專利名稱：三步自定位結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是多插件系統(tǒng)的設(shè)備機(jī)殼，更具體地說，是有自定位插件的機(jī)殼結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)把插件與系統(tǒng)聯(lián)接時還包括電源及信號傳輸線接線端子的盲連接。
轉(zhuǎn)讓給同一受讓人的有關(guān)申請是W.J.Casanovaetal，SerNo.，1988年3月申請(與本申請同時)，題目為“SystemCableAssemblyandComponentPackaging”。
在要求顧客自己安裝越來越復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的情況下，使操作方便、不出錯及不損傷設(shè)備，特別是易損的電氣接頭是很重要的。簡單而為顧客著想的裝配設(shè)計會使用戶得到滿意。使電氣接頭實現(xiàn)盲插而在機(jī)械上和電氣上都不損壞設(shè)備的辦法是，給裝置安上防止插錯方向及部位的鍵、鎖裝置，并使自對接插件能自行定位。
除了設(shè)備安裝過程外，有選擇的拆卸也應(yīng)當(dāng)是可行的，因為相同配件的補(bǔ)給服務(wù)正變得越來越普遍。用戶若不能很容易而安全地取出被確定有問題的系統(tǒng)部件，那么即使用復(fù)雜的診斷工具來隔開和找到單個可替換或可修理的系統(tǒng)部件也不會很有效。再有，這項操作不能損傷設(shè)備，特別是電氣接頭這樣最容易受損的系統(tǒng)部件。這點必須要達(dá)到，盡管多個部件的存在使公差變得嚴(yán)格。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與方法中包括三個導(dǎo)引與定位步驟，用于用戶在不用工具的情況下自行安裝插件，實現(xiàn)電氣的盲連接。開始的粗定位由導(dǎo)向槽來實現(xiàn)，它包括一個有側(cè)限的入口和一限制較小的導(dǎo)向通道。第二步定位是在裝置或插件接近待置放的工作位置時，使插件及其電氣接頭從粗定位最大公差范圍內(nèi)的任何位置達(dá)到細(xì)定位。在完成第二步的接近最后工作位置的細(xì)定位后，由精密定位結(jié)構(gòu)引導(dǎo)裝置及電氣接頭到目的位置，并使裝置閂鎖住并保持在完成電氣連接的工作位置上。
這種將插件滑向目的位置的盲連接方式不用用戶自己完成電氣連接，還保證了連接頭的配合在裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制范圍內(nèi)。由于用戶無需插手聯(lián)接過程，因此可以避免在電氣接頭手動操作過程中可能出現(xiàn)的機(jī)械或電氣損傷。它使得將插件安裝在正確位置與方向的結(jié)構(gòu)限制得以采用。正是上述辦法保護(hù)了插件及系統(tǒng)的正確安裝及電氣連接，此外由于無需那些看起來復(fù)雜而且說不清楚的指示書就能完成安裝，還提高了用戶的滿意程度。


圖1的系統(tǒng)機(jī)殼斷面?zhèn)纫晥D中，示出了電纜支架、機(jī)殼框架及蓋板的結(jié)構(gòu)，其上有本發(fā)明所述的自對接插件。圖2示出了放置磁介質(zhì)的箱體結(jié)構(gòu)、配合架及連接器插頭塊結(jié)構(gòu)。圖3是圖2結(jié)構(gòu)中連接頭部分的細(xì)節(jié)。圖4是圖1系統(tǒng)中邏輯電路箱及書式邏輯電路插件的部分解圖。圖5與圖6是邏輯電路箱及書式邏輯電路插件的相互配合的電氣接頭的剖面圖。圖7是把書式邏輯電路插件固定在邏輯電路箱中的閂鎖結(jié)構(gòu)的詳視圖。
圖1示出一計算機(jī)系統(tǒng)，其側(cè)壁及框架部份剖開，以表明各系統(tǒng)部件的安裝。中央電纜托架20在兩個部件臺架之間。機(jī)箱有前后蓋板14、15，它們將框架的二端蓋住，系統(tǒng)部件是通過這二端裝入的。安裝插件時，將其沿導(dǎo)向槽推到鎖定工作位置，并完成插件上的接頭與電纜托架上相配合接頭的電氣盲連接。插件的簡單一插便能將其鎖住，并實現(xiàn)電源及信號總線的電氣連接。
