Разработка конструкции и технологии изготовления частотного преобразователя

Параметр

«Веспер»

EI-8000

«HITACHI» L200

«DELTA» VFD-S

Разрабатываемое изделие

Напряжение питания, В

220

220

220

220

Мощность, кВт

1,5

1,5

1,5

2

Выходная частота, Гц

от 0,1 до 650

от 1 до 400

от 0,1 до 400

от 1 до 99

Защита двигателя от перегрузки по току

да

да

да

да

Защита двигателя от повышенного и пониженного напряжения

да

да

нет

да

Контроллерное управление

да

да

да

да

Возможность дистанционного управления и мониторинга (протокол MODBUS)

да

да

да

нет

Встроенный фильтр ЭМИ

класс А

класс С3

нет

нет

Аналоговые и цифровые входы/выходы для регулирования и дистанционного управления

да

нет

нет

нет

Вход датчика тепловой защиты электродвигателя

нет

да

нет

нет

Функция быстрого запуска

нет

да

нет

нет

Возможность подключения выносного пульта управления

нет

да

нет

нет

Диапазон частот ШИМ, кГц

до 10

до 10

до 10

до 10

Встроенный тормозной ключ

нет

нет

да

да

Автоматический рестарт после кратковременного пропадания питающего напряжения

нет

нет

да

нет

Стоимость, у.е.

195

220

251

75

Конденсатор

D, мм

L, мм

d, мм

p, мм

C4,С6

6,3

11

0,5

2,5

С9, С11, С13

5

7

0,5

2

С14

22

40

0,8

10

С15

10

14

0,6

5

Наименование

элемента

Позиционное обозначение

Количество

Конструктивные параметры

Допустимые условия эксплуатации

масса, г

S, м²Ч10^-6 (V, м³Ч10^-9)

л₀,

1/чЧ10^-6

Т, °С

вибрации

линейные ускор., g

ударные

перегр., g

f, Гц

перег-рузка, g

Конденсатор

С1, С2,

С3, С5,

С7, С8,

С10, С12

8

0,3

1,28

(1)

0,05

-55… 125

600

10

25

20

Конденсатор

С4, С6

2

3

31,2

(343)

0,55

-40… 85

600

10

25

20

Конденсатор

С9, С11, С13

3

2

19,6

(137)

0,55

-40… 85

600

10

25

20

Конденсатор

С14

1

25

380

(15200)

0,55

-25… 85

600

10

25

20

Конденсатор

С15

1

7

78,5

(1100)

0,55

-25… 85

600

10

25

20

Конденсатор

С16

1

20

480

(12000)

0,01

-60… 85

600

10

25

20

Стабилизатор напряжения

DA1, DA2

2

5

47

(893)

0,45

-65… 120

600

7,5

25

75

Микросхема

DD1

1

8

152

(760)

0,6

-20… 85

600

7,5

25

75

Микросхема

DD2

1

3

87

(218)

0,6

-40… 85

600

7,5

25

75

Микросхема

DD3

1

4

138

(345)

0,6

-55… 120

600

7,5

25

75

Предохранитель (держатель)

FU1

1

5

120

(1224)

5,4

-60… 100

600

7,5

25

75

Индикатор сегментный

HG1, HG2

2

10

200

(840)

3

-40… 85

600

7,5

25

75

Светодиод

HL1

1

1

7

(36)

0,7

-40… 85

600

7,5

25

75

Реле

K1

1

15

368

(5777)

0,6

-20… 100

600

7,5

25

75

Резистор

R1-R11, R13, R15-R23

21

0,3

2,5

(1,25)

0,05

-55… 125

600

15

25

75

Резистор

R14, R25

2

15

480

(4320)

0,8

-55… 150

600

15

25

75

Резистор

R24

1

7

220

(1980)

0,4

-55… 150

600

15

25

75

Резистор

R12

1

3

11

(20)

0,5

-25… 85

600

15

25

75

Наименование

элемента

Позиционное обозначение

Количество

Конструктивные параметры

Допустимые условия эксплуатации

масса, г

S, м²Ч10^-6 (V, м³Ч10^-9)

