专利名称：三步自定位装置的制作方法
技术领域：
本发明所涉及的是多插件系统的设备机壳，更具体地说，是有自定位插件的机壳结构，其中当把插件与系统联接时还包括电源及信号传输线接线端子的盲连接。
转让给同一受让人的有关申请是W.J.Casanova et al，ser No.1988年3月申请(与本申请同时)，题目为“System Cable Assembly and Compont Packaging”。
在要求顾客自己安装越来越复杂的数据处理系统的情况下，使操操作方便、不出错及不损伤设备，特别是易损的电气接头是很重要的。简单而为顾客着想的装配设计会使用户得到满意。使电气接头实现盲插而在机械上和电气上都不损坏设备的办法是，给装置安上防止插错方向及部位的键、锁装置，并使自对接插件能自行定位。
除了设备安装过程外，有选择的拆卸也应当是可行的，因为相同配件的补给服务正变得越来越普遍。用户若不能很容易而安全地取出被确定有问题的系统部件，那么即使用复杂的诊断工具来隔开和找到单个可替换或可修理的系统部件也不会很有效。再有，这项操作不能损伤设备，特别是电气接头这样最容易受损的系统部件。这点必须要达到。尽管多个部件的存在使公差变得严格。
本发明的目的是提供一种导引装置，用于将系统插件引导到机壳中的工作时安装位置，同时实现电气接头的盲连接，完成机壳内插件和系统之间的电源及信号回路。
本发明的结构与方法中包括三个导引与定位步骤，用于用户在不用工具的情况下自行安装插件，实现电气的盲连接。开始的粗定位由导向槽来实现，它包括一个有侧限的入口和一限制较小的导向通道。第二步定位是在装置或插件接近待置放的工作位置时，使插件及其电气接头从粗定位最大公差范围内的任何位置达到细定位。在完成第二步的接近最后工作位置的细定位后，由精密定位结构引导装置及电气接头到目的位置，并使装置闩锁住并保持在完成电气连接的工作位置上。
这种将插件滑向目的位置的盲连接方式不用用户自己完成电气连接，还保证了连接头的配合在装配结构设计的控制范围内。由于用户无需插手联接过程，因此可以避免在电气接头手动操作过程中可能出现的机械或电气损伤。它使得将插件安装在正确位置与方向的结构限制得以采用。正是上述办法保护了插件及系统的正确安装及电气连接，此外由于无需那些看起来复杂而且说不清楚的指示书就能完成安装，还提高了用户的满意程度。
图1的系统机壳断面侧视图中，示出了电缆支架、机壳框架及盖板的结构，其上有本发明所述的自对接插件。图2示出了放置磁介质的箱体结构、配合架及连接器插头块结构。图3是图2结构中连接头部分的细节。图4是图1系统中逻辑电路箱及书式逻辑电路插件的部分解图。图5与图6是逻辑电路箱及书式逻辑电路插件的相互配合的电气接头的剖面图。图7是把书式逻辑电路插件固定在逻辑电路箱中的闩锁结构的详视图。
图1示出一计算机系统，其侧壁及框架部份剖开，以表明各系统部件的安装。中央电缆托架20在两个部件台架之间。机箱有前后盖板14、15，它们将框架的二端盖住，系统部件是通过这二端装入的。安装插件时，将其沿导向槽推到锁定工作位置，并完成插件上的接头与电缆托架上相配合接头的电气盲连接。插件的简单一插便能将其锁住，并实现电源及信号总线的电气连接。
如图所示，前盖后面可以安放五个磁存储装置，硬盘驱动器或直接存取存储装置(DASD)置于标有22的位置，软盘驱动器24置于最上部位，装置23可以是第四个DASD，也可以是磁带机，软盘驱动器24在盖板14上开有口子，当使用磁带机时也有开口，这样均无需揭盖子就能插入或取出磁介质。
后盖下是逻辑电路箱，固定于机框架11，并与电缆托架20相联。一连串书式逻辑电路插件53(由电路卡组成)插入逻辑电路箱35，在充分插入并锁定的位置上实现电气连接。每个书式逻辑电路插件既可以象一本书那样充分占据书架，也可以是一个基卡，其上如图1所示包含多个子卡。从图1还可看到交流电源24，充分插好后它与电缆托架实现盲连接。交流电源27与系统的交流电输入端相联，其输出是系统所需的直流电压。直流特征电压源30置于前盖板14下，与交流电压源放在一起并与系统电气相联。