如圖所示，前蓋后面可以安放五個磁存儲裝置，硬盤驅(qū)動器或直接存取存儲裝置(DASD)置于標(biāo)有22的位置，軟盤驅(qū)動器24置于最上部位，裝置23可以是第四個DASD，也可以是磁帶機(jī)，軟盤驅(qū)動器24在蓋板14上開有口子，當(dāng)使用磁帶機(jī)時也有開口，這樣均無需揭蓋子就能插入或取出磁介質(zhì)。
后蓋下是邏輯電路箱，固定于機(jī)框架11，并與電纜托架20相聯(lián)。一連串書式邏輯電路插件53(由電路卡組成)插入邏輯電路箱35，在充分插入并鎖定的位置上實現(xiàn)電氣連接。每個書式邏輯電路插件既可以象一本書那樣充分占據(jù)書架，也可以是一個基卡，其上如圖1所示包含多個子卡。從圖1還可看到交流電源24，充分插好后它與電纜托架實現(xiàn)盲連接。交流電源27與系統(tǒng)的交流電輸入端相聯(lián)，其輸出是系統(tǒng)所需的直流電壓。直流特征電壓源30置于前蓋板14下，與交流電壓源放在一起并與系統(tǒng)電氣相聯(lián)。
磁介質(zhì)的安裝設(shè)計要求硬盤(DASD)、磁帶及軟盤應(yīng)當(dāng)無需手接電纜就能由顧客安裝到系統(tǒng)上。這就要求相配合的信號總線及電源接線端子能夠在磁存儲裝置安裝時自定位并連接。利用這種設(shè)計約束的另一個優(yōu)點是各種存儲裝置可以有共同的接口，這樣不同廠家生產(chǎn)的存儲裝置都可安裝在這種自定位的基本結(jié)構(gòu)上。
圖1所示的磁存儲插件由圖2所示的箱子70所載。每個磁介質(zhì)箱70的外殼都有一托板71和蓋子72。蓋子72每側(cè)均有三個附屬的有彈性的鎖件73，是末端有鎖舌(未畫出)的澆鑄而成的蓋子72的不可分部分。鎖舌可以嵌入托板71的開口并伸出托板的邊緣以固定住蓋子。蓋子尾端有一開口74，安有通風(fēng)扇前端還有一系列條口(未示出)，供空氣沿箱子長度方向通過。
托板71兩側(cè)比蓋子72寬，成為能被機(jī)箱架76上用車床車出的U形導(dǎo)向槽75所容納的導(dǎo)軌。框架組件76是機(jī)箱11的不可分部份。與托板71鑄在一起的三個彈性指狀物77起防松作用，或者說是在托板與框架之間通過將插件-箱體向?qū)γ娴膶?dǎo)向槽75擠而起作用。托板71還有一垂直突出物78，其上安有電源接頭79和信號接頭80，用一塊金屬板81栓住。電源接頭79相對突出體是固定的，而信號接頭80則可以活動，以備定位不準(zhǔn)。接頭下是長條形開口82，沿開口四周有寬的倒角表面。
電纜托架20(圖3)的壁板85上裝有相配合的接頭塊87，其中包括一個活動的信號接頭88、一個活動的電源接頭89及一固定的楔形定位舌狀物90。定位舌90是接頭塊91的一部分。信號接頭88和電源接頭89每一側(cè)都有尺寸偏大的開孔，用以接受接頭塊91上鑄成的圓柱形突出物93，使接頭88、89及接頭塊91可以在突出物與過大開孔間公隙范圍內(nèi)有相對運動。
數(shù)據(jù)存儲裝置安放在托板71上，后者則插入機(jī)殼框架76的導(dǎo)向槽75中，導(dǎo)向槽75可以限制托板71的垂直與水平運動。將裝置進(jìn)一步插進(jìn)導(dǎo)向槽75時，一側(cè)的彈性指狀物77會迫使裝置頂?shù)搅硪粋?cè)導(dǎo)向槽75的配準(zhǔn)邊緣表面上，成為裝置的初步或者說粗定位。
把托板71沿導(dǎo)向槽75再進(jìn)一步向里推就可以使置于托板71尾部信號總線及電源接頭下的定位條孔82與舌狀物90(作為相配合的接頭塊91的一部分)對準(zhǔn)。接頭塊通過電纜托架壁85上的開孔而安裝其上，因為開孔尺寸偏大，所以接頭塊可以在水平和垂直方向運動。托板定位器條孔與接頭塊舌狀物接上后(大約12mm)就完成了中間定位步驟，托板71上相配合的接頭和接頭塊91就被正確地對準(zhǔn)，以便最后扦入到工作位置上。
