19in机柜、箱设计规范要点

19in机柜、箱设计规范

一、前言

1、何谓19英寸机箱?

19英寸机箱泛指装设在19英寸机柜(Cabinet or Rack)内的机器设备，其中 Cabinet和Rack的差异为Cabinet四周有外壳和上下盖保护，而Rack则无,Rack为和Cabinet有所区别常被称为“机架”，此二者外形均为长方体，19英寸机箱(Chassis)为了能装在机柜内，其外形多设计成长方体，并遵守特定之高度限制让不同制造者所生产之机箱能放入依规格设计之机柜。

19英寸机箱泛指装设在 19英寸机柜内的机器设备，为了能装在机柜内，其外形多设计成长方体，并遵守特定之高度限制让不同制造者所生产之机箱能放入依规格设计之机柜。

其主要特征是:

1.其内腔宽度以5.08㎜为模数,1TE=5.08㎜,19英寸标准机箱共84TE,因而内腔宽度为426.72㎜,其中面板宽度也以5.08㎜为模数,可分5TE,6TE,7TE,8TE,10TE,12TE等规格,但N块面板宽度之和必须等于84TE。

2.其高度以U为级别，1U=44.45mm，可分1U，2U，3U等等。

2、19英寸机箱和机柜的由来

19英寸机箱和机柜原本是美国军方电子控制仪器的一种规格，其设定的目的在于统一仪器的外形尺寸和方便快速组装抽换和维护，最后随着军方技术转移民间，此一规格亦广泛的被企业界所采用。

3、19英寸机箱产品的种类

机柜的优点在于提供机箱安全保护和扩充的便利性，早期常用于工业控制机台，近几年由于网络的发展，网络通讯设备也开始大量使用；因此其产品的种类大致可区分成办公室用和工业用产品两大类。

二.19英寸机箱外部和机柜的规格

1、机柜之规格

机柜不单如字面上的解释一般像个柜子，其外形有很多种，如下图所示。但用于不同操作环境时，机柜之外形和尺寸亦会有所差异，所有机柜都依相关规格制造，机柜之宽度、高度与深度有一定之规格，在IEC-60297系列和EIA-310系列中均有详细规格，此二规格明定高度单位为U(1U=1.75英寸

=44.45mm)，宽度为19英寸(尚有其它之宽度规格，但以19英寸规格最为常用)，深度虽亦有规定，但其变化却比较多，机柜之规格可分成高度，宽度和深度三项。

1-1、高度单位U之定义

1U=1.75英吋=44.45mm。机柜均以U为基本单位，如35U高度之机柜，是指此一机柜中可装入总共35U高之机箱，而非机柜由上到下的高度是35U。

1-2、19英吋(482.6mm) 宽度之定义

为机箱由正前方观察可视之最宽距离，通常是机箱两侧之mounting flange宽度，而非机柜本体之宽度，19英寸机柜之宽度受限于机箱尺寸，几乎全都大于500mm(因19英寸机箱宽度为483mm左右)，目前市面上之机柜宽度由500mm～800mm都有，甚至有超过1000mm之特殊规格，但最常用的为600mm宽之机柜。

1-3、在机柜深度

虽然有规定但却很少被提及，因其不像高度和宽度一般限制机箱设计，即使短机箱亦可用长机柜，只要其设计规格完全符合规格设计，而机柜制造商不泛各种不同深度规格之机柜，其中又以600mm、

700mm和800mm深度的机柜最常被使用(深度系指机柜外观不含把手的深度)。

2、机箱设计时外观和机柜的关系

2-1、外观尺寸

机箱受限于机柜的尺寸限制，因此设计时需考虑下列几点:

2-1-1、在高度方面：

由于高度以U为单位,1U为1.75英寸或44.45mm，因此1U机箱的高度不可超出44.45mm，为了堆栈和拆装方便，通常设计成44mm以下，以此类推即使不同U之机箱其实际高度亦比该U少一些，让机柜内每一台机箱之箱有间隙而不会影响组装和拆卸。不同U之机箱其实际高度亦比该U少0.8—1.35mm，让机柜内每一台机箱之箱有间隙而不会影响组装和拆卸。

