一、電子產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)設計簡介

電子產(chǎn)品的設計通常包括電路設計和結(jié)構(gòu)設計。電路設計就是根據(jù)產(chǎn)品的功能要求和技術條件，確定總體方案并設計原理框圖，并在此基礎上進行必要的計算和試驗，最終確定詳細電路設計圖紙并選定元器件及其參數(shù)。結(jié)構(gòu)設計則是根據(jù)電路設計提供的資料和數(shù)據(jù)，結(jié)合電子產(chǎn)品的性能要求、技術條件等，合理布置元器件、使之組成部件或電路單元，同時進行機械設計和防護設計，將各零部件或電路單元互連，最后給出齊套的技術圖紙。

設計和制造電子產(chǎn)品，除滿足工作性能的要求外，還必須滿足加工制造的要求，電路性能指標的實現(xiàn)，要通過具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出來。電子產(chǎn)品是隨著電子技術的發(fā)展而發(fā)展的，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)成形式也隨之發(fā)生變化。初期的電子產(chǎn)品功能比較簡單，設計考慮的主要問題是電路設計。到20世紀40年代后，隨著電子產(chǎn)品功能越來越多，出現(xiàn)了將復雜產(chǎn)品分為若干部件、樹立結(jié)構(gòu)級別的先進想法；為防止氣候影響，研制出密封外殼；為防止機械過載而研制出減振器，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能進一步完善，此時，結(jié)構(gòu)設計才正式成為電子產(chǎn)品設計的內(nèi)容。隨后，由于產(chǎn)品向高集成度和小型化方向發(fā)展，尤其是出于軍用電子技術的發(fā)展和野戰(zhàn)的需要，散熱、抗電磁干擾、防潮、防霉菌、防鹽霧開始成為結(jié)構(gòu)設計中必須考慮的內(nèi)容，結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容也因此逐步豐富起來。目前，結(jié)構(gòu)設計在電子產(chǎn)品的設計中占有較大的比重，直接關系到電子產(chǎn)品的性能和技術指標（條件）的實現(xiàn)。

電子產(chǎn)品的整機結(jié)構(gòu)是指電子產(chǎn)品中由工程材料按合理的方式進行連接，能夠安裝電子元器件及機械零部件，使產(chǎn)品成為一個整體的基礎結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)包括機箱機架和機柜結(jié)構(gòu)、分機插箱、底座和積木盒結(jié)構(gòu)、導向定位裝置、面板、指示和操控裝置等。

電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的目的是解決產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài)如何與產(chǎn)品的功能相統(tǒng)一、與使用要求相統(tǒng)一、與由電子產(chǎn)品組成的工作環(huán)境和生活環(huán)境相統(tǒng)一，并適合人的生理和心理特性等，以滿足用戶的要求。

二、電子產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容

電子設備結(jié)構(gòu)設計和生產(chǎn)工藝的任務就是以結(jié)構(gòu)設計為手段，保證所設計的電子設備在既定的工作環(huán)境條件和使用要求下，達到技術條件所規(guī)定的各項指標，并能穩(wěn)定可靠地完成預期功能，即保證電子設備的可靠性。

根據(jù)產(chǎn)品的技術指標和使用條件，整機結(jié)構(gòu)設計應包括以下幾方面內(nèi)容：

（1）總體方案設計

具體包括：

① 分機或單元的劃分與總體布局。

② 各分機或單元的技術指標分配。

③ 可靠性分析與設計。

④ 環(huán)境條件分析和使用要求分析。

⑤ 可維修性的結(jié)構(gòu)考慮和機電連接考慮。

⑥ 機箱、機柜的統(tǒng)一性設計、造型設計及確定主要尺寸。

（2）分機或單元結(jié)構(gòu)設計

具體包括：

① 元器件、零部件排列和布線，印制電路板設計。

② 電磁兼容設計。

③元器件散熱及機械傳動系統(tǒng)的布置等。

④ 各分機或單元之間的協(xié)調(diào)性設計。

（3）整機防護設計

具體包括：

① 散熱系統(tǒng)的設計。

② 減振緩沖系統(tǒng)的設計。

③ 三防（防潮、防霉、防鹽霧）措施的選擇和設計等。

④ 防護設計不僅應在整機設計中考慮，在分機和單元結(jié)構(gòu)設計中也應考慮。

（4）典型機械結(jié)構(gòu)件設計

具體包括：

① 根據(jù)技術要求和所選定的結(jié)構(gòu)形式確定整機或分機（插箱）的機架、底座和面板結(jié)構(gòu)。

② 進行剛強度分析或計算，周密地考慮可維修性及其設計，進行造型、色彩設計。

③ 各種附件設計等。

④ 人機工程設計，以便于安裝、調(diào)試和操作、維護。

（5）機電連接設計

具體包括：

① 分機或單元之間、整機與外部設備及電源之間、分機與天線之間的機電連接形式和安排。

② 連接元器件的選擇。由于連接元器件對保證產(chǎn)品正常工作有重要的作用，因此在整機結(jié)構(gòu)設計時，必須做到連接可靠，不引入干擾，裝卸方便。

（6）整機布線設計

具體包括：

① 根據(jù)不同類型的整機電路結(jié)構(gòu)及其組合設計的特點，從整機接口出發(fā)，按單向性布線的原則，合理完成接口、印制板組裝件、母板、面板元器件及部件之間的導線布線、走線路徑與連接關系設計。

