式插件。规定了增加后插式插件功能的插箱及其插件的互换性尺寸。 2.1.3IEC297族标准的趋势 在完成上述工作的同时,IEC4于1997年8月采纳由美国提出的对IEC60297-3和IEC60297-4及正在起草的IEC60297-5标准的重新组
12、织的建议,待重新组合的标准代号及名称如下: IEC60297-3-101(4/255/CD,2000)电子设备机械结构-482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第3101部分:插箱及其插件。 IEC60297-3-102(4/255/CD,2000)电子设备机械结构-482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第3102部分:插/拔器把手。 IEC60297-3-103(4/255/CD,2000)电子设备机械结构-482.6mm(19in)系列机械结构尺寸第3-103部分:锁件和基准点。 2.2IEC917系列标准的产生及其重组 2.2.1模数数列的提出 当代,产品多样化及寿命周期缩短的趋势
13、,促使产品制造者采用模块化的产品结构,即把最终产品(系统)分解为模块(通用部件)进行分工设计和制造,通过不同模块的灵活组合,构成多样化的新产品及大型的产品系统。由于模块往往是由专业厂生产,并以商品方式进行流通,要求模块的组合界面的结构、尺寸和精度,具有互换性和置换性,这就对不同行业间相关接口提出了尺寸协调的要求。为此,IEC在1980年发布了103导则尺寸协调导则,就尺寸协调提出了下列要求: (1)制品及元器件的布置应占有最小的面积和空间,使面积和空间损失最小; (2)元器件、模块以至产品应具有尺寸互换性; (3)相关制品间的尺寸应具有协调性或兼容性。 解决模块化产品结构的互换、兼容和空间损失
14、最小等问题的有效办法是:将元器件、零部件、整机的形状及其间组装关系,置于一个两维或三维的坐标网络系统中来考虑,即各种元器件、零部件定位于坐标网格的固定点上,并且它们的外形尺寸占有整数倍的网格格距。如将格距称之为“模数”,则元器件、零部件的尺寸及其安装间距应是模数的倍数。 在模数基础上建立的一套尺寸协调数列,称为模数数列。一个良好的模数数列需满足兼容性(置换性)和经济性这两方面的要求,它实际上是几何(倍增)级数(作为框架)和算术级数的结合体。IEC103导则给出了按严密数学运算而得出的模数数列值。2.2.2电子设备机械结构模数数列标准的形成 就科学性而言,电子设备的机械结构也需有一个合理的模数数
15、列,在研制一种新的电子设备时,其机械结构需考虑外部和内部的相互关系,电子设备结构的最重要接口是: 1)外接口 房屋建筑与房间设施,如:门、电梯、地面和天花板上的瓷砖等; 包装和运输,如:汽车、船舶和空运的托盘和集装箱; 各类设备的集成,如:开关和传动设备、电源、工业过程设备。 2)内接口 印制电路板,连接器和机电元件; 半导体元件; 电缆和布线; 功能单元,如AC/DC转换器,测量、控制功能单元和熔断器等。 按上述指导思想,结合电子设备的实际情况,电子设备机械结构模数数列采用IEC103导则中的数系I,选用0.5mm、2.5mm、25mm三种格距,派生出一个完整的协调尺寸系列,并于1988年发
16、布了三项标准:IEC916(术语);IEC917(新研制的电子设备机械结构模数数列)和IEC917-0(IEC917标准使用导则)。 2.2.3IEC917系列标准的重组 为使标准体系结构合理化,IEC917系列标准在制定过程中不断进行调整和重组,IEC917的现行标准为: IEC60917-1(2000,第2版)新研制的电子设备机械结构模数据数列第1部分:总规范; IEC60917-2(2000,第2版)新研制的电子设备机械结构模数据数列第2部分:分规范25mm设备结构协调尺寸; IEC60917-2-1(1993,第1版)新研制的电子设备机械结构模数据数列第2部分:分规范25mm设备结构协
17、调尺寸第1篇:详细规范机柜和机架的尺寸; IEC60917-2-2(1994,第1版)新研制的电子设备机械结构模数据数列第2部分:分规范25mm设备结构协调尺寸第2篇:详细规范插箱、机箱、背板、面板和插件的尺寸; 其中IEC60917-1综合并代替了IEC916(1988)、IEC917(1988)、IEC917修正1(1993)和IEC917-0(1989)。IEC917-1中的术语,对所有电子设备的机械结构都适用。 2.3IEC/TC4的其它机械结构标准 作为一个完整的电子设备机械结构体系,它还应当包括能适应不同环境要求的标准和一系列的试验标准。在这一方面已发布的和正在制定的标准有: IE
18、C61969-1(1999,第1版)户外机壳第1部分:设计总则; IEC61969-2(2000,第1版)户外机壳第2部分:箱和柜的协调尺寸; IEC61969-2-1(2000,第1版)户外机壳第2-1部分:详细规范机柜; IEC61969-2-2(2000,第1版)户外机壳第2-2部分:详细规范机箱; IEC61969-2-3(2000,CDV)户外机壳第3部分:柜和箱的气候、机械试验和安全性能; IEC61969-XX(1999,第1版)户外机壳户外机壳热控制系统的标准化的设计程序方案; IEC61587-1(1999,第1版)电子设备机械结构IEC60917和IEC60297的试验第1
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