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摘要：本文介绍了一种船用钣金机柜的结构设计，再现了船用钣金机柜的设计过程。文章从设计要求切入，考虑总体布局，从而设计出符合用户要求的产品。文章还对船用钣金机柜设计时应注意的事项进行了阐述。
关键词：船用机柜；钣金；结构设计
引言
机柜可以用来存放计算机与相关控制设备，实现整齐有序的排列设备，可节约设备占用空间，方便设备的安装与维护。随着我国冲压技术的广泛发展和不断增强，钣金机柜具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低、并易于实现机械化和自动化等特点，在舰船上应用范围越来越广。为了满足某船用机柜的设计要求，选用高度进制为44.45㎜的窄柜，机柜正面为开放式，可安装19〞标准机箱，机柜四个立柱经钣金折弯后与机柜顶面和机柜底面框架进行整体焊接后，不仅提高了机柜的强度和抗冲击与振动的能力，而且同拼装机柜相比还提高了尺寸稳定性。本文基于此机柜的具体设计过程，从机柜布局、插箱分布、机柜内部走线、散热、机柜安装、机柜隔振、机柜外部线缆的保护等几个方面分别来再现船用机柜的结构设计过程。
1.设计要求
船用机柜设计应首先满足设计任务书要求，并根据自身配装设备的特点充分考虑以下几点：
1.1满足用户要求的结构外形尺寸与颜色要求；
1.2线缆从机柜底部进入；
1.3根据船用机柜的安装位置综合考虑环境适应性；
1.4结构设计应尽量选用标准件、通用件，并充分考虑上架设备的通用性与互换性；
1.5机柜布局要合理，操作、维修、安装、调试要方便。
2.船用机柜结构设计
2.1设计总体布局考虑
2.1.1用户要求机柜外形尺寸为560㎜（宽）×1600㎜（高）×650㎜（深），其中高度尺寸包含机柜底部减振器及安装板尺寸。因此首先要确定所选用的减振器型号及尺寸才能最终确定机柜的高度尺寸。
2.1.2根据用户要求，此船用机柜可按GB/T3047.2-97《高度时制为44.45㎜的面板、机架和机柜的基本尺寸系列》标准进行设计，同时与其配套的上架插箱要求按GB/T 3047.4-1986《高度进制为44.45㎜的插箱、插件的基本尺寸系列》标准进行设计。
该船用机柜总体布局如图一所示，机柜正面为开放式如图二所示，正面立柱上按GB/T3047.2-97《高度时制为44.45㎜的面板、机架和机柜的基本尺寸系列》标准开设有系列正方形孔用于安装卡式浮动螺母以固定插箱及面板。
2.1.3考虑安装与维护方便，机柜正面设计成开放式，安装19〞标准机箱。机箱与机柜通过三节滚珠导轨连接，方便维护。机柜两侧与后面均设计成可拆装的快锁门并用螺钉固定，以减噪防震。
2.1.4用户要求从底部进线，为方便装调人员从机柜正面安装与调试，机柜底部预留出一定的空间来安装电源与信号电缆转接板（如图二所示件6）。机柜底框上设计有整个机柜机壳地接和信号地接地柱（如图二所示件5）。机柜底部的进线孔要设计防鼠套以防老鼠进入机柜，咬断内部线缆。
2.1.5热设计
电子设备的热设计，是指对电子元件、组件以及整机的温升控制。因此合理地改进通风结构，加强冷却空气的对流，可以明显地降低设备内部的温度。通常热空气比冷空气轻，机柜内空气的流向是由下向上的，因此在机柜两侧与后面的下方开一些孔作为进风口，在机柜的上方装四个风机作为排风口，来增强机柜内部空气的流动性形成有效的自然对流通道，以达到散热的目的（如图二所示）。
2.1.6机柜的内部走线
由于机柜上的插箱是可以通过导轨拉出机柜外的，那么插箱上的线缆也会随插箱移动，如插箱推入机柜中，插箱上的线缆也会随插箱落入机柜中。因此插箱上的线缆如何处理才能保证线缆能随插箱移动，又不至于让机柜里面的线缆在移动时相互缠绕显得凌乱不堪，那么跟线架如何设计才能保证既简单又实用又方便加工就显得至关重要了。
