GB/T 31847-2015 电工电子设备机械结构 模数序列及其应用

　　ICS 31.240 K 05

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 31847—2015

　　电工电子设备机械结构

　　模数序列及其应用

　　Mechanicalstructuresforelectrotechnicaland electronicequipment—

　　Modularorderand associated applications

　　2015-07-03发布 2016-02-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 31847—2015

　　GB/T 31847—2015

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 。

　　本标准由全国电工电子设备结构综合标准化技术委员会(SAC/TC34)提出并归 口 。

　　本标准由北京四方继保自动化股份有限公司负责起草 , 国网电力科学研究院 、东莞市锐嘉精密机械制造有限公司 、国电南京自动化股份有限公司 、华为技术有限公司 、中兴通讯股份有限公司 、南京南瑞继保电气有限公司 、许继电气股份有限公司 、中国船舶重工集团公司第七一五研究所 、烽火通信科技股份有限公司 、江苏天港箱柜有限公司 、慈溪奇国电器有限公司 、万控集团有限公司 、天津正本电气股份有限公司参加起草 。

　　本标准主要起草人 : 张开国 、田蘅 、张钰 、胡鹏 、吴蓓 、张实 、王蔚 、尹东海 、张艳婷 、庞海鸥 、袁丰华 、游汉涛 、巫珏 、江国庆 、杨博 、申随章 。

　　电工电子设备机械结构

　　模数序列及其应用

　　1 范围

　　本标准规定了电工电子设备机械结构的模数序列的术语和定义 、模数序列和模数序列的应用 。

　　本标准适用于公制尺寸系列的和英制尺寸系列的电工电子设备机械结构 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 1360—1998 印制电路网格体系

　　GB/T 8582—2008 电工电子设备机械结构术语

　　GB/T 19290(所有部分) 发展中的电子设备构体机械结构模数序列

　　GB/T 19520(所有部分) 电子设备机械结构 482. 6 mm(19in)系列机械结构尺寸

　　IEC 指南 103 尺寸协调指南(Guide for dimensions for co-ordination)

　　3 术语和定义

　　GB/T 8582—2008界定的以及下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件 。 为 了 便 于 使 用 , 以 下 重 复 列 出了GB/T 8582—2008中的某些术语和定义 。

　　3. 1

　　模块 module

　　所有边都是格距整数倍数的三维结构 ,也可用于二维的网格 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 1] 3.2

　　模数 modular

　　一维模块格距的数值 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 2] 3.3

　　基本模数 basemodular

　　模数序列中指定的模数 ,其数值等于基本格距 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 3] 3.4

　　模数序列 modularorder

　　建立协调尺寸和基本格距 、倍数格距 , 以及用于确定设备构体的安装格距之间关系的一套规则 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 4] 3.5

　　网格 grid

　　相等尺寸的理论直线的正交排列 。

　　GB/T 31847—2015

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 8] 3.6

　　模数网格 modulargrids

　　按照模数关系构成的两维或三维的格距关系(符合模数系列的两维或三维网格) 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 9] 3.7

　　基本格距 basepitch

　　p

　　设备构体的相邻网格线之间的最小距离 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 12] 3. 8

　　倍数格距 multiplepitch

　　Mp

　　基本格距的整数倍(见图 6 中 Mp) 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 13] 3.9

　　等分格距 equationalpitch

　　基本格距除以正整数所得的商 。

　　3. 10

　　倍分格距 pitch by multipledivision

　　基本格距除以等比级数 2、4、8所得到的商 。

　　3. 11

　　安装格距 mountingpitch

　　mp

　　在给定的空间中用于布置或安装部件或组件的格距 。

　　[GB/T 8582—2008,定义 3. 1. 14]

　　3. 12

　　尺寸拼加 dimensionaladditivity

　　具有相同总面积或体积的若干个较小的尺寸可替代一个大的尺寸 。

　　3. 13

　　尺寸分割 dimensionaldivisibility

　　具有相同总面积或体积的一个大的尺寸分割成若干个较小的尺寸 。

　　3. 14

　　尺寸互换性 dimensionalinterchangeability

　　外形尺寸及安装尺寸能够实现互换 。

　　3. 15

　　协调尺寸 co-ordination dimension

　　协调机械接口的基准尺寸 。

　　注 : 协调尺寸不是制造尺寸 。

　　4 模数序列

　　4. 1 一般规则

　　在进行机械结构尺寸的规划和设计时 ,反映公制或英制系列尺寸的三维空间的格距关系有以下几种方式 :