л₀,

1/чЧ10^-6

Т, °С

вибрации

линейные ускорения.,g

ударные

перегрузки., g

f, Гц

перег-рузка, g

Кнопка

SA1-SA4

4

3

36

(220)

0,3

-25… 70

600

7,5

25

75

Трансформатор

T1

1

40

894

(21456)

0,9

-30… 100

600

7,5

25

75

Диод

VD1-VD11

11

1,5

14

(38)

0,2

-65… 120

600

7,5

25

75

Диод

VD12-VD15

1

3

21

(62)

0,4

-30… 120

600

7,5

25

75

Диод

VD16-VD19

1

9

384

(2880)

0,4

-55… 120

600

7,5

25

75

Транзистор

VT1-VT4

4

0,8

4,2

(4,2)

0,4

-30… 120

600

7,5

25

75

Транзи стор

2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА

2.1 Обоснование и выбор материалов

В качестве ос-нований для печатных плат используется диэлектрик или покрытый диэлектри-ком металл, а для гибких печатных кабелей -- диэлектрик. Для выполнения пе-чатных проводников диэлектрик часто покрыт медной фольгой толщиной от 20 до 50 мкм либо медной или никелевой фольгой толщиной от 5 до 10 мкм. В качестве основания печатных плат используют керамику, металлические материалы (сталь, алюминий, титан, медь). Основные марки диэлектриков приведены в таблице 2.1 [9].

Таблица 2.1 - Марки некоторых отечественных диэлектриков

Материалом для печатной платы узла А1 выбран фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78. Этот материал выбран не случайно, т.к. по сравнению с большинством других обладает более высокими электрическими и диэлектрическими свойствами, высокой температурой отслаивания фольги, широким диапазоном рабочих температур, низким водопоглощением, высокими значениями объемного и поверхностного сопротивления, стойкостью к короблению. Для производства печатной платы узла А2 выбран стеклотекстолит СФ-2-50-1,5 ГОСТ 10316-78. Толщина фольги для данной платы должна быть как можно больше, т. к. токи протекающие в печатных проводниках будут достаточно велики.

Таблица 2.2 - Основные свойства стеклотекстолита [9]

Для обеспечения стабильности электрических, механических и других па-раметров печатных плат необходимо применять конструктивные покрытия, как металлические, так и неметаллические.

Металлические покрытия используются для защиты медных дорожек от коррозии в процессе изготовления печатных плат.

Неметаллические конструктивные покрытия используются для защиты:

а) печатных проводников и поверхности основания печатной платы от воз-действия припоя при групповых методах пайки;

б) элементов проводящего рисунка от замыкания навесными элементами. Для защиты печатных проводников и поверхности основания печатной пла-ты от воздействия припоя используют диэлектрические защитные покрытия на основе эпоксидных смол, сухого пленочного резиста, холодных эмалей, окисных пленок.

В качестве неметаллических покрытий используют лаки и краски. В данном случае используется краска ФСК3-5 зеленая ТУ107-91 БИТС.066629.003ТУ.

В качестве металлических конструктивных покрытий рекомендуется использовать металлы и сплавы, приведенные в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Основные виды конструктивных покрытий

Проанализировав таблицу, исходя из наименьших экономических затрат выбираем в качестве конструктивного металлического покрытия сплав олово-свинец толщиной 10 мкм.

Для пайки электрорадиоэлементов используются припои. Основным компонентов припоев является олово, смешанное в определённых пропорциях с другими компонентами: серебром, свинцом, висмутом и т.п. Поскольку на печатной плате будут присутствовать элементы, чувствительные к перегреву, то необходимо использовать низкотемпературный припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Основные свойства припоя ПОС-61 представлены в таблице 2.4 [9].

Таблица 2.4 - Основные свойства припоя ПОС-61

Для пайки поверхностно-монтируемых компонентов все чаще используются специальные припойные пасты. Они имеют несколько составляющих: порошок припоя, связующее вещество, органический растворитель и другие добавки. К основным преимуществам припойных паст относятся:

а) возможность точной дозировки припоя на каждое паяное соединение;

б) центрирование компонентов поверхностного монтажа в процессе оплавления за счет сил поверхностного натяжения.