在该船用机柜中，在两个插箱之间设计一个跟线板（如图二所示件2），跟线板上打好绑线孔，线缆在走线架中从机柜的两侧走到插箱间的跟线板上，线缆沿着跟线板走到插箱1/2深度尺寸的位置后固定，并留出适当长度的活动线缆焊接插头并插到插箱后面的插座中，每根线缆对应一个插座。这时当从机柜中抽出插箱时，线缆随插箱拉直，当推入插箱时， 长1/2插箱深度尺寸的线缆沿着机箱的后半部折回机柜中。经这种方式走线后比较整齐合理。
如图二所示，机柜两侧后部各安装一根走线槽；机柜两侧各横着安装三根走线槽；机柜上安装的4个跟线板两侧也设计有走线槽。走线槽上打满系列绑线孔，可以固定走线槽上的线束，使线束不随船的振动而晃动，从而确保整个设备的电气性能。
2.1.7机柜的剩余空间安装设备插箱，安装原则是重的插箱放在下面，线缆有互连的插箱放在一起（如图一所示）。
2.1.8因机柜较重，为转运方便，特在机柜顶部设计安装四个吊环螺钉（如图二所示）。
2.2外购件选型
2.2.1隔振器的选择
该船用机柜安装在船舱内主体区，要求在全寿命周期内能经受振动、冲击、碰撞等力学环境的考验。因此对船用机柜采用隔振缓冲系统来缓和力学环境对设备的有害影响是非常有效的方法，这样不仅能够提高设备的可靠性而且还能够延长设备的使用寿命。
该船用机柜中，因设备安装后重心与隔振器支撑平面的重心基本重合，所以选用四个垂直承载能力相同的GH系列钢丝绳隔振器。因机柜较高，为增强机柜的稳定性，所以在机柜的后顶部安装两个隔振器对机柜进行隔振缓冲。GH系列钢丝绳隔振器是一种与传统的橡胶减震器和金属线形减震器完全不同的新型减震器，价格低廉。各种试验和实际应用证明：GH型钢丝绳隔振器具有变阻尼和变刚度特性，传递速率低，有优良的隔震缓冲性能，使用寿命长；对在恶劣环境下使用的电子设备，能有效地减轻外来冲击、振动、颠震等影响，可增强电子设备的耐振性和耐冲击性。GH型隔振器已广泛应用于飞机、航天器、舰船、潜艇、坦克、武装车辆、油田测井车等载体上的机电、电子设备。
在该船用机柜中，安装四个插箱。四个插箱重量与机柜本身自重确定后可选择相应型号的隔振器，按国标进而可确定该船用机柜的正面高度开孔尺寸为30U。
2.2.2导轨的选择
机柜的导轨选用市面上方便购买的三节重型滚珠导轨通用件。
2.3设计船用机柜时应注意的问题
如图二所示，该船用机柜采用钢板折弯后焊接成形的结构形式，其主体立柱和机柜上下围板均为2㎜厚钢板折弯而成，最终拼焊成机柜骨架。机柜骨架承载着插箱的全部重量，因此设计时要考虑机柜骨架的机械强度。机柜两侧与后面的门因不承重，可以用较薄的钢板折弯成形。
机柜各钣金零件设计要遵循钣金冲压及折弯技术工艺规范，设计时要采取减少回弹的措施，确保加工后的尺寸符合图纸要求。该船用机柜选用的是三节滚珠导轨，其装配误差小于0.3 ，如果机柜上与导轨安装位置相关的重要的接口尺寸加工后与设计要求不符，将导致插箱不能顺利安装或是插箱安装后两个插箱间的间隙不均匀，因此设计钣金件时要参照钣金件工艺规范进行设计。
3.结束语
设计船用机柜时首先要满足用户的技术指标，然后再综合考虑安装、维修、走线、接地、散热等方面构建出机柜的大致框架，考虑加工成本决定采取何种加工方式，再进行具体设计。在设计过程中还要考虑机柜的承载能力，各设备单元安装的方式等因素，使零件设计尽可能简单，可靠。
参考文献：
[1]王健石.电子设备结构设计标准手册（M）.北京：中国标准出版社，2001.10：295-297.
[2]徐浩.钣金冲压工艺窍门与钣金件设计制造技术方法及图集典范实用手册（M）.银声音像出版社.