　　a) 机械结构三维模块的公制尺寸系列的基本格距和倍数格距之间的相互关系(见图 1,仅以公制

　　尺寸为例) ;

　　b) 机械结构的设计有时只需要二维网格(见图 2) ;

　　c) 机械结构的设计有时仅需要一维的格距(见图 3) 。

　　GB/T 19290系列机械结构标准采用了公制尺寸系统的模数及其网格(见 4. 2) ;GB/T 19520系列机械结构采用了 19 in英 制 尺 寸 系 统 的 模 数 及 其 网 格 , 但 机 柜 的 外 形 尺 寸 则 采 用 了 公 制 系 统 的 模数(见 4. 3) 。

　　图 1 三维模块(以公制系统为例)

　　图 2 二维网格

　　图 3 一维格距

　　4.2 公制尺寸系列的模数序列

　　4.2. 1 基本格距、倍数格距和等分格距

　　公制尺寸的基本格距 、倍数格距和等分格距的要求如下 :

　　a) 基本格距 :应采用 0. 5 mm(见 GB/T 1360—1998和 GB/T 19290. 1—2003) ;

　　b) 倍数格距 :采用 2. 5 mm 和 25 mm , 由此产生了表 1 中的协调尺寸 。按照模数序列的原则 ,根据机械结构的层次和协调尺寸的需要 ,允许采用其他的倍数格距值 ,例如 2. 0 mm、12. 5 mm和 20 mm。但它们应是基本格距的整数倍 ;

　　c) 等分格距 :在印制板这一机械结构最低层次的网格设计中 , 由于考虑电子元器件的布置和安装 ,可能需要采用更小的等分格距 ,例如最小的等分格距为 0. 05 mm(见 GB/T 1360—1998) 。

　　表 1 协调尺寸 Ci 单位为毫米

　　表 1 (续) 单位为毫米

　　4.2.2 公制模数的具体应用

　　GB/T 19290采用了公制模数 ,表 1 为由公制模数序列导出的协调尺寸 。

　　本标准 5. 4 中列出在 GB/T 19290. 1—2003中规定的可供设计选择的公制网格格距以及与协调尺寸的关系 。

　　4.3 英制尺寸系列的模数网格

　　4.3. 1 英制系列尺寸的格距关系

　　英制尺寸的格距关系类似于公制系列 ,参见图 1~ 图 3, 只是采用了以英制尺寸为计量单位的格距(见 4. 3. 2) 。

　　4.3.2 基本格距、倍数格距和等分格距

　　根据 GB/T 1360—1998 和 GB/T 19520. 3, 英 制 尺 寸 的 基 本 格 距 、倍 数 格 距 和 等 分 格 距 的 要 求如下 :

　　a) 基本格距 :2. 54 mm(0. 1 in) ;

　　b) 倍数格距 :基本格距的整数倍 ,例如 5. 08 mm(0. 2 in) ,25. 4 mm(1in) ;

　　c) 倍分格距 :在印制板这一机械结构层次的网格设计中 ,可能需要采用倍分格距 ,例如采用最小的倍分格距 0. 025 mm(0. 001in) 。

　　4.3.3 英制格距的具体应用

　　英制格距在 GB/T 19520的 482. 6 mm(19in)的机械结构系统中的应用情况如下 :

　　a) 在印制板层次 ,采用 2. 54 mm 格距或更小的等分格距 ;

　　b) 在插件层次 ,通常采用 2. 54 mm(1/10in)的基本格距 ;

　　c) 在插箱层次 ,与插件的接口尺寸采用 5. 08 mm 的倍数格距 ,插箱高度采用 1U 等于 44. 45 mm (7/4in)的高度格距(进制) ;

　　d) 在机架和机柜层次 ,与插箱的接口尺寸(插箱安装尺寸 、框口尺寸) 采用英制格距 ,外形和安装尺寸采用公制格距 。

　　5 模数序列的应用

　　5. 1 模数序列应用的目的

　　在机械结构设计中 ,采用模数序列中模数构成的网格系统 , 以达到下述目的 :

　　a) 有效利用尺寸空间 ;

　　b) 便于尺寸之间有效地拼加 、分割 ;

　　c) 实现尺寸的协调 、互换和兼容 ;

　　d) 实现产品设计的模块化 ;