Для пайки поверхностно монтируемых элементов используем паяльную пасту ПЛ-111 АУЭЛ.033.012 ТУ, она отличается относительной дешевизной и стабильностью характеристик [5].

Для изготовления корпусов используют качественные углеродистые стали. Они делятся на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и стали с средним содержанием углерода. В таблице 2.5 приведены характеристики некоторых углеродистых сталей [10].

Таблица 2.5 - Характеристики качественных углеродистых сталей

В качестве материала корпуса выбрана сталь 10, т. к. она является наиболее дешевой по сравнению с перечисленными марками стали, хорошо поддается холодной штамповке и сварке.

Для изготовления радиаторов используют в основном медь, дюралумины и алюминий. В нашем случае используется алюминий, т. к. этот материал дешевле меди и обладает более высокими прочностными характеристиками по отношению к дуралюминам. Основные характеристики алюминия: температура плавления 600 єС; плотность 2,7 г/см²; алюминий обладает высокой теплопроводностью.

В качестве материала кнопок и опор используется резина общего назначения типа СКС-10. Это наиболее распространенная резина с высокой морозостойкостью, хорошим сопротивлением к старению и хорошо работающая при многократных деформациях [10].

2.2 Обоснование конструкции изделия

К корпусу преобразователя предъявляются высокие требования. Он должен обеспечивать: жесткое закрепление плат; защиту плат и ЭРЭ от внешних климатических, механических и других воздействий; экранирование схемы от внешних электромагнитных излучений и наводок; теплоотвод. Кроме того, корпус должен быть технологичным, экономически выгодным, обеспечивать возможность сборки схемы, контроль, надстройку, ремонт. При выборе материала корпуса необходимо учитывать требования уменьшения массы, снижения стоимости изготовления, соответствия температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и плат, возможность пайки и хорошую теплопроводность.

Корпус выполнен из стального листа марки Ст10 ГОСТ 1577-74 толщиной 1мм. Все детали корпуса изготавливаются методом штамповки и в дальнейшем соединяются сваркой, т. к. эти технологические процессы широко распространены и не требуют значительных капиталовложений. В нем имеются перфорационные отверстия. После проведения всех сварочных работ необходимо наплывы и неровности сварных швов обработать с плавным переходом к основному материалу. Затем следует покрыть корпус грунтовкой ВЛ-023 ГОСТ 12707-77 и эмалью ПФ-115 белой ГОСТ 6465-76. Корпус белого цвета будет меньше поглощать инфракрасное солнечное излучение в условиях работы под воздействием солнечных лучей. Крышка крепиться к корпусу винтами М3Ч6 ГОСТ 17475-80. На крышке имеются отверстия для светодиода, сегментных индикаторов и крепления резиновой прокладки, которая имеет функцию клавиатуры. Надписи на крышке «ПУСК», «СТОП» «+», «-», «Частота» выполняются эмалью ПФ115 черной ГОСТ 6465-76 шрифтом 10-Пр3 СТБ 992-95. Это поспособствует лучшей читаемости символов. Для коммутации прибора с сетью питания и двигателем используется клемная колодка, поэтому в нижней части корпуса предусмотрен вырез для ввода кабелей.

К основанию корпуса винтами М3Ч35 ГОСТ 17475-80 прикручиваются резиновые опоры. Их использование увеличивает устойчивость корпуса и благоприятствует вентиляции. Для крепления плат используются стойки высотой 25 мм и 110,5 мм диаметром 8 мм, они изготавливаются из стальных прутков. Узел А2 крепится тремя винтами, причем 2 винта М3Ч16 ГОСТ 17475-80 вкручиваются в стойки и фиксируют клемник.

Расположение корпуса - горизонтальное.

Т. к. в устройстве используется 6 мощных IGBT транзисторов, для их охлаждения необходим радиатор. Он монтируется внутри корпуса и имеет в своей конструкции паз по всей длине для крепления печатной платы. Транзисторы с нанесенной теплопроводной пастой КТП8 прикручиваются к радиатору и прижимаются скобами для улучшения теплоотдачи. Способ охлаждения в корпусе -- естественный воздушный.

