甘雄涛 辛永峰

摘 要：一款电力保护机箱设计，通过巧妙的双层盖板和压死边、卡扣锁紧等结构设计，精心的选材和表面处理方式，实现了机箱外观、强度、生产效率、人性化、环境协调的统一，很好的满足了用户需求，达到了设计目标。

关键词：卡扣；生产效率；可靠性；失效

Abstract：A power protection subrack design， Through clever double decking， structural design such as deadend and snaplocking， careful selection of materials and surface treatment methods， the unity of chassis appearance， strength， production efficiency， humanity， and environment coordination are achieved，Satisfy the user needs and achieve the design goals.

Key words：Buckle；Production efficiency；reliability；lose effectiveness

在当今的产品设计中，已经不仅仅是满足用户对产品使用性能的需求，还需要有产品外观，产品与环境搭配协调，人性化设计，产品保养维护等方面设计提升，带来产品品质的提升，进一步的满足用户需求，甚至是超出用户预期，这样的产品才能获得用户认可，在激烈的市场竞争中赢取先机。

一、产品选材

我们这次要设计的机箱是一款电力保护机箱，内部尺寸和外部尺寸都有要求，属于工业产品，产品批量为中等批量，需要具有一定的通用性。根据产品的生产加工特点，及产品的使用环境，我们选用VCM板材作为产品的外露材料，板材的基材选用201不锈钢材质，颜色为不锈钢本色，采用细直纹拉丝纹路。内部材料采用普通201不锈钢拉丝钢板，与外部材料配合使用，达到整体色彩、材质协调统一。这样的选材虽然在材料成本上有所增加，但是省掉了铝材和普通钢板所需的氧化或喷涂等表面处理环节，产品总体成本没有提升，而且生产周期比铝材或普通钢板产品缩短，VCM板材光洁的外观表面也给后期维护保养带来便利。在如今全国上下都非常关注环保的大环境影响下，铝氧化和钢板表面喷涂行业的规模会得到控制和缩减，在产品设计时就避开表面处理这个环节，也为产品日后的顺利生产打下良好基础。

二、机箱框架设计

现在的产品设计中，为了满足产品外观造型的需求，也为了提高產品生产效率，降低生产成本，装置设计的很多地方都用到了卡扣连接方式。但是在工业产品的设计中，卡扣设计的方式还是被非常谨慎的采用。一方面，卡扣连接强度有限，而且在反复的拆装中容易失效、松动，另一方面，卡扣在振动环境的可靠性、固定强度可靠性方面，还是不如螺钉连接给人安全可靠的感觉。

在这款机箱的设计中，我们采用了连接螺钉加卡扣的连接方式，这样既保证了产品的安全可靠性，同时能提升产品组装生产效率，提升产品外观造型灵活度。在内部结构框架及可拆装更换的面板连接上，我们还是采用了螺钉连接的方式，保证产品连接强度和产品可靠性。

如图1所示，机箱的侧板在上下两侧向内折出一个料厚，作为与盖板骨架连接和装饰盖板的卡扣连接处。侧板的上下侧设计有与盖板骨架连接的沉头螺钉螺钉孔，侧板与盖板骨架连接后，沉头螺钉能够被装饰盖板遮挡。侧板上下侧设计有与装饰盖板连接的卡扣缺口，卡扣缺口的上边缘略微倾斜，装饰盖板装入时有一定导正作用，卡入后有一定的过盈量，保证装饰盖板卡入后卡口也能完全被遮挡。侧板的前后侧都进行了压死边的设计，这样的设计方式满足了装置尺寸要求，同时也增加了侧板的强度，侧板前后为光滑圆边，防止锐利边缘刮伤操作人员。