中間定位步驟能使相匹配的電氣接頭達(dá)到足夠好的定位程度，從而通過精密定位或匹配接頭的有倒角的表面產(chǎn)生的定位效果能完成連接。托板71上的信號總線接頭80可以在直徑比固定孔小的固定針上活動，而電源接頭79則由固定針緊緊地束縛住?；顒咏宇^塊91上的接頭安放在直徑偏小的固定針上，并由夾子94上的彈性片卡住，這使接頭可在其針上有一定量的活動余地。當(dāng)接頭合在一起時，這種可允許的活動余地(隨著箱體70移到它的對接位置上)可抵償?shù)粲布圃旃钌系牟煌?br> 在圖1所示系統(tǒng)中，邏輯電路箱35安放在框架11上，并與電纜托架20電氣連接。電路箱35通過穿過孔36(圖4)及框架上的配合孔的螺栓與框架11聯(lián)接在一起。邏輯電路箱35由上、下鑄件40、41，一對側(cè)板13及一塊后壁或后板45構(gòu)成，上下鑄件均有一系列的凹槽或?qū)к?2，被對立著的突出物31和一系列突出的閂鎖結(jié)構(gòu)43限制而與入口相鄰。一閂把63沿著上下鑄件40、41的前翼緣伸出。此外，由于冷卻風(fēng)扇(圖1)就在邏輯電路箱之下，出于安全目的，鑄件41中央部分與旋轉(zhuǎn)葉片重迭的開孔還要有額外的橫梁32。后壁45有與系統(tǒng)電纜托架20中電纜相連的接頭部分49和與箱35內(nèi)書式邏輯電路插件安裝位置對準(zhǔn)的一系列接頭48。
每個書式邏輯電路插件53都各有上下一對導(dǎo)軌，有三根導(dǎo)軌60等于書式插件的全長，第四根導(dǎo)軌59預(yù)先截短(如所示)，與上鑄件40中的導(dǎo)向槽42中的一個限制件配合，防止書式插件的反向插入。每個書式邏輯插件53都有一個或幾個接頭部分34，它們與相對應(yīng)的安裝在箱體后壁45上與書式插件在工作位置時對準(zhǔn)的匹配接頭部分48相連接。在圖5和圖6中可以看到，接頭部分34每端都有漸細(xì)的銷子37，可以被后壁上接頭部分48中相應(yīng)的開孔38所接受。每個開孔在入口處都有帶倒角的表面39。銷釘錐部46及帶有倒角的開孔表面39合起來便能產(chǎn)生比導(dǎo)向槽公差加上累積起來的部分公差的總和還要大的校準(zhǔn)能力，上述公差提供接頭部分嚙合平衡之前的中間尋位與定位。
精密尋位與定位的第三個步驟是由完成中間定位步驟后才嚙合的接頭部分34、48上的倒角邊緣44產(chǎn)生的。
如在圖7中所見到的，安裝在邏輯電路插件53上的閂鎖62由彈性材料構(gòu)成，并繞軸釘54轉(zhuǎn)動。當(dāng)書式插件接近完全插緊時，閂鎖62可以轉(zhuǎn)動使突出體55與突出體43上的凹體嚙合，接著閂鎖部分56越過閂把63達(dá)到所示閂把63后面嚙合的固定位置。若要打開閂鎖62時，則將二個表面57相對按壓以彎曲金屬薄片58，并將突出物56從與63嚙合的位置轉(zhuǎn)出。
安裝書式邏輯電路插件時，粗定位由導(dǎo)軌59、60與箱35內(nèi)的溝槽42之間的界面來提供。在入口處，突出物31使書式插件的導(dǎo)軌59、60受到比在此插入位置之外的較寬的導(dǎo)向槽42中更多的限制。
在邏輯電路箱的接頭或后壁端處，導(dǎo)向槽的尺寸設(shè)計要考慮到所有系統(tǒng)公差，象箱體的、后壁的、書式插件的及接頭位置處的。在箱體35的插件入口端無需考慮接頭與后壁公差。唯一要考慮的是書式插件53的均勻?qū)の?從外觀及空氣流動兩方面上)，并保證閂鎖功能不受干擾。與后壁的定位要求相比，這些只不過是很小的約束。最重要的要求是在后壁處能起最佳作用的限制量。為此，導(dǎo)向槽42在后壁45處要逐漸加寬，加寬量由容忍后壁處的系統(tǒng)公差(以上已列舉)所要求的自由程度來決定，但這一自由程度不能超出中間定位或?qū)の徊襟E所控制的公差范圍。
中間定位是通過加到接頭部分的結(jié)構(gòu)來完成的。圖5中示出的接頭部分34、48處在完成粗定位后開始嚙合的位置。接頭部分34如所示是定位了的，當(dāng)由于箱體底板上的錐體的緣故書式插件53向下傾斜時，它的定位又很可能被向下轉(zhuǎn)動姿態(tài)尋位破壞。為此，接頭部分34的二端加了有金字塔形尖46的兩個長方形柱37，接頭部分48的端部加了相配合的凹體38。錐形端46在接頭觸到接頭凹體38上的斜面39時能使之一半向上拱并自己豎直地居中。
精密定位在接頭部分34表面上的斜面44與接頭部分48表面上相配合的斜面接觸時開始。這些斜表面是接頭的共同特征，起著使接頭的雙方在水平和豎直方向都擠到接頭體能完全嚙合的位置上。
上面介紹的三步驟定位系統(tǒng)的結(jié)果是，能容許較大的公差積累，能完全消除損壞接頭的可能性，并使接頭系統(tǒng)能自動地獨自找到中心，這一切都是在盲連接條件下為顧客著想的。所介紹的系統(tǒng)適用于必須由未經(jīng)訓(xùn)練人員將多個裝置插入另一裝置時要求提供指導(dǎo)的情形。