Размеры корпуса - 250х160х120 мм. Такие габариты обусловлены большим выделением тепла в корпусе и непосредственно размерами радиатора.

В применении устройств амортизации нет необходимости, так как не предполагается, что разрабатываемое устройство будет подвергаться значительным механическим нагрузкам во время эксплуатации.

Для коммутации узла А1 с узлом А2 используется шлейф 888-03-0014 фирмы «Molex», количество жил в шлейфе - 14. Он подключается в разъемы на платах перед сборкой корпуса и крышки.

Расположение плат - горизонтальное.

Материл, из которого изготавливается печатная плата узла А1- стеклотекстолит, марка СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316 - 78, узла А2 - стеклотекстолит, марка СФ-2-50-1,5 ГОСТ 10316 - 78. Для узла А2 выбран стеклотекстолит с толщиной металлического покрытия 50 мкм, т. к. в этом узле будут протекать большие токи, а следовательно при более тонком слое меди расчетная ширина дорожек будет большей. Метод изготовления печатных плат - комбинированный позитивный, так как необходимы металлизированные отверстия. Использование этого метода дает возможность выполнить печатный монтаж с высокой разрешающей способностью. Рисунок формируется путем фотолитографии.

Использование SMD элементов для поверхностного монтажа снижает площадь печатных плат. Пайка установленных на плате SMD элементов ведется методом оплавления в печи, остальных (компоненты, монтируемые в отверстия) - волной припоя и индивидуальной пайкой паяльником. Все элементы узла А2 устанавливаются с одной стороны, а у узла А1 разъем смонтирован с противоположной стороны от остальных элементов. Это способствует беспрепятственному доступу к разъемам при подключении шлейфа. Травление плат осуществляется согласно чертежам ПП. После травления плат необходимо провести их лужение припоем ПОС - 61 ГОСТ 21931 - 76. Затем производится покрытие плат маскирующей краской зеленого цвета ФСК3-5 ТУ107-91 БИТС.066629.003ТУ для улучшения коррозионной стойкости элементов монтажа.

3 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

3.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства

Исходные данные для расчета:

К - коэффициент заполнения, К = 2…3, принимаем К = 2;

Суммарная площадь занимаемая радиоэлементами на узле А1 (таблица 1.4), S_У = 990 мм²;

Суммарная площадь занимаемая радиоэлементами на узле А2 (таблица 1.4), S_У = 6095 мм²;

- суммарный объем всех ЭРИ (таблица 1.4), ?V_ЭРИ = 98332 мм³;

- суммарная масса всех ЭРИ (таблица 1.4), ?М_ЭРИ = 335 г;

Находим общую площадь узла А1:

мм², (3.1)

мм².

Согласно ГОСТ 10317-79 принимаем размеры платы 50Ч40 мм.

Находим общую площадь узла А2 по формуле (3.1):

мм².

Согласно ГОСТ 10317-79 принимаем размеры платы 160Ч80 мм.

Коэффициент заполнения устройства по объему:

, (3.2)

где - объем проектируемого устройства, мм³ (габаритные размеры корпуса 250160120 мм³ определены в п. 2 Разработка конструкции изделия);

.

Объемная плотность устройства:

, (3.3)

(г/мм³).

3.2 Расчет параметров электрических соединений

Узел управления прибором (А1) выполнен на двусторонней печатной плате с металлизацией сквозных отверстий из СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,5 мм (толщина фольги - 0,035 мм). ДПП с металлизацией переходных отверстий отличается высокой трассировочной способностью, обеспечивает высокую плотность монтажа элементов и хорошую механическую прочность их крепления, она допускает монтаж элементов на поверхности и является наиболее распространенной в производстве радиоэлектронных устройств.

Точность изготовления печатных плат зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатной платы. В первую очередь это относится к минимальной ширине проводников, минимальному зазору между элементами проводящего рисунка и к ряду других параметров.