② 確保導線束的綁扎、輻射、彎曲、分支及其焊接及加固所需的空間、面積、距離與間隙。

③ 形成“整機導線走線圖”和“導線接點表”，保證整機導線及導線束的走線與安裝。

三、電子產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)設計的基本原則

電子產(chǎn)品的整機結(jié)構(gòu)設計是一個復雜的系統(tǒng)工程，需要考慮的要素很多，不僅要考慮單一要素設計的合理性，更要考慮各種設計要素的整體性。有些情況下，不同要素的設計要求甚至是相互矛盾的，這就要求根據(jù)產(chǎn)品的總體性能要求采用折中設計方法。

電子產(chǎn)品的整機結(jié)構(gòu)設計一般應遵循以下基本原則：

（1）保證產(chǎn)品技術指標的實現(xiàn)

電子產(chǎn)品的性能體現(xiàn)為產(chǎn)品的技術指標，實現(xiàn)這些技術指標是研制與生產(chǎn)的最終目標。要實現(xiàn)產(chǎn)品性能指標，一方面依賴于電路設計，另一方面則依靠整機結(jié)構(gòu)設計。在有些情況下，某些技術指標（與電路無關的）必須依賴于整機結(jié)構(gòu)設計來解決。技術指標的實現(xiàn)應以電子產(chǎn)品的總體技術指標為主，不應盲目追求個別指標的先進性，給設計、制造工作帶來額外困難。

（2）保證產(chǎn)品可靠性指標的實現(xiàn)

可靠性是電子產(chǎn)品的一項重要指標。電子產(chǎn)品的可靠性包括元器件可靠性和整機（或系統(tǒng)）可靠性兩個方面。整機（或系統(tǒng)）可靠性是建立在元器件可靠性基礎上的。為了提高產(chǎn)品可靠性，在整機結(jié)構(gòu)設計時，要注意整機電路系統(tǒng)的可靠性和整機機械結(jié)構(gòu)的可靠性。在結(jié)構(gòu)設計時，應進行載荷和應力分析，充分估計工作時的最惡劣情況，精心設計和試驗驗證，這樣可靠性才有保障。

（3）保證產(chǎn)品使用要求的實現(xiàn)

電子產(chǎn)品的最終價值體現(xiàn)是滿足使用要求。因此在整機結(jié)構(gòu)設計時，必須保證產(chǎn)品滿足使用要求。一般來說，使用要求包括產(chǎn)品的體積、質(zhì)量、產(chǎn)品的可維修性和產(chǎn)品的操縱控制性能等，具體要求如下：

① 盡量做到體積小、質(zhì)量輕。對于一些需要在對空間位置和產(chǎn)品質(zhì)量有嚴格要求的場合下使用的產(chǎn)品，減小其體積和質(zhì)量具有重要意義。減小產(chǎn)品的體積和質(zhì)量還可以節(jié)約材料，有利于加工和運輸；載荷產(chǎn)品質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，可以減小慣性，降低能耗。軍用電子產(chǎn)品的體積和質(zhì)量越小，其機動性越高，越能充分發(fā)揮其作用。因此，在整機結(jié)構(gòu)設計時，必須合理布局，提高其組裝密度，選用小型化元器件和輕質(zhì)材料，并盡量簡化結(jié)構(gòu)，最大限度地利用空間，以減少其體積和質(zhì)量。

② 盡可能提高電子產(chǎn)品的可維修性。提高可維修性可以縮短維修時間，減少維修費用，延長產(chǎn)品無故障工作時間，充分發(fā)揮產(chǎn)品的作用，這對于軍用產(chǎn)品更為重要。因此在整機結(jié)構(gòu)設計時，要采取各種措施，如采用模塊化結(jié)構(gòu)和快速拆卸結(jié)構(gòu)等，以便在發(fā)生故障時能迅速處理。

③ 充分考慮人機工程學。設計出符合人的生理、心理特點的結(jié)構(gòu)，使操作者感到方便、靈活、安全，從而更好地發(fā)揮人和機器的效能。如在使用電子產(chǎn)品時，一般都要通過控制器（各種旋鈕、開關等）和顯示器（圖像顯示、讀數(shù)、指示等）來進行操縱和控制。對此，在整機結(jié)構(gòu)設計時，要合理安排，使其符合人的生理特點，做到簡便、合理、可靠，符合人的操作習慣。

（4）保證產(chǎn)品具有良好的工藝性

設計工藝性是產(chǎn)品設計工作中的一項重要因素，它直接決定了產(chǎn)品的可制造性，是采用經(jīng)濟、合理和可靠的方法制造產(chǎn)品的基礎。隨著自動化生產(chǎn)設備的應用和智能制造技術的發(fā)展，可制造性設計的作用越來越重要。在設計電子產(chǎn)品時，要從實際生產(chǎn)出發(fā)，使所設計的零件、組件、部件具有良好的工藝性，整機有良好的裝配工藝性。只有對新材料生產(chǎn)情況和新工藝發(fā)展情況及加工設備和工藝水平有較全面的了解，才有可能設計出具有良好工藝性的產(chǎn)品。