2-1-2、在宽度方面：

19英寸机柜在内部四个角落都有钣金件(或铝矩形)支柱用以支撑机柜和固定机箱，因此其内部宽度

只有450mm可装机箱，而非有19英寸宽度可装机箱，且机箱在设计上为要考量组装性，不可能宽度设定成450mm，通常不会超过440mm，左右会各留5mm间隙，若有考虑在两侧装设滑轨(装滑轨的机箱高度都比较低，大都不会超过4U高度)以方便机箱拆装和保养时，机箱还要再缩小宽度，常用的滑轨厚度有10～20mm不等，双边都要装滑轨，扣除两倍的厚度，如此机箱宽度就更窄了。

2-1-3、在深度方面：

深度要考虑的就是机箱在机柜内必需有空间散热，跑线和其它机构的安排，由于左右两侧空间不大，只好利用前后方的空间了，通常前后各有75mm以上的空间(和固定架位置有关)，因此600mm的机柜其机箱深度最好设计在450mm以下。

2-1-4、5.08mm宽度系列插箱基本尺寸

符合GB3047.1-86《面板、架和柜的基本尺寸系列》第二部分规定的架、柜中的插箱、插件的基本尺寸和国际标准

2-2

机箱放入机柜时必需由两侧固定，其固定孔通常在mounting flange上，其位置尺寸如下图所示，图中尺寸在宽度标示上有3个，每个尺寸又各有三个数字，其中最上层的尺寸为19英吋机柜的标准尺寸(即450、465、483.4三个尺寸)，三个尺寸所代表的意义如下:

图1

450mm：机箱可放入机柜内之最宽距离。

465mm：机箱和机柜之固定孔的间距.

483.4mm：机箱上mounting flange两侧可容许之最宽距离.

31.8mm：1U高度内之两个固定孔距离，若1U高度内有三个固定孔时，其固定孔之间距为31.8mm的一半15.9mm。

12.7mm ：两个U 之间最近的固定孔距离，即上面U 的最下方固定孔和下面U 的最上方固定孔距离，因此1U 和1U 之相接合位置在12.7mm 距离的正中间。

6.75mm ：机箱在最上方(或最下方)的固定孔和机柜内侧上端(或下端)之间的距离。

2-3、正面把手

机箱放入机柜时是由前方推入，拉出时自然是由前方操作，为了方便机箱能由前方推入和拉出，在机箱前方两侧经常会设计有把手固定在机箱上，方便使用者的操作，在设计把手时要特别注意不可干涉到机箱和机柜组装的螺丝固定孔，因其位置正好也在机箱两侧。

2-4、脚垫

有些机箱设计成在机柜外侧仍能独立作业，因此其下方大多装有脚垫，如此放于桌上时便不会括伤桌面，但如要装入机柜时就会迼成脚垫和下方机箱干涉的情形，因此脚垫最好能设计成可拆装的较好。

三、19英寸英制机箱的基本尺寸

1．宽度尺寸：19in ×25.4㎜=482.6㎜ 内腔宽度：84TE ×5.08㎜=426.72㎜ 2

3四、19英寸机箱的设计重点

1、面板（见图2～图4）

图2 图3 图4

1.1、宽度B 的尺寸：486.2mm 。 1.2、高度H 的尺寸系列见表1。

注：表1中：H 值上增加1/2U 。但h 1、h 2、h 3不变。

1.3、安装槽口或安装孔的尺寸见图5。

图5所示的安装槽口和安装孔是典型的，也允许采用其它孔型，或不开槽口。

图5

1.4、插件面板（见图7）

图6

1.4.1、插件面板宽度b的尺寸系列

5.08mm系列：b=5.08×n (n为整数)

17.2mm系列：b=17.2×n (n为整数)

1.4.2、插件面板高度h按GB/T 3047.4的规定选取。

图8

1.5、高度H1的尺寸系列见表2。

1

1.6、机柜深度D的尺寸系列

(350)，400，(450)，500，(550)，600，(650)，700，800，900 mm

1.6.1、安装孔：凡间距不大于1m的任意两个安装孔的间距公差为±0.4 mm。1.7、面板与机架(或机柜)在宽度方向上的安装尺寸(见图10和表3)