По ГОСТ 23.751-86 предусматривается пять классов точности печатных плат, которые обусловлены уровнем технологического оснащения производства. Выбран 4-ий класс точности ОСТ 4.010.022-- 85. Метод изготовления печатной платы - комбинированный [3].

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и кон-структивно-технологический.

Исходные данные для расчета печатного монтажа узла А1:

Диаметры выводов для элементов HG1, HG2, DD1, HL1 и XP1 равны 0,7 мм - 1-я группа; для элементов SA1-SA4 равны 0,8 мм - 2-я группа; для переходных отверстий равны 0,2 - 3-я группа;

1. I_max -- максимальный постоянный ток, протекающий в провод-никах (определяется из анализа электрической схемы), I_max = 0,1 A;

2. Толщина фольги, t = 35 мкм;

3. Напряжение источника питания, U_ип = 5 В;

4. Длина проводника, l = 0,02 м;

5. Допустимая плотность тока, j_доп = 48 А/мм²;

6. Удельное объемное сопротивление с = 0,0175 Ом·мм²/м;

7. Способ изготовления печатного рисунка: комбинированный позитивный.

Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводни-ка по постоянному току для цепей питания и заземления:

, (3.4)

где b_min1 - минимальная ширина печатного проводника, мм;

j_доп - допустимая плотность тока, А/мм²;

t - толщина проводника, мм;

мм.

Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

, (3.5)

где с -- удельное объемное сопротивление [3], Ом·мм²/м;

l -- длина проводника, м;

U_доп-- допустимое падение напряжения, определя-ется из анализа электрической схемы. Допустимое падение напря-жения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем.

мм.

Определяем ширину b_min3, проводников при изготовлении комбинированным позитивным методом, мм:

, (3.6)

где b_1min -- минимальная эффективная ширина проводника b_1min=0,15 мм для плат 4-го класса точности.

мм.

Принимаем b_min = max{b_min1, b_min2, b_min3} = 0,23 мм

Максимальная ширина проводников, мм:

(3.7)

мм.

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:

, (3.8)

где d_э -- максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

Дd_н.о -- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, Дd_н.о = 0,1 мм;

r -- разница между минималь-ным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах от 0,1 до 0,4 мм. Примем r = 0,1 мм.

d1 = 0,7+0,1+0,1 = 0,9 мм;

d2 = 0,8+0,1+0,1 = 1 мм;

d3 = 0,2+0,1+0,1 = 0,4 мм;

Рассчитанные значе-ния d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,3; 1,5 мм. Принимаем для выводов 1-й группы d1 = 0,9 мм; для второй - d2 = 1 мм; для третей - d3 = 0,6 мм.

Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, мм:

, (3.9)

где t -- толщина фольги, мм;

D_1min-- минимальный эффективный диаметр площадки, мм:

, (3.10)

где b_м -- расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [3], b_м=0,025 мм;

дd и др -- допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [3], дd=0,05 мм и др=0,15 мм;

d_max -- максимальный диаметр просверленного отверстия, мм:

, (3.11)

где Дd -- допуск на отверстие, мм, [3], (d?1, Дd=0,05мм; d?1, d=0,1мм).

Для 1-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 2-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 3-й группы:

мм;

мм;

мм.

Максимальный диаметр контактной площадки D_max, мм:

, (3.12)

Для 1-й группы:

мм.

Для 2-й группы:

мм.

Для 3-й группы:

мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:

, (3.13)

где L₀ -- расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L₀ = 1,3 мм;

-- допуск на расположение проводников, мм, =0,03.

мм,

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками, мм:

, (3.14)

мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками, мм:

, (3.15)

мм.

Силовой узел (А2) выполнен на двусторонней печатной плате с металлизацией сквозных отверстий из СФ-2-50-1,5 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,5 мм (толщина фольги - 0,050 мм).

Выбран 3-ий класс точности ОСТ 4.010.022-- 85. Метод изготовления печатной платы - комбинированный [3].

Исходные данные для расчета печатного монтажа узла А2:

Диаметры выводов для элементов С4, С6, С9, С11, С13, С15, С16, XP2 и ZQ1 равны 0,6 мм - 1-я группа; для элементов С14, R14, R24, R25, T1 равны 0,8 мм - 2-я группа; для элементов DA1, DA2, держателей предохранителя, K1, VD16-VD19, VT5-VT10 и XT1 равны 1,3 мм - 3-я группа; переходных отверстий равны 0,3 мм - 4-я группа.