磁介质的安装设计要求硬盘(DASD)、磁带及软盘应当无需手接电缆就能由顾客安装到系统上。这就要求相配合的信号总线及电源接线端子能够在磁存储装置安装时自定位并连接。利用这种设计约束的另一个优点是各种存储装置可以有共同的接口，这样不同厂家生产的存储装置都可安装在这种自定位的基本结构上。
图1所示的磁存储插件由图2所示的箱子70所载。每个磁介质箱70的外壳都有一托板71和盖子72。盖子72每侧均有三个附属的有弹性的锁件73，是末端有锁舌(未画出)的浇铸而成的盖子72的不可分部分。锁舌可以嵌入托板71的开口并伸出托板的边缘以固定住盖子。盖子尾端有一开口74，安有通风扇，前端还有一系列条口(未示出)，供空气沿箱子长度方向通过。
托板71两侧比盖子72宽，成为能被机箱架76上用车床车出的U形导向槽75所容纳的导轨。框架组件76是机箱11的不可分部份。与托板71铸在一起的三个弹性指状物77起防松作用，或者说是在托板与框架之间通过将插件－箱体向对面的导向槽75挤而起作用。托板71还有一垂直突出物78，其上安有电源接头79和信号接头80，用一块金属板81栓住。电源接头79相对突出体是固定的，而信号接头80则可以活动，以备定位不准。接头下是长条形开口82，沿开口四周有宽的倒角表面。
电缆托架20(图3)的壁板85上装有相配合的接头块87，其中包括一个活动的信号接头88、一个活动的电源接头89及一固定的楔形定位舌状物90。定位舌90是接头块91的一部分。信号接头88和电源接头89每一侧都有尺寸偏大的开孔，用以接受接头块91上铸成的圆柱形突出物93，使接头88、89及接头块91可以在突出物与过大开孔间公隙范围内有相对运动。
数据存储装置安放在托板71上，后者则插入机壳框架76的导向槽75中，导向槽75可以限制托板71的垂直与水平运动。将装置进一步插进导向槽75时，一侧的弹性指状物77会迫使装置顶到另一侧导向槽75的配准边缘表面上，成为装置的初步或者说粗定位。
把托板71沿导向槽75再进一步向里推就可以使置于托板71尾部信号总线及电源接头下的定位条孔82与舌状物90(作为相配合的接头块91的一部分)对准。接头块通过电缆托架壁85上的开孔而安装其上，因为开孔尺寸偏大，所以接头块可以在水平和垂直方向运动。托板定位器条孔与接头块舌状物接上后(大约12mm)就完成了中间定位步骤，托板71上相配合的接头和接头块91就被正确地对准，以便最后扦入到工作位置上。
中间定位步骤能使相匹配的电气接头达到足够好的定位程度，从而通过精密定位或匹配接头的有倒角的表面产生的定位效果能完成连接。托板71上的信号总线接头80可以在直径比固定孔小的固定针上活动，而电源接头79则由固定针紧紧地束缚住。活动接头块91上的接头安放在直径偏小的固定针上，并由夹子94上的弹性片卡住，这使接头可在其针上有一定量的活动余地。当接头合在一起时，这种可允许的活动余地(随着箱体70移到它的对接位置上)可抵偿掉硬件制造公差上的不同。
在图1所示系统中，逻辑电路箱35安放在框架11上，并与电缆托架20电气连接。电路箱35通过穿过孔36(图4)及框架上的配合孔的螺栓与框架11联接在一起。逻辑电路箱35由上、下铸件40、41，一对侧板13及一块后壁或后板45构成，上下铸件均有一系列的凹槽或导轨42，被对立着的突出物31和一系列突出的闩锁结构43限制而与入口相邻。一闩把63沿着上下铸件40、41的前翼缘伸出。此外，由于冷却风扇(图1)就在逻辑电路箱之下，出于安全目的，铸件41中央部分与放置叶片重迭的开孔还要有额外的横梁32。后壁45有与系统电缆托架20中电缆相连的接头部分49和与箱35内书式逻辑电路插件安装位置对准的一系列接头48。