本發(fā)明的上述介紹是作為一個例子給出的，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明精神及范圍的條件下可在形式和細(xì)節(jié)上做各種衍變。
權(quán)利要求
1.一種用于可以在系統(tǒng)機(jī)殼內(nèi)安裝和電氣連接插件的三步自對接結(jié)構(gòu)，其中插件被支持用以工作，并且其上安裝有匹配的電氣接頭，其特征在于粗定位裝置，由被所述系統(tǒng)機(jī)殼及所述插件中的一個支持的一對導(dǎo)軌，和由所述系統(tǒng)機(jī)殼及所述插件中的另一個所載的匹配導(dǎo)向槽構(gòu)成；偏離裝置，用于迫使所述插件在維持一導(dǎo)軌和其匹配導(dǎo)向槽嚙合的方向上加力；中間定位裝置，包括所述插件及所述機(jī)殼之一上的突出物，和所述插件及所述機(jī)殼當(dāng)中另一個上的相匹配接受孔，其中所述突出物和所述開孔中至少一個有錐狀部分，總錐度能在所述粗定位裝置的公差范圍內(nèi)基本上與所述匹配電氣接頭對準(zhǔn)；及精密定位裝置，與所述電氣接頭相連，當(dāng)所述插件被引導(dǎo)到所述機(jī)殼內(nèi)的工作位置時，引導(dǎo)匹配的電氣接頭到電氣連接狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于所述中間定位裝置包括在所述突出物及所述接受孔上均有錐狀定位表面，且所述精密定位裝置包括在兩個相配合的電氣接頭上能將所述電氣接頭在所述中間定位裝置允許的最大公差范圍內(nèi)定位的錐狀定位表面。
3.如權(quán)利要求2所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述粗定位裝置包括所述插件上兩側(cè)的導(dǎo)軌及由所述機(jī)殼支撐的相配合的導(dǎo)向槽。
4.如權(quán)利要求3所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述偏離裝置是所述一導(dǎo)軌之外的導(dǎo)軌的不可分部分。
5.如權(quán)利要求4所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述插件被固定于一具有一對導(dǎo)軌的托板上，所述偏離裝置即是導(dǎo)軌的一個不可分部分。
6.如權(quán)利要求5所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，可與所述機(jī)殼結(jié)構(gòu)結(jié)合的、用于將所述插件穩(wěn)定在所述工作位置上的可釋開閂鎖。
7.如權(quán)利要求6所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述托板由鑄塑制成，所述一對導(dǎo)軌、所述偏離裝置及所述可釋開閂鎖裝置都是一塊鑄件的不可分部分。
8.用于可以在系統(tǒng)機(jī)殼內(nèi)安裝插件并電氣連接的三步自對接結(jié)構(gòu)，其中插件在支承下工作，并且其上有匹配的電氣接頭，其特征在于，粗定位裝置，用以限制和引導(dǎo)所述插件到工作時的電氣連接的位置;中間定位裝置，用于將所述包含電氣終端部分的插件在所述粗定位允許的公差范圍內(nèi)與最終工作位置基本上對準(zhǔn);與電氣接頭結(jié)構(gòu)相連的精密定位裝置，執(zhí)行所述插件與所述系統(tǒng)在工作位置的充分的盲連接。
9.如權(quán)利要求8所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述粗定位裝置包括兩對分別置于所述插件的兩側(cè)的導(dǎo)軌及支撐插件的機(jī)箱所載的凹形導(dǎo)向槽。
10.如權(quán)利要求9所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述側(cè)導(dǎo)軌以及所述凹形導(dǎo)向槽中的一個比所述導(dǎo)軌及所述凹形導(dǎo)向槽中的另一個短，從而防止所述插件從相反位置插入。