作者简介：程文侠（1975），女，汉族，工程师，主要从事雷达电视产品及光电产品的结构设计工作。
关键词：船用机柜；钣金；结构设计
引言
机柜可以用来存放计算机与相关控制设备，实现整齐有序的排列设备，可节约设备占用空间，方便设备的安装与维护。随着我国冲压技术的广泛发展和不断增强，钣金机柜具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低、并易于实现机械化和自动化等特点，在舰船上应用范围越来越广。为了满足某船用机柜的设计要求，选用高度进制为44.45㎜的窄柜，机柜正面为开放式，可安装19〞标准机箱，机柜四个立柱经钣金折弯后与机柜顶面和机柜底面框架进行整体焊接后，不仅提高了机柜的强度和抗冲击与振动的能力，而且同拼装机柜相比还提高了尺寸稳定性。本文基于此机柜的具体设计过程，从机柜布局、插箱分布、机柜内部走线、散热、机柜安装、机柜隔振、机柜外部线缆的保护等几个方面分别来再现船用机柜的结构设计过程。
1.设计要求
船用机柜设计应首先满足设计任务书要求，并根据自身配装设备的特点充分考虑以下几点：
1.1满足用户要求的结构外形尺寸与颜色要求；
1.2线缆从机柜底部进入；
1.3根据船用机柜的安装位置综合考虑环境适应性；
1.4结构设计应尽量选用标准件、通用件，并充分考虑上架设备的通用性与互换性；
1.5机柜布局要合理，操作、维修、安装、调试要方便。
2.船用机柜结构设计
2.1设计总体布局考虑
2.1.1用户要求机柜外形尺寸为560㎜（宽）×1600㎜（高）×650㎜（深），其中高度尺寸包含机柜底部减振器及安装板尺寸。因此首先要确定所选用的减振器型号及尺寸才能最终确定机柜的高度尺寸。
2.1.2根据用户要求，此船用机柜可按GB/T3047.2-97《高度时制为44.45㎜的面板、机架和机柜的基本尺寸系列》标准进行设计，同时与其配套的上架插箱要求按GB/T 3047.4-1986《高度进制为44.45㎜的插箱、插件的基本尺寸系列》标准进行设计。
该船用机柜总体布局如图一所示，机柜正面为开放式如图二所示，正面立柱上按GB/T3047.2-97《高度时制为44.45㎜的面板、机架和机柜的基本尺寸系列》标准开设有系列正方形孔用于安装卡式浮动螺母以固定插箱及面板。
2.1.3考虑安装与维护方便，机柜正面设计成开放式，安装19〞标准机箱。机箱与机柜通过三节滚珠导轨连接，方便维护。机柜两侧与后面均设计成可拆装的快锁门并用螺钉固定，以减噪防震。
2.1.4用户要求从底部进线，为方便装调人员从机柜正面安装与调试，机柜底部预留出一定的空间来安装电源与信号电缆转接板（如图二所示件6）。机柜底框上设计有整个机柜机壳地接和信号地接地柱（如图二所示件5）。机柜底部的进线孔要设计防鼠套以防老鼠进入机柜，咬断内部线缆。
2.1.5热设计
电子设备的热设计，是指对电子元件、组件以及整机的温升控制。因此合理地改进通风结构，加强冷却空气的对流，可以明显地降低设备内部的温度。通常热空气比冷空气轻，机柜内空气的流向是由下向上的，因此在机柜两侧与后面的下方开一些孔作为进风口，在机柜的上方装四个风机作为排风口，来增强机柜内部空气的流动性形成有效的自然对流通道，以达到散热的目的（如图二所示）。
2.1.6机柜的内部走线
由于机柜上的插箱是可以通过导轨拉出机柜外的，那么插箱上的线缆也会随插箱移动，如插箱推入机柜中，插箱上的线缆也会随插箱落入机柜中。因此插箱上的线缆如何处理才能保证线缆能随插箱移动，又不至于让机柜里面的线缆在移动时相互缠绕显得凌乱不堪，那么跟线架如何设计才能保证既简单又实用又方便加工就显得至关重要了。