　　e) 有利于产品的自动化生产 。

　　5.2 机械结构的层次及其模数关系

　　电工电子设备机械结构的典型层次见图 4,各层次之间采用的模数及其关系见图 5(以公制为例并延伸到建筑物) 。

　　图 4 机械结构的典型层次

　　单位为毫米

　　注 : 格距“p”为模数尺寸 ,用方框口表示 。

　　图 5 机械结构各层次间的模数及协调尺寸

　　5.3 安装格距的应用原则

　　在确定机械结构各层次的安装格距时 ,应遵循以下原则 :

　　a) 在不同的机械结构层次的设计中 , 安装格距 “mp”可采用不同的数值(基本的 、倍数的或倍分的)见图 5) ;

　　b) 安装格距应是基本格距的整数倍 ;

　　c) 由于 19in机械结构系统采用英制计量单位所带来的不便 ,除了印制板及其插件 、面板 、插箱和机箱 , 以及与机架和机柜的接口(安装)尺寸采用英制模数外 ,机架和机柜的外形尺寸则采用公制模数 。

　　模数及其应用的背景资料参见附录 A。

　　5.4 模数的应用

　　5.4. 1 格距、安装格距与协调尺寸

　　图 6表示格距 p(基本的或倍数的) 、安装格距 mpi 和协调尺寸 Ci 之间的关系 。

　　安装格距的应用应遵循下列原则 :

　　a) 安装格距应是基本格距 、倍数格距或等分格距 ;

　　b) 协调尺寸应是上述格距与系数 F 的乘积(F值见表 1) ;

　　c) 不同层次的机械结构可各自选用不同的安装格距 ;

　　d) 协调尺寸不是考虑了安装间隙的设计尺寸和带有公差的制造尺寸 ;

　　格距 、协调尺寸及总协调尺寸的具体应用见式(1) ~式(4) 。

　　mpi = F × p ……………………( 1 )

　　式中 :

　　mpi — 安装格距的标称值 ;

　　p — 格距(基本格距或倍数格距 ,根据机械结构的层次及尺寸设计需求而定) ;

　　F — 表 1 中的系数 。

　　mpi ……………………( 2 )

　　式中 :

　　ni— 整数 ;

　　Ci— 表 1 中的协调尺寸(见式 3) 。

　　Ci =ni × mpi ……………………( 3 )

　　C0 =C1 +C2 +C3 + … ……………………( 4 )

　　式中 :

　　C0— 总协调尺寸 。

　　当安装格距 mp 相同时 ,在总协调尺寸 C0 之下可以划分为多个协调尺寸(见图 6) 。 例如 , 图 6 所示的总协调尺寸 C0 包括了四个协调尺寸 C1、C2、C3、C4,并仅以一个安装格距 mp 作为条件(所有尺寸单位为毫米) :

　　mp = F × p = 2 × 25= 50

　　C0 =C1 +C2 +C3 +C4

　　=n1 × mp + n2 × mp + n3 × mp + n4 × mp = 2 × 50+ 3 × 50+ 5 × 50+ 6 × 50

　　= 100+ 150+ 250+ 300

　　= 800

　　安装格距 mp 和协调尺寸 Ci 与表 1 的数值一致 。协调尺寸 Ci 可以是相同的或不同的值 。

　　单位为毫米

　　说明 :

　　网格格距 p= 12. 5;

　　安装格距 mp= 50。

　　图 6 格距、安装格距与协调尺寸之间的关系

　　5.4.2 协调尺寸

　　采用公制尺寸系列的电工电子设备机械结构推荐的协调尺寸见表 1,这些尺寸主要源自 IEC 指南

　　103:1980的表 I.1。

　　协调尺寸的应用举例如下 :

　　a) 机架 、机柜 、机箱等的外形尺寸 ;

　　b) 部件 、零件 、导线 、电缆等的安装空间 ;

　　c) 零件和部件的安装格距 ;

　　d) 元器件的安装空间 。

　　5.5 模数(格距)的应用示例

　　5.5. 1 网格的设置

　　在进行机械结构设计时 , 网格的设置可采用基本格距 、倍数格距或等分格距 ,见图 7。

　　图 7 网格的设置

　　5.5.2 零部件、元器件在网格中的布置

　　为达到合理布局 ,零部件 、元器件在网格中的定位可采用以下几种形式 :