图 10

五、

1 5.08 mm宽度系列插箱基本尺寸（见图2、图3）

图2 安装镶嵌式插件的插箱的基本尺寸

注：①导槽宽度必须适应1.5，1.6，2mm厚度的印制板。

②放大图所示为镶嵌式面板优先采用的形式。当设计水平构件时应考虑图4所示的放大图。也允许采用其他固定式。

图3 安装相拼式插件的插箱的基本尺寸

1.1 插箱面板类型、尺寸H、尺寸B、槽口尺寸及槽口位置均应遵守GB/T 3047.1—1982第二部分中的有关规定。

1.2 宽度方向的尺寸（见表1）

1.3 高度方向的尺寸（见表2）

D S的优选尺寸为：112.24,172.24,232.24,292.24 mm。当需要时，尺寸D S可以按60mm的增量增加。

2、5.08 mm宽度系列插件基本尺寸（见图4、图5及表3）

注：对宽度为5.08mm的面板，7.62mm应减为2.54mm。

表 3 mm

图6 插箱的基本尺寸

注：①本标准只规定了固定3.4条所规定的插件安装螺孔。允许在上、下横梁上增加其他安装螺孔。所增加的

螺孔可以是公制螺孔，也可以是英制螺孔，如NIM插件使用的英制螺孔。在下横梁上增加安装螺孔时，应保证上、下横梁上螺孔间距尺寸H4。

② S=1，2，3，……25。

③尺寸8.7±0.1mm是采用86芯印制插头座的特定尺寸。采用其他类型插头座时，该尺寸连同3.4条注②尺寸8.2±0.2mm可根据需要自行确定。但应保证插件插入插箱后，使插件悬浮在插箱轨道上面0.5mm(见附录B)。插头座中心线与印制板中心线重合。如不重合，最大偏离为3mm。

3.1 插箱面板上槽口尺寸，槽口位置应遵守GB/T3047.1—1982第二部分有关规定。

3.2 插箱高度方向的尺寸（见表4）

3.4 安装螺孔中心线位置：Z=8.6+17.2（s-1）

3.5 连接插座中心线位置：Y=10.9+17.2（s-1）

3.6 导轨槽中心线位置：X=15.9+17.2（s-1）

注：当采用图7印制板插件时，X=10.9+17.2（s-1）。

3.7 CAMAC、NIM插箱的全面要求由有关标准确定。

3.8 C的推荐值为3～4 mm，与插件面板厚度同值。

4、17.2 mm宽度系列插件基本尺寸（见图7、图8及表6）：

图7 印制板插件基本尺寸

图8 盒式插件的基本尺寸

注：①允许在插件面板上端增加安装螺钉，但上、下螺钉间距要保证尺寸h4。

②尺寸8.2±0.2mm是采用86芯印制插头的特定尺寸。采用其他类型插头时，该尺寸连同3.3 条注。

③尺寸8.7±0.1mm可以根据需要自行确定，但应保证插件插入插箱后，使插件在插箱导轨道面上方

0.5mm。

5 整面板插箱（见图9及表7）：

图9 整面板插箱的基本尺寸

附录A 5.08mm宽度系列的插件机械互换性

A.1 基本参数（见图A1）

图A1 基本参数

插箱

D c：前安装面与连接器固定面之间距离的检验尺寸。

A：第一个水平间距线与第一块印制板中心线或第一个盒式插件侧板之间的距离。

H C：固定连接器的安装孔之间的垂直距离。

H：插箱面板高度。符合GB/T 3047.1—1982第二部分规定的面板高度尺寸系列。L：开口高度。

Z：从印制板位置中心线到插箱上插座固定孔中心线之间的距离。Z=4.35mm。

Z1：印制板位置中心线与确定的插座终端排中心线之间的距离。Z1=4.65mm。

插件

D t1：对于前安装面与印制板插头根部之间距离的检验尺寸。

D t2：对于前安装面与印制板插头端面之间距离的检验尺寸。

A2 插件上连接器的位置（见图A2、图A3及表A1）

插件上任何插头的安装位置应该由图A2中的a来确定。另外还应规定出插头位面中心线对于印制板中心线的位置度公差或对称公差。如果装有一个以上的连接器，应注意使定位面之间的允差处于最佳状态。