在该船用机柜中，在两个插箱之间设计一个跟线板（如图二所示件2），跟线板上打好绑线孔，线缆在走线架中从机柜的两侧走到插箱间的跟线板上，线缆沿着跟线板走到插箱1/2深度尺寸的位置后固定，并留出适当长度的活动线缆焊接插头并插到插箱后面的插座中，每根线缆对应一个插座。这时当从机柜中抽出插箱时，线缆随插箱拉直，当推入插箱时， 长1/2插箱深度尺寸的线缆沿着机箱的后半部折回机柜中。经这种方式走线后比较整齐合理。
如图二所示，机柜两侧后部各安装一根走线槽；机柜两侧各横着安装三根走线槽；机柜上安装的4个跟线板两侧也设计有走线槽。走线槽上打满系列绑线孔，可以固定走线槽上的线束，使线束不随船的振动而晃动，从而确保整个设备的电气性能。
2.1.7机柜的剩余空间安装设备插箱，安装原则是重的插箱放在下面，线缆有互连的插箱放在一起（如图一所示）。
2.1.8因机柜较重，为转运方便，特在机柜顶部设计安装四个吊环螺钉（如图二所示）。
2.2外购件选型
2.2.1隔振器的选择
该船用机柜安装在船舱内主体区，要求在全寿命周期内能经受振动、冲击、碰撞等力学环境的考验。因此对船用机柜采用隔振缓冲系统来缓和力学环境对设备的有害影响是非常有效的方法，这样不仅能够提高设备的可靠性而且还能够延长设备的使用寿命。
该船用机柜中，因设备安装后重心与隔振器支撑平面的重心基本重合，所以选用四个垂直承载能力相同的GH系列钢丝绳隔振器。因机柜较高，为增强机柜的稳定性，所以在机柜的后顶部安装两个隔振器对机柜进行隔振缓冲。GH系列钢丝绳隔振器是一种与传统的橡胶减震器和金属线形减震器完全不同的新型减震器，价格低廉。各种试验和实际应用证明：GH型钢丝绳隔振器具有变阻尼和变刚度特性，传递速率低，有优良的隔震缓冲性能，使用寿命长；对在恶劣环境下使用的电子设备，能有效地减轻外来冲击、振动、颠震等影响，可增强电子设备的耐振性和耐冲击性。GH型隔振器已广泛应用于飞机、航天器、舰船、潜艇、坦克、武装车辆、油田测井车等载体上的机电、电子设备。
在该船用机柜中，安装四个插箱。四个插箱重量与机柜本身自重确定后可选择相应型号的隔振器，按国标进而可确定该船用机柜的正面高度开孔尺寸为30U。
2.2.2导轨的选择
机柜的导轨选用市面上方便购买的三节重型滚珠导轨通用件。
2.3设计船用机柜时应注意的问题
如图二所示，该船用机柜采用钢板折弯后焊接成形的结构形式，其主体立柱和机柜上下围板均为2㎜厚钢板折弯而成，最终拼焊成机柜骨架。机柜骨架承载着插箱的全部重量，因此设计时要考虑机柜骨架的机械强度。机柜两侧与后面的门因不承重，可以用较薄的钢板折弯成形。
机柜各钣金零件设计要遵循钣金冲压及折弯技术工艺规范，设计时要采取减少回弹的措施，确保加工后的尺寸符合图纸要求。该船用机柜选用的是三节滚珠导轨，其装配误差小于0.3 ，如果机柜上与导轨安装位置相关的重要的接口尺寸加工后与设计要求不符，将导致插箱不能顺利安装或是插箱安装后两个插箱间的间隙不均匀，因此设计钣金件时要参照钣金件工艺规范进行设计。
3.结束语
设计船用机柜时首先要满足用户的技术指标，然后再综合考虑安装、维修、走线、接地、散热等方面构建出机柜的大致框架，考虑加工成本决定采取何种加工方式，再进行具体设计。在设计过程中还要考虑机柜的承载能力，各设备单元安装的方式等因素，使零件设计尽可能简单，可靠。
参考文献：
[1]王健石.电子设备结构设计标准手册（M）.北京：中国标准出版社，2001.10：295-297.
[2]徐浩.钣金冲压工艺窍门与钣金件设计制造技术方法及图集典范实用手册（M）.银声音像出版社.
作者简介：程文侠（1975），女，汉族，工程师，主要从事雷达电视产品及光电产品的结构设计工作。