1. I_max -- максимальный постоянный ток, протекающий в провод-никах (определяется из анализа электрической схемы), I_max = 0,7 A - для цепей управления; I_max = 10 А - для силовых цепей питания; I_max = 3,3 А - для цепей силовых транзисторов;

2. Толщина фольги, t = 50 мкм;

3. Напряжение источника питания, U_ип = 20 В - для цепей управления; U_ип = 380 В - для силовых цепей;

4. Длина проводника, l = 0,1 м;

5. Допустимая плотность тока, j_доп = 38 А/мм²;

6. Удельное объемное сопротивление с = 0,0175 Ом·мм²/м;

7. Способ изготовления печатного рисунка: комбинированный позитивный;

Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводни-ка по постоянному току для цепей питания и заземления по формуле (3.4):

для цепей управления:

мм,

для силовых цепей:

мм.

для цепей силовых транзисторов:

мм.

Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем по формуле (3.5):

для цепей управления:

мм,

для силовых цепей:

мм.

для цепей силовых транзисторов:

мм.

Определяем ширину b_min3, проводников при изготовлении комбинированным позитивным методом по формуле (3,6), мм:

b_1min=0,25 мм для плат 3-го класса точности.

мм.

Принимаем для цепей управления b_1min=max{b_1min1,b_1min2, b_min3}=0,37мм; для силовых цепей b_2min = max{b_2min1, b_2min2, b_min3} = 5,2 мм. Для уменьшения ширины печатного проводника силовых цепей коммутация элементов производится с 2-х сторон печатной платы, следовательно ширину проводника можно уменьшить до 2,6 мм; для цепей силовых транзисторов b_3min = max{b_3min1, b_3min2, b_min3} = 1,7 мм..

Максимальная ширина проводников рассчитана по формуле (3.7), мм:

для цепей управления:

мм,

для силовых цепей:

мм,

для цепей силовых транзисторов:

мм.

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий по формуле (3.8) мм:

Дd_н.о = 0,1 мм;

r = 0,1 мм.

d1 = 0,6+0,1+0,1 = 0,8 мм;

d2 = 0,8+0,1+0,1 = 1 мм;

d3 = 1,3+0,1+0,1 = 1,5 мм;

d4 = 0,3+0,1+0,1 = 0,5 мм;

Рассчитанные значе-ния d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,3; 1,5 мм. Принимаем для выводов 1-й группы d1= 0,8 мм; для второй - d2 = 1 мм; для 3-й группы d3 = 1,5 мм; для 4-й группы d4 = 0,5 мм.

Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП по формулам (3,9; 3,10; 3,11), мм:

b_м -- расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [3], b_м=0,035 мм;

дd и др -- допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [3], дd=0,08 мм и др=0,2 мм;

Дd -- допуск на отверстие, мм, [3], (d?1, Дd=0,05мм; d?1Для 1-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 2-й группы:

мм;

мм;

Для 3-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 4-й группы:

мм;

мм;

мм.

Максимальный диаметр контактной площадки D_max определен по формуле (3.12), мм:

Для 1-й группы:

мм.

Для 2-й группы:

мм.

Для 3-й группы:

мм.

Для 4-й группы:

мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой рассчитано по формуле (3.13), мм:

L₀ -- расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L₀ = 1 мм;

-- допуск на расположение проводников, мм, =0,05 [3].

мм,

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками рассчитано по формуле (3.14), мм:

L₀ -- расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L₀ =2,5 мм;

мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками рассчитано по формуле (3.15), мм:

L₀ -- расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L₀=0,9 мм;

мм.

Контактные площадки для поверхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочных размеров. Для конденсаторов размеры контактных площадок 1,2Ч0,8 мм; для элементов R1-R11, R13, R15-R23 - 2Ч0,8 мм; для элементов R12, VD12-VD15 - 1,2Ч1 мм; для диодов VD1-VD11 - 1,2Ч3 мм; для транзисторов VT1-VT4 - 0,8Ч0,8 мм.