（5）通用化、系列化、模塊化

在整機結(jié)構(gòu)設計中，采用模塊化結(jié)構(gòu)可以提高標準化程度。模塊化就是把一些通用性、重復性較大的單元，用成熟的電路和結(jié)構(gòu)形式固定下來，使之通用化、系列化。在設計整機產(chǎn)品時，通過使用這些通用化、系列化組件、單元，或稍加修改補充即可構(gòu)成新產(chǎn)品，可以縮短設計和試制周期，減少重復勞動，使設備結(jié)構(gòu)緊湊、操作維修方便，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。模塊化是一種新的設計方法，模塊化設計是按照標準化原理和系統(tǒng)工程原理及方法，采用頂層分析與底層需求相結(jié)合的設計方法，是一個自上而下的過程，合理劃分模塊、建立模塊體系是其設計的關鍵。實踐證明，采用模塊設計方法能顯著縮短研制周期，降低研制成本，提高產(chǎn)品的可靠性和可維修性。

（6）采用先進的設計技術

現(xiàn)代電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)總體設計時需要進行大量的分析計算、數(shù)據(jù)處理、圖形處理、模擬試驗與計算機仿真。傳統(tǒng)的設計技術不能滿足要求，這就需要在設計上采用先進的設計技術，如CAD（計算機輔助設計）、EDA（電子設計自動化）、MDA（機械設計自動化）等技術，對產(chǎn)品的電路和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，盡量簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，最大限度地利用空間，減小產(chǎn)品的體積。

四、電子產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)設計的順序及要求

整機結(jié)構(gòu)牽涉面廣，要解決的矛盾多，很難遵循一套標準的設計流程，一般只能采用邊分析邊設計、邊設計邊調(diào)整，前后呼應，多方照顧與協(xié)調(diào)的設計流程（即反復迭代的設計模式）。

根據(jù)設計經(jīng)驗，進行整機結(jié)構(gòu)設計時，可按以下順序進行，如圖1所示。

圖1 整機結(jié)構(gòu)設計流程

（1）分機或單元劃分

首先，根據(jù)產(chǎn)品的電路原理圖和方框圖，將產(chǎn)品劃分為幾個分機，若產(chǎn)品較簡單也可劃分為幾個單元或部分。在劃分分機（或單元）時，一般應注意以下要求：

① 各分機（或單元）在電路上應具有一定的獨立性，以便于單獨裝配、調(diào)整和檢驗。

② 高頻和低頻、高壓和低壓、輸入和輸出應盡可能分開，電源系統(tǒng)建議劃分成獨立分機（或單元）。

③ 需要統(tǒng)調(diào)的元器件和統(tǒng)調(diào)機構(gòu)應放在一個分機（或單元）內(nèi)，同一功能的控制部分和相關的顯示部分一般劃在同一個分機（或單元）內(nèi)。

④ 各分機（或單元）所使用（劃分）的元器件和零件、組件、部件，其體積、尺寸應能為分機（或單元）所容納，以便采用統(tǒng)一尺寸的插箱或模塊單元。

⑤ 各分機（或單元）輪廓尺寸應大體相近或相同。在劃分分機（或單元）時，電路設計人員和結(jié)構(gòu)設計人員應密切配合，并取得一致意見，獲得最佳方案。在這一過程中，應結(jié)合模塊化設計方法，盡量利用現(xiàn)有的成熟單元模塊。

（2）總體布局

在劃分分機（或單元）的基礎上進行總體布局。總體布局時，一般應注意以下要求：

① 質(zhì)量較大的分機（或單元）應放在產(chǎn)品（設備）的最下部，力求降低產(chǎn)品（設備）重心。發(fā)熱量較大的分機（或單元）應放在產(chǎn)品（設備）的最上部或便于散熱的部位，并遠離對熱敏感的元器件，分機（或單元）內(nèi)的元器件的布局應有利于散熱。

② 分機（或單元）的布局有利于各部分之間的電連接和布線，特別應避免電連接和布線而引起耦合和反饋，從而形成干擾。

③ 分機（或單元）的布局應有利于產(chǎn)品（設備）安裝、調(diào)試和維修，有利于操縱運用，并滿足安裝空間要求及使用人員的工作習慣。

（3）整機各部分主要尺寸確定

在總體布局方案大致確定后，即可確定整機各部分主要尺寸，即確定各分機（或單元）的輪廓尺寸和整機總體尺寸。在確定這些尺寸時，一般要求盡可能做到通用化、系列化，并盡可能選用統(tǒng)一尺寸的插箱或模塊單元。

（4）整機防護措施的選擇和設計

在整機總體尺寸和各分機（或單元）主要尺寸確定后，總體設計師就可以進行整機防護措施的選擇和設計了。整機防護設計包括整機散熱設計、隔振緩沖設計、電磁兼容設計和“三防”設計等。具體設計要求如下：

① 整機散熱設計：在進行具體的設計前，應首先根據(jù)產(chǎn)品的功率、組裝密度、工作環(huán)境溫度和產(chǎn)品所允許的溫升（或最高工作溫度）等選擇適合的散熱形式。在保證產(chǎn)品正常升溫的條件下，散熱系統(tǒng)要求簡單可靠，系統(tǒng)本身所消耗的功率要小，工作時不會或很少給產(chǎn)品帶來附加的振動和噪聲等。