11.如權(quán)利要求10所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)向槽在接近插件導(dǎo)軌插入位置的部分寬度較窄，這樣，所述插件在入口處受到較大限制，而在導(dǎo)向槽剩下的一截具有較大容隙。
12.如權(quán)利要求11所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)向槽在所述較窄部分之后是漸展的側(cè)限壁部分。
13.如權(quán)利要求12所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，將所述插件穩(wěn)定在所述工作位置的雙聯(lián)可釋開閂鎖裝置。
14.可以在系統(tǒng)機(jī)殼內(nèi)安裝并電氣連接插件的三步自對接結(jié)構(gòu)，其中插件在支承下工作，插件上安裝有匹配的電氣連接部分。其特征在于一個插件支持框架;用于引導(dǎo)所述插件至工作時連接好的安裝位置的有較緊側(cè)限入口和較松側(cè)限引導(dǎo)部分的裝置;所述插件及所述框架之一上的錐形銷裝置;所述插件及所述框架當(dāng)中另一個上面的用于接受銷釘?shù)目?，能在所述引?dǎo)裝置的公差內(nèi)接受并基本對準(zhǔn)所述銷釘?shù)奈恢?及分別在所述插件及所述框架上的錐形匹配接頭部分，當(dāng)所述錐形銷釘被所述開孔接受后即嚙合，從而完成電氣連接。
15.如權(quán)利要求14所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述引導(dǎo)裝置包括所述插件兩側(cè)的一對導(dǎo)軌，及由所述系統(tǒng)機(jī)殼支持并適于接受所述導(dǎo)軌的凹形導(dǎo)向槽。
16.如權(quán)利要求15所述的三步自對接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)軌之一及所述導(dǎo)向槽之一比所述導(dǎo)軌的另一個及所述導(dǎo)向槽的另一個都要短，所述較短的導(dǎo)軌及所述較短的導(dǎo)向槽相配合，能防止所述插件以顛倒的方向插入所述機(jī)殼。
17.如權(quán)利要求16所述的三步自對接閂鎖裝置，其特征在于，完成所述電氣連接后將所述插件穩(wěn)定在充分插好位置的雙聯(lián)閂鎖裝置。
18.在系統(tǒng)機(jī)殼內(nèi)實現(xiàn)插件的自對接的方法，包括通過將插件沿引導(dǎo)徑插入機(jī)箱而完成的電氣連接，其特征在于以下步驟利用初始的粗定位沿所述引導(dǎo)路徑引導(dǎo)所述插件;經(jīng)沿所述引導(dǎo)路徑的一段預(yù)定行程后，所述插件要進(jìn)行中間定位步驟，所述中間定位步驟可以在所述粗定位的最大公差范圍工作，使所述插件得到進(jìn)一步定位;及用于執(zhí)行所述插件及所述系統(tǒng)之間在沿引導(dǎo)路徑方向充分插好的工作位置上完成電氣連接前的最后定位。
19.如權(quán)利要求18的自對接方法，其特征在于將所述插件在沿所述引導(dǎo)路徑方向的所述充分插好的工作位置上閂鎖住的步驟。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種三步結(jié)構(gòu)，用于在機(jī)殼內(nèi)將系統(tǒng)插件引導(dǎo)到工作時安裝的位置，同時實現(xiàn)電氣接頭的盲連接，完成機(jī)殼內(nèi)插件和系統(tǒng)間的電源及信號回路。粗定位結(jié)構(gòu)包括一用于引導(dǎo)插件到工作時安裝位置的引導(dǎo)軌裝置；中間定位結(jié)構(gòu)在粗定位公差范圍內(nèi)使包含電氣接頭的插件基本上定位，精密定位裝置在插件被閂鎖在工作位置時使電氣接頭在最終位置定位，完成電氣連接。三種定位功能串聯(lián)作用。
文檔編號H01R13/631GK1040299SQ89101448
公開日1990年3月7日 申請日期1989年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月17日
發(fā)明者威廉·戴爾·科費茨, 約翰·西奧多·格里克斯拉德, 布拉德利·劉易斯·馬丁, 羅伯特·維特·麥克特, 杰瑞·里查德·拉絲姆森, 戈多·威爾博·韋斯特法, 斯太凡·艾得娃德·維勒 申請人:國際商用機(jī)器公司