Таким образом, параметры печатного монтажа узла А1 отвечают требованиям, предъ-являемым к платам 4-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,9/1,6; для элементов 2-й группы - 1/1,8; для переходных отверстий - 0,4/1. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,3 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой - 0,17 мм; двумя контактными площадками - 0,6 мм; двумя проводниками - 0,24мм.

Параметры печатного монтажа узла А2 отвечают требованиям, предъ-являемым к платам 3-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,8/1,7; для элементов 2-й группы - 1/1,9; для элементов 3-й группы - 1,5/2,4; для переходных отверстий - 0,7/1,2. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,4 мм для цепей управления; 2,6 мм (двухсторонний проводник) для силовых цепей и 1,7 мм для цепей силовых транзисторов, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой - 0,4 мм; двумя контактными площадками - 0,4 мм; двумя проводниками - 0,4 мм.

3.3 Расчет радиатора

В устройстве используются теплонагруженные элементы - силовые ключи (IGBT-транзисторы). Мощность, рассеиваемая на данном транзисторе равна 15 Вт. Максимальная рабочая температура равна 150°С [3]. Для обеспечения нормального функционирования данного транзистора, необходимо использовать радиатор. Далее определены размеры ребристого радиатора для транзистора IRG4BC20KD.

Исходные данные:

предельная температура транзистора t_p = 423 К;

рассеиваемая элементом мощность Р = 15 Вт;

температура окружающей среды t_o = 318 K;

тепловое сопротивление между рабочей областью транзистора и его корпусом R_вн = 0,5° С/Вт;

Перегрев места крепления прибора с радиатором, К:

; (3.16)

где , 1/м² ;

S_k - площадь контактной поверхности (S_k = 1,5·10^-4 м²).

1/м²;

К.

Средний перегрев основания радиатора в первом приближении, К:

; (3.17)

К.

Удельная мощность рассеяния, K/м²:

q = P/S_p; (3.18)

где S_p - площадь основания радиатора (в данном случае задается ориентировочно S_р = 0,0016 м²),

q = 15/0,0016 = 9375 K/м².

По графику рисунка 4.21 [3] определен тип радиатора с учетом того, что площадь его основания равна 0,0016 м².

Выбран ребристый радиатор со следующими геометрическими размерами: размеры основания L₁ = L₂ = 40 мм; высота ребра h = 32 мм; расстояние между ребрами S_ш = 10 мм; толщина ребра д₁ = 1 мм; толщина основания д_о = 5 мм.

Из рисунке 4.24 [3] определен коэффициент эффективной теплоотдачи выбранного радиатора при Дt_s = 63 K:

б_эф = 72 Вт/(м·К).

Средний перегрев основания радиатора во втором приближении, К:

; (3.19)

где

; (3.20)

; (3.21)

л_р - коэффициент теплопроводности материала радиатора (для алюминия л_р = 208 Вт/м·К).

;

;

К.

Уточненная площадь основания радиатора [3], м²:

; (3.22)

м².

Имеем размеры основания радиатора: S_po = L₁·L₂, т. к. высота радиатора ограничена габаритом корпуса указанным в техническом задании (120 мм), то ее значение не может быть больше указанной величины. Принимаем L₁ = 0,12 м. Следовательно, L₂ = S_po/ L₁ = 0,0045/0,12 = 0,037 м. Имеем общую длину радиатора для шести транзисторов 0,037Ч6 = 0,22 м.

3.4 Расчет теплового режима

Исходные данные.

Длина блока L1,м - 0,25;

Ширина блока L2, м - 0,16,;

Высота блока L3,м - 0,12;

Коэффициент заполнения Kз - 0,02;

Мощность расеиваемая в блоке Pз, Вт - 45;

Давление среды H1i=pi, мм.рт.ст - 800;

Мощность рассеевания тепловыделяющего элемента (силовой транзистор) Pэл., Вт - 15;

Максимально допустимая температура тепловыделяющего элемента (силовой транзистор) Тэ.эл1., К - 423;

Максимально допустимая температура элемента (DD1) Тэ.эл2., К - 358;

Максимально допустимая температура для материала корпуса Т_к1, К - 723;

Температура среды Тв., К - 318.