② 隔振緩沖設計：主要是根據(jù)機械環(huán)境條件確定相應的隔振緩沖措施并布置減振器。

③ 電磁兼容設計：主要是進行屏蔽設計和采取其他防干擾措施，合理布局布線及合理設計饋線和接地。

④ “三防”設計：主要是根據(jù)工作環(huán)境條件合理選擇“三防”材料和防護手段（包括結(jié)構(gòu)防護、工藝防護等），其中主要是進行產(chǎn)品機箱的密封設計。

（5）整機機械結(jié)構(gòu)設計

整機機械結(jié)構(gòu)設計是具有總成性質(zhì)的設計，它涉及的面很廣，要解決的矛盾也很多，其中有電氣和機械的矛盾、結(jié)構(gòu)和工藝的矛盾、整體和局部的矛盾，甚至還有經(jīng)濟上的考慮。

整機機械結(jié)構(gòu)設計的具體內(nèi)容包括：機箱/機柜設計、插箱/模塊單元設計、操縱控制和維修結(jié)構(gòu)設計，以及緊固/聯(lián)接和其他附屬結(jié)構(gòu)的設計。在整機機械結(jié)構(gòu)設計時，必須綜合考慮各方面因素，綜合平衡妥善解決。

（6）整機機電連接設計

多箱式整機產(chǎn)品中，分機與分機、分機與整機的機電連接形式和質(zhì)量，對于保證產(chǎn)品的可靠工作是很重要的環(huán)節(jié)。一般說來，在保證使用要求的前提下，應盡量減少連接點，因為連接點過多會使整機的可靠性降低。整機機電連接設計關鍵在于合理確定連接形式和選擇連接件。

在整機結(jié)構(gòu)設計時，首先要選定連接形式，然后考慮整機走線，并確定連接點位置和連接件的型號、尺寸。整機機電連接可分為電氣連接和機械連接。

① 電氣連接：電氣連接包括兩種方式：一是電纜連接；二是接插件連接。電纜連接的質(zhì)量較高，工作可靠，分機抽出后電路仍然接通，便于帶電測試檢修；接插件連接的結(jié)構(gòu)較簡單，機箱（機柜）緊湊，但可靠性較低。

② 機械連接：機械連接包括緊固、導向和定位位置。在整機結(jié)構(gòu)設計時，要選定連接結(jié)構(gòu)的形式和尺寸，做到連接可靠、裝卸方便。

（7）試驗驗證及完善設計

完成上述整個過程后，通常會制作出一臺樣機產(chǎn)品，樣機制成后，必須對整機進行電的和結(jié)構(gòu)的模擬試驗或?qū)嵉厥褂脵z驗。通常的做法是對樣機進行例行試驗，按照技術指標的要求進行逐項試驗或綜合試驗，通過試驗暴露結(jié)構(gòu)設計中的薄弱環(huán)節(jié)和問題，分析其原因，并有針對性地進行修改，使設計趨于完善，最后達到設計定型要求。

五、電子產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)設計的工藝性要求

電子產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)工藝性設計要求包含整機結(jié)構(gòu)設計所必需的工藝要素及整機結(jié)構(gòu)設計的規(guī)范性、可實施性、可檢測性、可靠性與安全性等要求。具體涉及整機及分機尺寸、整機的機電連接接口布局與接點分配、整機機械構(gòu)型、整機防護與加固、元器件及零（部/組）件的布局、整機布線等相關的標準要求、工藝技術參數(shù)、合理間隔尺寸、安全操作空間等工藝性要素。

1.機電連接接口設計

整機機電連接接口設計工藝要求涉及整機內(nèi)部機械連接和電氣連接設計的可實施性和可靠性，具體包括機械件的安裝固定、電氣連接方式的選擇、電纜網(wǎng)的設計與安裝等。

機電連接接口設計的工藝性要求包括：

① 在保證使用要求的前提下，應按照簡化設計原則，盡量減少機械和電氣連接點，以提高整機的可靠性。

② 進行結(jié)構(gòu)件設計時，選定的連接結(jié)構(gòu)的形式和尺寸應能保證連接可靠、裝卸方便。

③ 進行電氣連接設計時，應根據(jù)產(chǎn)品性能和使用要求選擇最為可靠的連接方式，一般情況下優(yōu)選電纜連接方式，印制板組裝件的互連則優(yōu)選接插件連接方式。

④ 應盡可能采用通用化、標準化、模塊化的設計，整機內(nèi)各分系統(tǒng)或單機的接口設計應盡可能保持一致。

⑤ 盡可能壓縮導線和電連接器的規(guī)格型號數(shù)量與生產(chǎn)廠家數(shù)量。

⑥ 電纜網(wǎng)設計中，連接點分配應考慮安全冗余、導線應與電連接接觸件/尾罩出線方式等匹配。

2.布局設計

電子產(chǎn)品設計應重點考慮結(jié)構(gòu)總體布局設計，確定所有分機（或單元）的安裝位置和方式，進而確定接口位置和連接方式，最終確定自制零部件、外購零部件的形狀、尺寸及安裝方式。