每个书式逻辑电路插件53都各有上下一对导轨，有三根导轨60等于书式插件的全长，第四根导轨59预先截短(如所示)，与上铸件40中的导向槽42中的一个限制件配合，防止书式插件的反向插入。每个书式逻辑插件53都有一个或几个接头部分34，它们与相对应的安装在箱体后壁45上与书式插件在工作位置时对准的匹配接头部分48相连接。在图5和图6中可以看到，接头部分34每端都有渐细的销子37，可以被后壁上接头部分48中相应的开孔38所接受。每个开孔在入口处都有带倒角的表面39。销钉锥部46及带有倒角的开孔表面39合起来便能产生比导向槽公差加上累积起来的部分公差的总和还要大的校准能力，上述公差提供接头部分啮合平衡之前的中间寻位与定位。
精密寻位与定位的第三个步骤是由完成中间定位步骤后才啮合的接头部分34、48上的倒角边缘44产生的。
如在图7中所见到的，安装在逻辑电路插件53上的闩锁62由弹性材料构成，并绕轴钉54转动。当书式插件接近完全插紧时，闩锁62可以转动使突出体55与突出体43上的凹体啮合，接着闩锁部分56越过闩把63达到所示闩把63后面啮合的固定位置。若要打开闩锁62时，则将二个表面57相对按压以弯曲金属薄片58，并将突出物56从与63啮合的位置转出。
安装书式逻辑电路插件时，粗定位由导轨59、60与箱35内的沟槽42之间的界面来提供。在入口处，突出物31使书式插件的导轨59、60受到比在此插入位置之外的较宽的导向槽42中更多的限制。
在逻辑电路箱的接头或后壁端处，导向槽的尺寸设计要考虑到所有系统公差，象箱体的、后壁的、书式插件的及接头位置处的。在箱体35的插件入口端无需考虑接头与后壁公差。唯一要考虑的是书式插件53的均匀寻位(从外观及空气流动两方面上)，并保证闩锁功能不受干扰。与后壁的定位要求相比，这些只不过是很小的约束。最重要的要求是在后壁处能起最佳作用的限制量。为此，导向槽42在后壁45处要逐渐加宽，加宽量由容忍后壁处的系统公差(以上已列举)所要求的自由程度来决定，但这一自由程度不能超出中间定位或寻位步骤所控制的公差范围。
中间定位是通过加到接头部分的结构来完成的。图5中示出的接头部分34、48处在完成粗定位后开始啮合的位置。接头部分34如所示是定位了的，当由于箱体底板上的锥体的缘故书式插件53向下倾斜时，它的定位又很可能被向下转动姿态寻位破坏。为此，接头部分34的二端加了有金字塔形尖46的两个长方形柱37，接头部分48的端部加了相配合的凹体38。锥形端46在接头触到接头凹体38上的斜面39时能使之一半向上拱并自己竖直地居中。
精密定位在接头部分34表面上的斜面44与接头部分48表面上相配合的斜面接触时开始。这些斜表面是接头的共同特征，起着使接头的双方在水平和竖直方向都挤到接头体能完全啮合的位置上。
上面介绍的三步骤定位系统的结果是，能容许较大的公差积累，能完全消除损坏接头的可能性，并使接头系统能自动地独自找到中心，这一切都是在盲连接条件下为顾客着想的。所介绍的系统适用于必须由未经训练人员将多个装置插入另一装置时要求提供指导的情形。
本发明的上述介绍是作为一个例子给出的，应当认识到，在不偏离本发明精神及范围的条件下可在形式和细节上做各种衍变。
权利要求1.一种用于在系统机壳内安装和电气连接插件的三步自定位装置，其中插件被支持用以工作，并且其上安装有匹配的电气接头，其特征在于粗定位装置，由被所述系统机壳及所述插件中的一个支持的一对导轨，和由所述系统机壳及所述插件中的另一个所载的匹配导向槽构成；偏离装置，用于迫使所述插件在维持一导轨和其匹配导向槽啮合的方向上加力；中间定位装置，包括所述插件及所述机壳之一上的突出物，和所述插件及所述机壳当中另一个上的相匹配接受孔，其中所述突出物和所述开孔中至少一个有锥状部分，总锥度能在所述粗定位装置的公差范围内基本上与所述匹配电气接头对准；及精密定位装置，与所述电气接头相连，当所述插件被引导到所述机壳内的工作位置时，引导匹配的电气接头到电气连接状态。
2.如权利要求1所述的三步自定位装置，其特征在于，所述中间定位装置包括在所述突出物及所述接受孔上均有的锥状定位表面，且所述精密定位装置包括在两个相配合的电气接头上能将所述电气接头在所述中间定位装置允许的最大公差范围内定位的锥状定位表面。