如图2所示，机箱装饰盖板在两侧压死边，在压死边的内侧厚度上设计有挂钩卡扣，从盖板的外侧完全看不到任何痕迹。盖板的卡扣上下边略带斜角，卡扣前端为圆弧设计，保证了卡扣卡入的顺滑并且卡入牢固。盖板的后端也是压死边设计，在内侧厚度上设计有一个指甲盖样式的圆弧凸起，圆弧凸起的后端为撕裂面，在盖板卡入后起到止退作用，防止盖板松动。这样的盖板设计让盖板安装时非常方便，只需要把卡口对准侧板上对应的缺口，放下盖板后向前推盖板，盖板推到预定位置后盖板后端的圆弧凸起会下沉卡到后梁的预定位置，盖板就不能向后退出了。拆卸盖板时需要向上顶住盖板后中部，使盖板中部向上形成一定变形，盖板上圆弧凸起脱离后梁预定位置，同时向后推盖板，盖板才能拆卸下来。盖板后部的压死边设计，保证了在盖板外部没有任何的压槽痕迹，同时压死边增加了盖板强度，保证盖板不会在振动等情况下变形导致盖板向后脱出卡扣，提升了产品的可靠性。

图3示是机箱内、外盖板和侧板组装好后的效果。箱体框架内、外双层盖板的设计方式，使薄板设计的盖板具有很高的强度，盖板与侧板紧固后的框架结构非常稳固，解决了通常这类机箱容易四边形变形的问题。机箱的内侧盖板后部设计有几个小的折弯，增加了盖板和整个箱体的强度，形成了箱体的后梁。内盖板后侧设计有间距为5.08mm的模数孔，让机箱成为通用机箱，机箱后侧面板可以根据电气设计需要，进行不同模数的组合，实现各种不同功能。

机箱的前面板采用塑料框架加钣金衬板的设计方式，钣金衬板可以根据不同的设计需求进行开孔，满足不同装置的设计要求。塑料面板与箱体框架的连接也采用卡扣连接的方式，在塑料面板的下部增加了紧固螺钉，保证了产品的外观形式，同时能够快速方便的拆装，满足产品后期维护时前门板能方便的拆卸需求。

三、机箱设计验证

根据电力保护机箱的设计需求，把设计的机箱进行了力学仿真，机箱内部模拟6kg载荷，机箱能够较好的满足各方面的设计需求。通过一款典型装置的实物试验，对装置的振动测试、碰撞测试及各项电气性能试验，也都能够很好的满足需求。这款机箱的上下盖板没有设计散热孔，而且是双层盖板设计方式，使机箱的散热性能受到了一定的限制，但是能够满足大多数二次保护机箱的散热需求，能够在电力保护机箱上有广泛的应用。

四、结语

这款卡扣式钣金机箱，通过双层盖板设计，使薄板机箱达到了很好的机械强度，稳固可靠；多处压死边的结构，把卡扣巧妙的设计在压死边结构上，让机箱不仅安装方便，而且机箱框架外部看不到一颗螺钉，达到很好的外观效果；机箱的选材为不锈钢板材，箱体外表面采用不锈钢基材的VCM板材，不仅达到了很好的外观效果，而且生产中省掉表面处理工序，生产效率高，生产周期缩短，体现了环保设计理念，后期产品外表面也很好维护；机箱上多处采用压死边和切圆角的结构形式，避免生产、安装、使用过程中的操作人员划伤，体现了人性化的设计；不锈钢本色箱体，与现有常用的氧化本色铝颜色接近，能够很好的与周围环境融合。总之，这款新型钣金机箱通过巧妙的结构设计，精心选材，达到了箱体强度、外观、环境协调、通用性、人性化的统一，很好的满足了设计需求。

参考文献：

[1]机械工业部北京电工综合技术经济研究所汇编.电气设备机械结构专业标准总汇.北京：机械工业部北京电工综合技术经济研究所.

[2]GB/T 7261-2008继电器及继电器保护装置基本实验方法.

[3]GB/T 14537-93量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验.

作者简介：甘雄涛（1975-），男，湖北天门人，工程师，现在许继集团有限公司从事电力系统二次设备结构设计、工艺设计工作。