整機布局設計的工藝性要求包括：

① 總體布局時應力求按照整機方框的順序排列各組成單元，使各組成單元之間相互干擾最少或沒有干擾，各組成單元之間的連線走向合理，并有利于布線。

② 總體布局時要注意質(zhì)量分布應均衡，產(chǎn)品重心應盡可能降到最低，產(chǎn)品總體尺寸合理，各組成單元的尺寸協(xié)調(diào)。

③ 總體布局時要注意機電協(xié)調(diào)。

④ 控制系統(tǒng)應盡可能和與其相連的電路布置在同一組裝單元，力求簡化并便于操作。

⑤ 顯示、指示單元與相應的機電部件應就近布置，并與面板布置相協(xié)調(diào)。

⑥ 總體布局應有利于抑制和減少干擾。應保證敏感電路不受干擾。

⑦ 接地點和接地方式的選擇及地線系統(tǒng)的布局等都應予以考慮。

⑧ 總體布局應有利于散熱。應處理好冷卻介質(zhì)的流動途徑，做到以最有利的形式把各單元產(chǎn)生的熱量帶走，并且不影響熱敏元器件正常工作。散熱系統(tǒng)布局中，應充分利用設備現(xiàn)有空間。

⑨ 總體布局時應考慮減振緩沖方面的要求。

⑩ 總體布局應有利于維修、調(diào)整、測試和裝配，在條件允許情況下布局密度不宜過大，要保證有足夠的維修、調(diào)整、測試和裝配空間。

3.尺寸設計

整機尺寸必須滿足產(chǎn)品的性能和使用要求，對產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)總體布局設計后，即可確定整機各部分主要尺寸，即確定各分機（或單元）的輪廓尺寸和整機總體尺寸。

確定這些尺寸的一般工藝要求是：盡可能做到通用化、系列化，并盡可能選用統(tǒng)一尺寸的插箱或模塊單元。

4.組裝結(jié)構(gòu)設計

目前，電子產(chǎn)品的組裝結(jié)構(gòu)多采用整機、分機、電路單元或整件、印制電路板或組件等分級組裝結(jié)構(gòu)形式，其組裝結(jié)構(gòu)形式和組裝工藝一致。這種分級組裝結(jié)構(gòu)不僅在電路上具有一定的獨立性，而且在結(jié)構(gòu)上和工藝上也具有相對獨立性。采用分級組裝結(jié)構(gòu)的好處是便于組織生產(chǎn)（裝配和調(diào)試），也便于維修檢驗。

整機組裝結(jié)構(gòu)設計根據(jù)不同的型號、不同的應用環(huán)境，有不同的設計要求，但從整機生產(chǎn)的可實施性和使用的可靠性方面考慮，其設計工藝性的原則和要求是一致的，具體包括：

① 整機組裝結(jié)構(gòu)設計應符合整機組合化、模塊化的要求，應滿足整機、分機、印制板組裝件、面板安裝元器件（下面簡稱面板元器件）組合與安裝的層次性。

② 應滿足印制板組裝件組合、面板元器件安裝、導線裝聯(lián)及結(jié)構(gòu)件安裝所必需的操作空間及安裝操作的可達性和可視性要求。

③ 禁止出現(xiàn)安裝操作、多余物控制與質(zhì)量檢驗的盲區(qū)。

④ 整機內(nèi)各零（部/組）件（含導線束、屏蔽件、加固件）之間的間隔、距離，應保證它們與電子元器件及電子部件、組件之間絕緣、耐電壓和防低氣壓放電的有效距離與空間。

⑤ 導線從整機接口電連接器到母（背）板（插板式結(jié)構(gòu)）或到各PCBA（支架等結(jié)構(gòu)）的布局，在滿足電源線、各種信號線電磁兼容性要求分類布線的條件下，應保證導線束綁扎、分支、甩（并）線與焊接的操作空間。

⑥ 導線束敷設、分支伸展及導線走線的方向、順序、層次，應按照印制板組裝件及面板元器件組合安裝的層次、每一層接點位置和接點順序，從上到下、從左到右（或反之）依次進行安排，保證產(chǎn)品組合安裝方便和每塊印制板組裝件安裝、翻轉(zhuǎn)與拆卸的獨立性及可維修要求。

⑦ 應避免導線束不規(guī)范敷設、導線不規(guī)范互聯(lián)而引起整機組合與安裝設計的不可操作、不可檢測、不可維修等問題。

⑧ 應滿足整機的可調(diào)試性和可測試性要求。

六、典型機械結(jié)構(gòu)件設計及工藝性要求

電子產(chǎn)品中的典型機械結(jié)構(gòu)件包括電子機箱（柜）、殼體、基座、底座與面板等，以及一些附件（如把手、導軌、鉸鏈、鎖緊裝置等），它們是電子產(chǎn)品中的重要載體和連接構(gòu)件。其設計質(zhì)量的好壞關乎產(chǎn)品的性能實現(xiàn)、使用體驗和產(chǎn)品可靠性。其設計工藝性的好壞直接影響結(jié)構(gòu)設計的可制造性、可靠性、可維修性和經(jīng)濟性。因此其設計過程應依據(jù)相關的設計及工藝技術標準，在符合產(chǎn)品性能和使用要求的基礎上，合理完成零件選材、加工方法的選擇、表面處理工藝等相關工藝性屬性與要素的設計，以確保設計的合理性和可靠性。

一)機箱（柜）

1．機箱（柜）基本概念

在電子產(chǎn)品中，安裝了電子元器件及機械零部件，使產(chǎn)品成為一個整體的基礎結(jié)構(gòu)稱為機箱（機殼）結(jié)構(gòu)。機箱是把整個產(chǎn)品結(jié)合成機械整體的主體，靠它保證整機的機械結(jié)構(gòu)強度。