图A2 插头的位置

注:图A2仅是安装在印制板上连接器确定公差的例子。

图 A3 印制插头的位置

注：①定位面之间的尺寸L2：B、C和D型：L2=85.2+0.2mm；F、和G型：L2=85.4+0.2mm。

② B、C和D型的位置公差为0.05mm；F和G型的位置公差为何.15mm。

表 A1 插件中插头位置 mm

在插箱中应规定安装插座的固定位置尺寸。

图A4 Z 1的尺寸

附录B 17.2mm 宽度系列插箱插件位置关系

图B1 插箱插件位置关系

附录C 机柜设计经验总结

一、风扇冷却：

在机柜设计过程中，通常考虑以下几点：

1）电池柜和主设备箱体通常采用分体式或电池内置式结构

2）电池柜通常采用自然通风设计，不要忘记在百业窗口加防尘网，虑网，防护等级较主设备箱体较低。

3）主设备箱体防护等级较高，设计时要充分考虑机柜的密封性。 以下为采用各种方式的优缺点：

1）风扇（过滤风扇）特别适用于经济的排出高热负载。

只有在柜内温度高于环境温度时，使用风扇（过滤风扇）才是有效的。

因为热空气比冷空气轻，柜内空气流向应当是由下往上，因此，通常情况下，应在柜体的前门或者侧壁板的下方作为进气口，上方作为排气口。

如果工作现场的环境比较理想，没有粉尘、油雾、水汽等影响柜内的各元器件正常工作的，可采用进气口装风扇（轴流风机），排气口有可能的话加装一装饰板，进气口为了安全和美观，可以在外面加装一风机装饰板。

如果工作现场的环境不理想，含有粉尘、油雾、水汽等影响电气控制柜内的各元器件正常工作的，那就应该在进气口选用过滤风扇，在排气口选用过滤栅，以防止粉尘、油雾、水汽等进入电气控制柜内。现在国内外有不少厂家都有成熟的产品供应，安装简单方便，而且可以很方便地更换其中的过滤垫。过滤垫一般分为无纺纤维过滤垫和细过滤垫，其中无纺纤维过滤垫用于防止10微米以上的灰尘颗

粒，细过滤垫用于防止10微米以下的灰尘颗粒。但是选用过滤风扇时，柜内外的空气是没有隔绝的，仍然有可能因为灰尘、水汽、腐蚀性气体的进入而损坏元器件及影响元器件正常工作。

风扇（过滤风扇）的选型可以根据柜内温度与环境温度的差值以及柜内热损耗在风扇的特性曲线表中选取。

风扇（过滤风扇）是使用最普遍的方法。

风扇冷却是通过加强空气对流来实现降温，这种方法的优点是投入少、运行成本也很低，但是缺点尤其突出，因为在空气对流的时候。外界空气中的粉尘、油污、腐蚀性物质也随着空气进入控制柜，在静电的作用下吸附在电子元件上，积少成多，在不同的工作环境下，有时候会腐蚀电路板，有的时候过厚的灰尘在潮湿后可以导电会造成短路、烧毁等事故。在国内甚至有这样的用户，在风扇冷却效果不好的情况下，无可奈何，以至于打开机箱，用风扇直接对着电子元件吹风，这样的后果就是灰尘积压更加严重，而且在工作环境温度很高的情况下，根本没有起到冷却的效果。

二．空调

风扇适用于柜内温度高于环境温度，但是当环境温度高于柜内温度或者环境温度高于柜内要求的温度（一般为35℃）时，那就应该考虑使用工业空调器了。还有当柜内外空气循环要求隔绝时，也应该考虑使用工业空调器。