　　a) 以网格的中心定位的示例见图 8。

　　图 8 以网格中心定位

　　b) 以网格的边线定位的示例见图 9。

　　图 9 以网格边线定位

　　c) 以网格的中心和边线的综合定位的示例见图 10。

　　图 10 综合定位

　　d) 以三维网格定位的示例见图 11。

　　图 11 三维定位

　　图 12为印制板插件在公制模数网格中定位和布局的一个示例 ; 图 13为插箱及其插件在英制模数网格中布局的一个示例 。

　　单位为毫米

　　图 12 公制插件在网格上以印制板的轴向和边界为定位基准

　　单位为毫米

　　图 13 英制插箱及其插件的布局

　　5.5.3 机械结构尺寸的拼加和分割

　　在机械结构以及电气的系统设计中 ,零部件 、元器件的协调尺寸在网格中宜达到以下的设计效果 :

　　a) 尺寸互换 ;

　　b) 尺寸分割 ;

　　c) 尺寸拼加 。

　　尺寸拼加和分割实际应用的例子见图 14~ 图 16。

　　单位为毫米

　　图 14 用不同网格格距的模块拼加及分割

　　单位为毫米

　　图 15 尺寸拼加和分割的应用示例

　　单位为毫米

　　注 : 格距 25 mm。

　　1— 框架 ;

　　2— 底座 ;

　　3— 横架板 。

　　图 16 机柜的网格化设计示例

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　模数及其应用的背景

　　A. 1 背景情况

　　电子元器件和集成电路的功能集成程度不断提高而体积愈来愈小的发展趋势 , 以及新的制造方法 、自动制造设备 、试验设备和计算机辅助工程(CAE) 系统的应用 , 给制造厂和用户都带来可观的技术和经济利益 。

　　当采用新型元器件 、制造方法和 CAE系统时 ,为了保证技术和经济的利益能在计划 、设计 、制造和试验过程中得到充分发挥 , 电工电子设备机械结构的设备构体应满足于 IEC 指南 103: 1980提及的下列要求 :

　　— 产品的布置宜使得面积和空间浪费最小 ;

　　— 宜充分考虑产品的尺寸互换性 ,包括外形尺寸 、安装尺寸(例如安装孔 、固定孔 、槽口)等 ;

　　— 尺寸兼容性以及确定与下述产品的接口尺寸 :

　　● 与其他产品,例如装置 、器件 、机架 、面板和机柜等的组合 ;

　　● 使用于按照同一个模数体系(例如立柱间隔 、房间高度 、门高度等)建造的建筑物内 ;

　　● 采用按照同一模数体系设计和制造的托盘 、包装箱 、集装箱运输 。

　　使用两个互不兼容的尺寸体系(英寸 — 米) 时会出现障碍 。针对这一困惑 ,该两个尺寸体系间的接口问题并非没有解决方法 ,推荐方法是 :

　　— 只采用一种尺寸体系并使用 SI单位 ;

　　— 采用具有两种尺寸体系的过度安装件 。

　　考虑与其他规范性文件(标准 、规范 、技术报告 、指南)在尺寸方面的协调 ,本标准 5. 4 中给出的尺寸取自 IEC 指南 103:1980的数系 I。

　　A.2 与相邻技术领域的尺寸协调

　　开发新的电工电子设备构体时 ,需要考虑外部接口和内部接 口 。 电子设备构体最重要的接口包括 :

　　a) 外部接 口 :

　　● 建筑物中房间的设施 ,例如门 、电梯 、地面瓷砖和天花板等 ;

　　● 包装和运输 ,例如货车 、船舶和飞机的货仓 、集装箱和包装物 , 以及运输用托盘 ;

　　● 各种设备 、设施的组合及集成所构成的系统 ,例如输配电设备系统 、电源系统 、工业流程控制系统 、通信系统等 。

　　b) 内部接 口 :

　　● 电工电子设备的机电接 口 ;

　　● 电工电子设备的功 能 单 元 , 例 如 AC/DC变 换 器 、开 关 电 源 、测 量 和 控 制 组 件 、电 池 、熔 断器等 ;

　　● 印制电路 、连接器 、机电元件 ;

　　● 半导体元器件 ;