機箱通常用于尺寸較小和結(jié)構(gòu)簡單的中、小型電子產(chǎn)品中，由于其外形往往是箱形的，因此稱為機箱。機殼與機箱類似，只是它的外形往往不規(guī)則，且尺寸較小。對于結(jié)構(gòu)復雜、尺寸較大的電子產(chǎn)品，為了便于安裝、使用和檢修，往往將產(chǎn)品分為若干分機（插箱），安置在一個共同的安裝架上，這種用以組合方式安裝設備的安裝架稱為機架。封閉式的機架稱為機柜。機柜由骨架（框架）、插箱、導軌、外殼和蓋板等主要零部件組成。

從選材和加工方式上，機箱（柜）可分為鈑金結(jié)構(gòu)機箱、型材結(jié)構(gòu)機箱（圍框式、型板式、型材組合式）、壓鑄機箱、非金屬材料機箱（壓塑、木料）等；機柜可分為型材結(jié)構(gòu)機柜（鋼型材、鋁型材）、彎板結(jié)構(gòu)機柜（整板式、立柱式）。

2．機箱（柜）結(jié)構(gòu)形式

從組裝結(jié)構(gòu)上，機箱（柜）可分為插板式機箱、功能模塊式機箱、堆疊式機箱、支架式機箱、混合式機箱及箱式機箱、柜式機箱、臺式機箱和便攜式機箱。前五種多用于機載和星載等高可靠性產(chǎn)品中，后四種多用于地面產(chǎn)品中。

（1）插板式機箱

插板式機箱通常由裝有接插件的安裝板及結(jié)構(gòu)類似的插箱（單板）組成。每個插箱（單板）都是獨立的，它們在結(jié)構(gòu)形式上是一致的，共同組成一個機箱產(chǎn)品，如圖2所示。

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圖2 插板式機箱

（2）堆疊式機箱

堆疊式機箱也稱模塊組合式機箱。它由多個結(jié)構(gòu)類似的功能模塊，通過螺栓或板間連接器等簡單方式組合到一起，組成一個機箱產(chǎn)品，如圖3所示。

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圖3 堆疊式機箱

（3）支架式機箱

支架式機箱通常為復雜系統(tǒng)所采用，它由導槽（軌）或支架結(jié)構(gòu)及單機（插箱）共同組成。支架式機箱與插板式機箱的主要區(qū)別在于是否通過帶有接插件的安裝板進行機電連接。支架式機箱的機械連接由支架結(jié)構(gòu)完成，電氣連接則往往通過導線或電纜線實現(xiàn)。支架式機箱如圖4所示。

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圖4 支架式機箱

3．機箱設計基本步驟

進行機箱設計，一般應遵循以下步驟：

（1）技術指標分析

產(chǎn)品的技術指標是設計、制造與使用的唯一依據(jù)，也是產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和驗收的客觀標準。因此進行機箱結(jié)構(gòu)設計前，應詳細研究產(chǎn)品的技術指標，全面了解市場上同類產(chǎn)品或相近產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與使用情況，并結(jié)合制造、生產(chǎn)條件及工藝成熟度等，最終確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式。

（2）繪制結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)產(chǎn)品復雜程度和功能需要，按照電路原理框圖，劃分插箱或組裝結(jié)構(gòu)并形成結(jié)構(gòu)框圖。結(jié)構(gòu)框圖繪制過程中應綜合考慮電路性能、抗干擾、散熱、重心分配、操作性和制造工藝等多種要素。

（3）確定機箱的外形尺寸

機箱外形尺寸的確定有兩種方式：

① 一種情況是電子整機或用戶對機箱外形尺寸已經(jīng)限定。此時，應按照電子整機產(chǎn)品的“三化”要求，選用標準機箱，并在此基礎上進行插箱尺寸和電子元器件的安裝尺寸等的設計。

② 另一種情況是電子整機或用戶對機箱外形沒有嚴格限制。此時，應先根據(jù)元器件尺寸和安裝要求確定插箱大小，進而推算機箱的外形尺寸。

值得注意的是，不管采用哪種方式，最后都要進行標準化處理，即選用與規(guī)劃尺寸接近的標準尺寸。

（4）面板設計與元器件排布

機箱、插箱外形尺寸與元器件組裝方式確定后，即可進行面板和機箱內(nèi)元器件的具體排布設計。

進行面板設計與元器件排布設計時，一般應注意以下要求：

① 對于面板上各種操縱、顯示裝置的選擇布置，應首先滿足電氣原理圖及電氣性能的要求，另外還要綜合考慮便于操作使用、人機工程和造型美觀等因素。

② 對于插箱內(nèi)元器件的排布，應根據(jù)主要元器件的外形尺寸及連接關系，綜合考慮散熱、減振、屏蔽等要求確定。

③ 對于其他儀表和電氣元器件的排布，應根據(jù)其安裝尺寸、安全間距、質(zhì)量大小以及可操作性和可維修性等因素綜合考慮確定。

4．機箱設計工藝性要求

（1）插板式機箱設計

插板式機箱是以機箱結(jié)構(gòu)框或箱為主結(jié)構(gòu)、以母板（底板）或背板（安裝板）為承接口，插箱（板）通過主結(jié)構(gòu)的導槽（軌）插入母（背）板的接口進行組合的機箱結(jié)構(gòu)形式。

