1、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 日机械设计规范1 版本追溯版本 / 状态 作者 参与者 完成日期 备注V1.00 第一次发布机械设计规范2 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 . 24.1.5 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、.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
3、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 12机械设计规范3 7 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 15机械设计规范1 1 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
4、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G
5、B50429 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 焊接标准机械设计规范2 GB/T 10801.2 2002 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 489
6、2-2008 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，
7、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，同时结构上力机械设计规范3 求最简。 机械结构应确保操作人员的使用安全， 如
8、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
9、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。机械设计规范4 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、
10、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。45 45 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
11、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
12、足 GB/T3190-2008 的规定：表 2 车载电子产品的结构件常用铝合金机械设计规范5 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 G
13、B/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
14、 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：机械设计规范6 图 1 表 3 规格表 单位： mm 代号 H H1 H2 H3 H4 备注2U nR (n 表示整数 ) ( 1R=5.08) 88.1 78.1 67.6 55.5 3U 132.5 122.5 112.0 100.0 4U 177.0 167.0 156.5 144.4 5U 221.5 2
15、11.5 201.0 188.9 6U 265.9 255.9 245.4 233.3 7U 310.3 300.3 289.8 277.8 8U 354.8 344.8 334.3 322.3 9U 399.2 389.2 378.7 366.7 10U 443.7 433.7 423.3 411.2 4.3.1.2 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。机械设计规范7 4.3.1.4 挂耳挂耳可
16、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
17、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
18、铆螺母、焊接螺母、翻边攻丝；机械设计规范8 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 2 5) 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 3 6) 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 d 1.5t a 1.35t a 1.2t 低碳钢 d 1.3t a 1.2t a t 铝、铜合金 d t a 0.9t a 0.8t
19、 机械设计规范9 7) 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
20、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 0 6 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
21、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：机械设计规范10 图 4 5) 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。
22、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：机械设计规范11 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
23、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
24、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。机械设计规范12 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 489
25、2-2008 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 纸箱警示图标志机械设计规范13 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 10801.2 2002 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
26、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
27、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存在， 如有精密配合等情况需要在图纸中标注， 标注形位公差按 GB1184-80执行。8.2.2 尺寸公差对任一单一尺寸，如果装配尺寸公差要求比一般公差精确或配合需要的单向公差时，其相应的公差要在相关的基本尺寸后标注。如果未注明，则需要进行统一限制说明。机械设计规范14 8.2.2.1 机械结构件设计要求公差应考虑指定或当地区域加工商的加工精度等级能力。车载机械加工件未注尺寸公差按照 GB/T1804-2000执行即可。 GB/T1804-2000分精密 f 、中等 m、 粗糙 c、 最粗 v 共 4 个公差等级， 机械结构
28、件图纸未注尺寸公差一般选择中等 m级加工即可满足结构装配、使用需求，标注为 GB/T1804-m。见表 7、表 8、表 9（摘至GB/T1804-2000） ：表 7 线性尺寸的极限偏差数值 单位： mm公差等级基本尺寸分段0.5 3 3 6 6 30 30 120 120 400 400 1000 1000 3000 精密 f 0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3 0.5中等 m 0.1 0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1.2粗糙 c 0.2 0.3 0.5 0.8 1.2 2 3最粗 v 0.5 1 1.5 2.5 4 6表 8 倒圆半径和倒角高度尺寸的极限偏差数值
29、 单位： mm 公差等级基本尺寸分段0.5 3 3 6 6 30 30 精密 f 0.2 0.5 1 2中等 m 粗糙 c 0.4 1 2 4最粗 v 表 9 角度尺寸的极限偏差数值公差等级长度分段 10(mm) 10 50(mm) 50 120(mm) 120 400(mm) 400(mm) 精密 f 1 30 20 10 5中等 m 粗糙 c 1 30 1 20 15 10最粗 v 3 2 1 30 20机械设计规范15 8.2.2.2 包装泡沫包装泡沫尺寸公差参考表 10（摘至 GB/T 10801.2 2002） ：表 10 规格尺寸和允许偏差 单位： mm 长度、 宽度尺寸 允许偏差 厚度尺寸 允许偏差 对角线尺寸 对角线差20004000 10 75100 4 20004000 134000 正偏差不限， -10 100 供需双方决定 4000 15