空调采用压缩机制冷原理进行强力制冷，实现对电气控制柜内部温度的恒温控制，由于柜内外空气循环相互隔绝，故可以有效地防止有害、潮湿的气体及粉尘进入柜内。

空调按照其安装方式，一般可以分为：壁挂式（侧装式、嵌入式及柜内架装式）和顶装式。

空调的选型也是根据柜内温度与环境温度的差值以及柜内热损耗，从而确定空调所需要的制冷量来选取的，现在一般都是按照德国威图公司提供的经验公式来选取的。其计算如下：

QE=QV-KXAXΔT

式中：QE----总的制冷量（W）；

QV----柜内元器件总的热损耗（W）；

K ----热传导系数（W/m2K），其值根据柜体材料不同而不同，一般来说，钢板为5.5，铝板为11，塑料为0.3;

A ----柜体实际散热面积（m2）,柜体的安装方式对柜体的散热有较大影响，威图提供了如下几种典型安装方式的散热面积的计算：

（宽=柜体宽，高=柜体高，深=柜体深）

1．单个柜体，四周有空：A=1.8X高X（宽+深）+1.4X宽X深

2．单个柜体，用于壁装：A=1.4X宽X（高+深）+1.8X深X高

3．起始或终端柜体，四周有空：A=1.4X宽X（高+深）+1.8X宽X高

4．起始或终端柜体，用于壁装：A=1.4X高X（宽+深）+1.4X宽X深

5．位于中间的柜体，四周有空：A=1.8X宽X高+1.4X宽X深+深X高

6．位于中间的柜体，用于壁装：A=1.4X宽X（高+深）+深X高

7．位于中间的柜体，用于壁装，顶部覆盖：A=1.4X宽X高+0.7X宽X深+深X高

ΔT ----柜体内外的温差，柜体内部的温度（一般为35℃）减去柜体外面的温度（即工作现场的环境温度）。

空调安装时应该注意以下几点：

1．电气控制柜必须密封；

2．顶装空调器不能将电气控制柜的顶板压弯，必要时应加强顶板；

3．一定要注意冷凝水的排出，在安装结束后应该将冷凝管插入导出孔，防止冷凝水流入柜体内。现在已经有生产厂家生产无冷凝水排出的空调（冷凝水迅速汽化）。

4．应该加装门开关，在门打开时应切断空调装置，避免在柜内产生凝露，同时在门关上5分钟之后才能再次接通空调装置；

5．保持柜内空气回路的畅通，在进风口及出风口避免受阻。

随着空调技术的日益成熟，愈来愈多的用户都提出电气控制柜加装空调的要求，现在国内外已有不少厂家生产各种规格的壁挂式和顶装式空调，最大制冷量可达4000多瓦，可以满足各种用户的要求。另外为了满足户外型电气控制柜散热和通风的需要，有的生产厂家还生产户外型空调器。

㈠、空调冷却分为两类：外部冷却和内部冷却。

1、空调外部冷却主要指的是空调机房，把控制柜放置在空调房内，这种冷却的方法有一定可行性，但是不足也是很多。

①、外部冷却不能深入冷却机箱内部，重要元气件的冷却得不到保证

②、机房空调的投资非常大，运行成本很高，而且体积非常大，安装起来不方便

③、机房空调使用的时候，会出现房间中，热空气上升，冷空气下降的现象，这样控制柜上部的元件冷却效果就不好。

④、机房空调在工作的时候会产生大量的冷凝水，不容易排放

2、空调内部冷却是通过在控制柜内部安装小型空调来实现有效冷却。这种冷却的方法效果比较显著，同样也有许多客观存在的问题。

①、机柜空调的体积比较大，运行成本很高，安装起来非常复杂。

②、机柜空调在使用的时候也会产生冷凝水，排放很不方便，会给机箱内部电子元件带来危险。

③、机柜空调在使用的时候会有振动，而控制柜内的元件一般都比较精密，一旦由于空调的震动使元件出现松动，不光是控制柜内元件受损，甚至会影响到整条生产线的运转。

④、机柜空调一般安装在控制柜的一侧，这样另外一侧的元件有可能得不到有效冷却。

⑤、机柜空调受环境影响比较大，过滤网要经常的清洗，需要不定期的检修，增加了维护成本，而且如果现场有防爆要求，那空调的价格就更加昂贵。

三．热交换器：

当柜内外空气循环要求隔绝时，还可以考虑使用热交换器。

热交换器按照其冷却介质，一般可以分为：空气/空气热交换器（冷却介质为空气）、空气/水热交换器（冷却介质为水）。它们按安装方式，均可分为：壁挂式和顶装式。

空气/空气热交换器有两个相互隔离的空气流动空间，一个与电气控制柜相通，另一个与外部空间相通，柜内的热空气被吸入热交换器内，热空气的热量通过散热片由热管传到热交换器的另一端，然后通过外部空气的流动将热量排到大气中。使用这种热交换器的前提条件是环境温度必须低于柜内温度。