母板和插板如圖5所示。

插板式機箱設計時應注意以下工藝性要求：

① 母（背）板的安裝結(jié)構(gòu)及尺寸，應保證與插板（箱）對應安裝面的垂直度或平行度匹配性要求，安裝尺寸的誤差不應造成插板與母板間接插件的不正常插接（插不進去或插入深度不夠）。

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圖5 插板式機箱的母板和插板

② 安裝過程不應出現(xiàn)明顯的弓曲（插入過深）、扭曲（歪斜），其最大允許的翹曲不應對接插件的插入造成機械應力或造成接觸對的損傷。

（2）堆疊式機箱設計

堆疊式機箱是以多個帶有接插件（板間連接器）的功能模塊（單元）疊加并由連接螺桿組合在一起的機箱機構(gòu)形式。在這種結(jié)構(gòu)形式下，每個模塊具有相對獨立的功能，用螺接件進行模塊之間的相互連接固定，或整個結(jié)構(gòu)使用數(shù)個長螺栓連成一體，選用其中一個公共面作為安裝面。

采用堆疊式機箱結(jié)構(gòu)，各功能模塊可單獨設計、調(diào)試，使用靈活，因此該結(jié)構(gòu)是星載產(chǎn)品最常用的一種設計方式。

功能模塊和堆疊式機箱實物如圖6所示。

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圖6 功能模塊和堆疊式機箱實物

堆疊式機箱設計的工藝性要求包括：

① 應盡可能保證參與組合的各模塊的外形尺寸一致性，模塊尺寸相差過大時，可采用不同外形，但相鄰模塊重疊部分的外形應保持一致。

② 各模塊疊加面及其底面的平整度要求應一致，以保證模塊組合后的組合體安裝面的平整度要求。

③ 對于需要通過板間連接器互連的功能模塊，接插件（板間連接器）在功能模塊內(nèi)的相對排布位置應能保證模塊的插裝自由度。拔插自由度的判定，不應以犧牲模塊外形的完全重疊為基礎。

（3）支架式機箱設計

支架式機箱中，由支架支撐數(shù)塊插板（箱）和面板（電連接器接口），每塊插板（箱）與面板接口之間采用導線或?qū)Ь€束相連。支架式結(jié)構(gòu)下一般電連接器數(shù)量較多，連線關系較為復雜，裝聯(lián)實施難度大。

支架式機箱實物如圖7所示。

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圖7 支架式機箱實物

支架式機箱設計的工藝性要求包括：

① 電連接器型號、規(guī)格、標志、使用和布局應注意“防誤差”設計。

② 電連接器布局的間隔應能保證電纜網(wǎng)中電連接器的拔插操作與安裝的可操作性、可靠性與安全性。

③ 面板上相鄰電連接器法蘭盤邊沿之間的距離不應小于15mm。

④ 支架內(nèi)部和面板的背面布局空間應能保證電連接器接觸件與導線焊接及尾部線束處理、導線束的綁扎與敷設、導線與印制板組裝件焊接的可操作性，如圖8（a）所示。

⑤ 導線束敷設路徑上的金屬架、底板及PCB上應設計導線綁扎孔、壓線卡安裝位置、尺寸和安裝孔，如圖8（b）所示。

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圖8 支架機箱內(nèi)部布局及布線

⑥ 支架結(jié)構(gòu)必須保證產(chǎn)品組裝的可實施性、可維修性（包括安裝、拆卸）及產(chǎn)品的可靠性。

⑦ 應保證緊固螺釘與金屬結(jié)構(gòu)件的可安裝性，接地部位緊固件或連接器安裝的接觸電阻一般應不大于2.5Ω。

二)底座

電子產(chǎn)品中的底座是安裝、固定和支撐各種電子元器件、機械零部件及插入單元等的基礎結(jié)構(gòu)。在電氣設備中底座一般起支撐作用，此外，在電路連接上還起公共接地點的作用。

1．底座結(jié)構(gòu)形式

底座按形狀可分為矩形底座、圓形底座和異形底座，如圖9所示。

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圖9 幾種典型的底座

底座從使用材料和加工工藝上可分為板料沖制折彎底座和鑄造底座。

（1）板料沖制折彎底座

板料沖制折彎底座由金屬板經(jīng)過落料、沖孔，然后折彎焊接成形而成。根據(jù)使用要求不同，還可多次折彎，經(jīng)點焊（或釬焊）、鉚接、螺裝成為較復雜的機構(gòu)形式，如圖10所示。

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圖10 板料沖制折彎底座

板料沖制折彎底座的材料通常選用1～2mm厚的鋼板。當產(chǎn)品有質(zhì)量限制或屏蔽要求時，可采用鋁合金板或銅板，此時其厚度可適當增大，一般取2～3mm。為了在底座上安裝各種元器件和機械零部件，需要在底座上沖制出不同形狀的孔時，最好一次性沖出，如果孔的數(shù)量較多，面積較大，或限于沖床的沖壓力，也可分幾道工序分批沖出。

設計時，應根據(jù)金屬板料的厚度和材料的性能選擇折彎半徑。最小折彎半徑的計算公式如下：

R=K1×K2×D

式中，K1——與材料品牌、狀態(tài)、彎折線和材料壓制紋向間的相對位置等有關的折彎系數(shù)。

K2——與彎折角度有關的彎折系數(shù)。

D——材料的厚度。

（2）鑄造底座

當需要安裝質(zhì)量較大、數(shù)量較多的零件，或者對機械傳動裝置有較高精度要求時，底座應有足夠的剛度和強度，以保證受到振動、沖擊力作用時底座不發(fā)生變形，零部件間不發(fā)生相對位移。在這種情況下，一般采用鑄造底座。鑄造底座的鑄造方法有砂型鑄造、壓力鑄造和金屬型鑄造等。