　　● 导线和电缆及其接线附件 。

　　当确定任何电工电子系统的设备构体时 ,应考虑其中的许多接 口 。对于这些接 口 ,协调尺寸宜作为达到与相关技术领域尺寸相兼容的手段 。

　　当需要确定公共接口的相关协调尺寸时 ,宜考虑 ISO 和 IEC 出版物的概况(见附录 B) ,并尽量与之协调 。

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　国家标准、国际标准出版物所采用的模数或协调尺寸

　　国家标准 、国际标准出版物所采用的模数或协调尺寸见表 B. 1。

　　表 B. 1 国家标准、国际标准出版物所采用的模数或协调尺寸

　　表 B. 1 (续)

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 321—2005 优先数和优先数系(ISO 3:1973,IDT)

　　[2] GB/T 1413—2008 系列 1集装箱 分类 、尺寸和额定质量(ISO 668: 1995+Amd 1+Amd 2:2005,IDT)

　　[3] GB/T 2934—2007 联运通用平托盘 主要尺寸及公差(ISO 6780:2003,MOD)

　　[4] GB 3100 国际单位制及其应用(GB 3100—1993,eqvISO 1000:1992)

　　[5] GB 3101 有关量 、单位和符号的一般原则(GB 3101—1993,eqvISO 31-0:1992)

　　[6] GB/T 4892—2008 硬质直方体运输包装尺寸系列(ISO 3394:1984,NEQ)

　　[7] GB/T 5824—2008 建筑门窗洞口尺寸系列

　　[8] GB/T 15233—2008 包装 单元货物尺寸(ISO 3676:1983,MOD)

　　[9] GB/T 16471—2008 运输包装件尺寸与质量界限

　　[10] GB/T 18832—2002 箱式 、立柱式托盘

　　[11] GB/T 19763—2005 优先数和优先数系的应用指南(ISO 17:1973,IDT)

　　[12] GB 50006—2010 厂房建筑模数协调标准

　　[13] GB/T 50100—2001 住宅建筑模数协调标准

　　[14] ISO 1006 房屋建筑 模数协调 基本模数

　　[15] ISO 1040 房屋建筑 模数协调 平面协调尺寸的倍数模数

　　[16] ISO 3394 硬质直方体运输包装尺寸系列

　　[17] ISO 3827-1 造船 船舶的设备尺寸协调 第 1部分 :尺寸协调的原则

　　[18] IEC 指南 103:1980 尺寸协调导则

　　[19] IEC 60097 印制电路的网格系统

　　[20] IEC 60255-18 电器继电器 第 18部分 :通用有或无继电器的尺寸

　　[21] IEC60297-3-100 电子设备机械结构 482. 6 mm(19in)系列机械结构尺寸 第 3-100部分 :面板 、插箱 、机箱 、机架和机柜的基本尺寸

　　[22] IEC 60297-3-101 电子设备机械结构 482. 6 mm(19in)系列机械结构尺寸 第 3-101部分 :插箱及其插件

　　[23] IEC 60473 面板安装式指示和记录电测量仪表的尺寸

　　[24] IEC 60629 家用和类似设施的安装附件模数系统标准活页

　　[25] IEC 60668 盘装和架装的工业过程测量及控制仪表的盘面和开孔尺寸

　　[26] IEC 60917-1 发展中的电子设备构体机械结构模数序列 第 1部分 :总规范

　　[27] IEC 60917-2 发展中的电子设备构体机械结构模数序列 第 2部分 :25 mm 的设备构体的接口协调尺寸

　　[28] IEC 60917-2-1 发展中的电子设备构体机械结构模数序列 第 2-1部分 :25 mm 的设备构体的协调接口尺寸 机柜和机架尺寸

　　[29] IEC 60917-2-2 发展中的电子设备构体机械结构模数序列 第 2-2部分 :25 mm 的设备构体的接口协调尺寸 插箱 、机箱 、背板 、和插件尺寸

　　[30] ETSIEN 300 119-3 环 境 工 程 设 备 构 体 的 欧 洲 通 信 标 准 混 装 的 机 架 和 机 柜 的 工 程要求

　　[31] ETSIEN 300 119-3 环境工程 设备构体的欧洲通信标准 混装的机架和机柜中插箱的工程要求

　　[32] IEEE 1101. 1 采用 IEC 60603-2连接器的微机机械结构

　　[33] IEEE 1301. 4 用于微机的米制设备构体 过渡板的协调文件

　　[34] DIN 41494:1992 电子设备机械结构 482. 6 mm 机械结构 应用指南

　　[35] DIN 43 355:1986 电子设备的构成方式 模数序列