3.如权利要求2所述的三步自定位装置，其特征在于，所述粗定装置包括所述插件上两侧的导轨及由所述机壳支撑的相配合的导向槽。
4.如权利要求3所述的三步自定位装置，其特征在于，所述偏离装置是所述一导轨之外的导轨的不可分部分。
5.如权利要求4所述的三步自定位装置，其特征在于，所述插件被固定于一具有一对导轨的托板上，所述偏离装置即是导轨的一个不可分部分。
6.如权利要求5所述的三步自定位装置，其特征在于，可与所述机壳结构结合的、用于将所述插件稳定在所述工作位置上的可释开闩锁。
7.如权利要求6所述的三步自定位装置，其特征在于，所述托板由铸塑制成，所述一对导轨、所述偏离装置及所述可释开闩锁装置都是一块铸件的不可分部分。
8.用于在系统机壳内安装插件并电气连接的三步自定位装置，其中插件在支承下工作，并且其上有匹配的电气接头，其特征在于，粗定位装置，用以限制和引导所述插件到工作时的电气连接的位置；中间定位装置，用于将所述包含电气终端部分的插件在所述粗定位允许的公差范围内与最终工作位置基本上对准；与电气接头结构相连的精密定位装置，执行所述插件与所述系统在工作位置的充分的盲连接。
9.如权利要求8所述的三步自定位装置，其特征在于，所述粗定位装置包括两对分别置于所述插件两侧的导轨及支撑插件的机箱所载的凹形导向槽。
10.如权利要求9所述的三步自定位装置，其特征在于，所述侧导轨以及所述凹形导向槽中的一个比所述导轨及所述凹形导向槽中的另一个短，从而防止所述插件从相反位置插入。
11.如权利要求10所述的三步自定位装置，其特征在于，所述导向槽在接近插件导轨插入位置的部分宽度较窄，这样，所述插件在入口处受到较大限制，而在导向槽剩下的一截具有较大容隙。
12.如权利要求11所述的三步自定位装置，其特征在于，所述导向槽在所述较窄部分之后是渐展的侧限壁部分。
13.如权利要求12所述的三步自定位装置，其特征在于，将所述插件稳定在所述工作位置的双联可释开闩锁装置。
14.可以在系统机壳内安装并电气连接插件的三步自定位装置，其中插件在支承下工作，插件上安装有匹配的电气连接部分，其特征在于，一个插件支持框架；用于引导所述插件至工作时连接好的安装位置的有较紧侧限入口和较松侧限引导部分的装置；所述插件及所述框架之一上的锥形销装置；所述插件及所述框架当中另一个上面的用于接受销钉的孔，能在所述引导装置的公差内接受并基本对准所述销钉的位置；及分别在所述插件及所述框架上的锥形匹配接头部分，当所述锥形销钉被所述开孔接受后即啮合，从而完成电气连接。
15.如权利要求14所述的三步自定位装置，其特征在于，所述引导装置包括所述插件两侧的一对导轨，及由所述系统机壳支持并适于接受所述导轨的凹形导向槽。
16.如权利要求15所述的三步自定位装置，其特征在于，所述导轨之一及所述导向槽之一比所述导轨的另一个及所述导向槽的另一个都要短，所述较短的导轨及所述较短的导向槽相配合，能防止所述插件以颠倒的方向插入所述机壳。
17.如权利要求16所述的三步自定位装置，其特征在于，完成所述电气连接后将所述插件稳定在充分插好位置的双联闩锁装置。
专利摘要本装置揭示了一种三步结构，用于在机壳内将系统插件引导到工作时安装的位置，同时实现电气接头的盲连接，完成机壳内插件和系统间的电源及信号回路。粗定位结构包括一用于引导插件到工作时安装位置的引导轨装置；中间定位结构在粗定位公差范围内使包含电气接头的插件基本上定位，精密定位装置在插件被闩锁在工作位置时使电气接头在最终位置定位，完成电气连接。三种定位功能串联作用。
文档编号H01R13/631GK2111617SQ8920286
公开日1992年7月29日 申请日期1989年3月16日 优先权日1988年3月17日
发明者威廉·戴尔·科费茨, 约翰·西奥多·格里克斯拉德, 布拉德利·刘易斯·马丁, 罗伯特·维特·麦克特, 杰瑞·里查德·拉丝姆森, 戈多·威尔博·韦斯特法, 斯太凡·艾得娃德·维勒 申请人:国际商业机器公司