為了提高鑄件的強度，采用砂型鑄造或金屬型鑄造的零件，一般需采用淬火失效處理的方式對鑄件的內(nèi)部組織進行穩(wěn)固。同時為減少熱處理所產(chǎn)生的內(nèi)應力，應根據(jù)不同材料選擇相應的熱處理工藝。鑄件晶相組織致密，縮孔和針孔應限制在一定范圍內(nèi)（直徑為0.1～0.2mm的，針孔數(shù)量每平方厘米不多于10個），以保證良好的氣密性。圖11是兩種較為復雜的鑄造底座實物圖。

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圖11 較為復雜的鑄造底座實物圖

2．底座設計工藝性要求

除了滿足力學性能要求外，底座類產(chǎn)品設計時還應注意以下工藝性要求：

① 應有足夠的輕度和剛度，以經(jīng)受振動、沖擊、加速度和運輸中的應力考驗。

② 應有較高的尺寸精度、形狀和位置精度及適當?shù)谋砻娲植诙?，以滿足安裝基準的要求。

③ 毛坯零件，粗基準選擇次數(shù)應盡量少于3次，每個粗基準只使用一次。

④ 基準面盡量采用零件結(jié)構(gòu)中便于加工的平面或圓的軸心。

⑤ 有配合關系的零件，應盡量采用“基孔制”原則。

三)面板

面板是指安裝控制裝置和指示裝置等的安裝板。在儀表、電氣控制柜中一般將前門作為面板。面板與底座、機架相連構(gòu)成機柜機箱，它起著保護和安裝內(nèi)部元器件的作用。另外，面板是整臺產(chǎn)品外觀裝飾的重要部件，如圖12所示。

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圖12 兩種面板實物圖

和整機設計的原則類似，面板的設計除了關注良好的機構(gòu)形式要素外，還應綜合考慮面板上元器件的布局是否合理、操作是否方便、是否便于觀察、能否適應操作者的生理和心理特性、外形是否美觀大方等要素。

1．面板的結(jié)構(gòu)設計

面板從使用材料和加工工藝上可分為板料面板、型材面板和鑄造面板。

（1）板料面板

鋁合金是電子產(chǎn)品中常用的面板材料。鋁合金具有質(zhì)量輕、強度和剛度適中、機械加工性能好、表面裝飾性處理方便等特點。鋁板材厚度一般為3～5mm，為增加其剛度或滿足密封及外形等要求，面板的四周邊緣可設有邊框。常用的鋁合金材料為LY12鋁合金板。對于小型設備也可采用厚度為1～2mm的鋼板，大中型設備可采用2～3mm厚的A3、A10板料。

板料面板可進一步分為單一面板和組合面板。單一面板是指將所需標準的文字及符號說明直接標示在板材上的面板，如圖13所示。

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圖13 兩種單一面板實物圖

組合面板由安裝板和附面板組成。其中，安裝板主要用于安裝固定元器件并承受負荷，附面板僅起文字說明和裝飾作用，如圖14所示。

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圖14 兩種組合面板實物圖

（2）型材面板

型材面板一般用在型板結(jié)構(gòu)機箱中，以適應型板結(jié)構(gòu)機箱的需要和外觀裝飾的需要。

（3）鑄造面板

對于大中型設備或有密封要求、承重要求的面板，一般采用鑄造面板，如圖15所示。

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圖15 鑄造面板

2．面板設計的工藝性要求

面板作為電子產(chǎn)品人機交互的平臺，經(jīng)常暴露在外，因此對它的質(zhì)量要求比其他結(jié)構(gòu)件更高，具體包括：

① 除保證相應的結(jié)構(gòu)強度外，對表面質(zhì)量、元器件布局、人性化設計等更應嚴格控制。

② 裝飾性面板在外形和孔位基準與公差設計上應與其對應的背部元器件、儀表、指標等支撐板一致，以保證安全性。

③ 標識符號、文字、線條設計應能滿足生產(chǎn)廠家的工藝與產(chǎn)品條件要求。

四)其他常見零件

機箱常用零件還包括安裝板、彎角件、固定夾、減振器和把手等。

設計工藝性要求如下：

（1）安裝板

① 外形應盡可能簡單平整，便于元器件的布局。

② 對于振動和沖擊較小的情況，安裝板可采用薄板材料通過鈑金成型進行制造。

③ 對于需要進一步加強和剛度需求的情況，應設計加強結(jié)構(gòu)（彎角邊、加強筋等）。

（2）彎角件

① 制造時應盡量選擇與被加固件相同的材料和加工工藝。

② 外形應盡量簡單，以保證加工的工藝性。

③ 優(yōu)選可展開結(jié)構(gòu)，盡量不選用復雜的結(jié)構(gòu)形式，必要時可采用多個零件組合的方式，以滿足使用要求。

（3）其他零件

固定夾、減振器、把手等盡量設計成標準件，需要設計成特殊形式時，應滿足性能要求，同時充分考慮人機工程要素。

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