空气/水热交换器，其工作原理与空气/空气热交换器是一样的，只是冷却介质是水，其优点是专门用于多尘、多油及高热负载的地方。可以通过调节进口水温度和流量来改变热交换器的功率。但是，必须要有水源。

热交换器的选型与风扇及空调的选型是相似的。

四．防鼠布袋

1、防鼠布袋的命名规范

防鼠布袋作为一种外购件，为方便设计人员查找、选用和设计，在命名是遵循以下原则：

⑴ 方形接口结构

非屏蔽防鼠袋命名为：RPB_LBH

屏蔽防鼠袋命名为：S_RPB_LBH

RPB－防鼠袋（Rodent-Proof Bag）的缩写

S_RPB－屏蔽防鼠袋（Shield Rodent-Proof Bag）的缩写

L－防鼠袋内孔长度，单位mm

B－防鼠袋内孔宽度，单位mm

H－防鼠袋的高度，单位mm

⑵圆形接口结构

非屏蔽防鼠袋命名为：RPB_DH

屏蔽防鼠袋命名为：S_RPB_DH

D－防鼠袋内孔直径，单位mm

2、防鼠布袋材料

2.1推荐的优选防鼠布袋材料

推荐的优选防鼠材料如表1所示：

防鼠布袋的材料目前有两种，防鼠布袋材料的选择要根据产品的屏蔽要求进行，没有屏蔽要求的进出线口选用非屏蔽防鼠布；有屏蔽要求的进出线口选用屏蔽防鼠布。

收口绳材料的选择不受屏蔽与否限制。

2.3 规范化、标准化

目前通信类机柜产品一般要求达到IP5X的防护等级要求，防鼠布袋设计规范化可以保证产品的较高防护等级。采用标准化通用化模块可以减少零件数量、降低成本，方便维护。

2.4防鼠布袋的结构设计

防鼠袋专用于对进出线口的封闭，避免老鼠从此进入设备。防鼠袋利用口部和腰部的收口绳实现对口部的封闭；防鼠袋的底部利用金属框架实现与机柜的连接。

防鼠布袋设计原则：

不管是非屏蔽防鼠袋还是屏蔽防鼠，结构设计原则一致。

◆ 防鼠袋设计呈桶形，为满足与金属框架的平面接触，圆周接缝口必须设计在角上。

◆口部设计成外翻结构，既可以自然组成收口绳的通道，在屏蔽结构中又能达到屏蔽的目的。翻边高度H＝25～28mm

◆腰部的收口采用鸡眼结构，两鸡眼之间的距离取A＝40～50mm。

◆收口绳采用双条对拉的形式，这种形式更容易实现收口的效果。

◆防鼠袋的高度以进出线口的大小为标准，一般比金属框架内孔对角线长度小20mm。即：H1=L-20mm。

腰部收口绳的高度位置一般取H2＝0.5L

五．其他：

如果工作现场的环境比较理想，柜中发热元器件很少，其发热量完全可以通过柜体自身的散热解决时，可以不考虑散热措施。

当环境温度比较高，或者因为其他原因，不适合于采用以上散热方法时，可能需要建立一个电气控制室，用来放置电气控制柜。电气控制室可以建立在远离现场的地方，这样就不受现场的影响，但是就增加了电缆铺设、土建施工、空调安装等费用，而且对于需要经常操作时，这样也很不方便；也可以建立在现场，可能会受现场的影响，但是可以节省大量的电缆铺设的费用，只需土建施工及空调安装的费用，操作方便。最简便的办法就是用铝合金等在现场建一个电气控制室，这样可以基本消除现场对电气控制柜的影响，我认为这是一个简单易行的办法。