Рассчитывается поверхность корпуса блока:

м², (3.23) где и - горизонтальные размеры корпуса аппарата, м.

- вертикальный размер, м.

м².

Определяется условная поверхность нагретой зоны:

м², (3.24)

где - коэффициент заполнения корпуса аппарата по объему,

Определяется удельная мощность корпуса блока:

Вт/ м² , (3.25)

где Р - мощность, рассеиваемая в блоке, Вт.

Вт/ м²

Определяется удельная мощность нагретой зоны:

Вт/ м², (3.26)

Вт/ м².

Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

, (3.27)

Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

, (3.28)

Находится коэффициент в зависимости от давления среды вне корпуса блока :

, (3.29)

где - давление окружающей среды в Па.

.

Находится коэффициент в зависимости от давления среды внутри корпуса блока :

, (3.30)

где - давление внутри корпуса аппарата в Па.

.

Определяется перегрев корпуса блока:

K, (3.31)

К.

Рассчитывается перегрев нагретой зоны:

К, (3.32)

К.

Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

К, (3.33)

К.

Определяется удельная мощность теплонагруженного элемента:

Вт/, (3.34)

где - мощность, рассеиваемая теплонагруженным элементом (узлом), температуру которого требуется определить, Вт;

- площадь поверхности элемента (вместе с радиатором), омываемая воздухом, . = 0,04 м².

Вт/ м².

Рассчитывается перегрев поверхности элемента:

К, (3.35)

К.

Рассчитывается перегрев среды, окружающей элемент:

К, (3.36)

К.

Определяется температура корпуса блока:

K, (3.37)

где - температура среды, окружающей блок , К.

К.

Определяется температура нагретой зоны:

, K, (3.38)

.

Находится температура поверхности элемента:

К, (3.39)

К.

Находится средняя температура воздуха в блоке:

K, (3.40)

К.

Находится температура среды, окружающей тепловыделяющий элемент:

К, (3.41)

К.

При сравнении расчётных данных с необходимыми условиями: Т_э.эл 1> Т_э.эл2 > Т _в (423>358 >354,5 K),

Т_э.эл 1 > Т _эс(423 >351,5 K),

Т_э.эл 1 > Т _з (423 >368 K),

Т_к1 > T_к (723>341 К).

Подтверждено, что тепловой режим блока собюдается.

3.5 Расчет надежности

Исходными данными для данного расчета является схема электрическая принципиальная устройства «Преобразователь частоты» ПАЛ.437293.001.Э3, а также перечень элементов.

Время наработки на отказ t_з = 5000 ч.

Коэффициенты электрической нагрузки элементов РЭУ:

Активные: 0,6

Резисторы: 0,7

Конденсаторы: 0,8

Другие: 0,8

Средняя температура эксплуатации - 25° С.

Условия эксплуатации - стационарные.

Относительная влажность - до 75%.

Атмосферное давление - от 84 до 107 кПа

В данном расчете учитываются электрический режим и условия эксплуатации элементов, кроме того, принимаются во внимание конструктивные элементы устройства.

1. Используя справочные данные [11], определены поправочные коэффициенты (учитывающие влияние температуры и коэффициента нагрузки-б_1,2; влияние механических воздействий- б₃; влияние относительной влажности- б₄; влияние атмосферного давления- б₅; вносим их в таблицу. Суммарный поправочный коэффициент:

б_У = б_1,2 ? б₃? б₄ ? б₅, (3.42)

Результаты расчета занесены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Суммарный поправочный коэффициент

2. Суммарная интенсивность отказов элементов с учетом коэффициентов электрической нагрузки и условий их работы в составе устройства [11]:

, (3.43)

где л_0j - справочное значение интенсивности отказов элементов j-й группы, j = 1,…, k.

, (3.44)

где л_j(н) - интенсивность отказов элементов j-й группы с учетом электрического режима и условий эксплуатации;

n_j - количество элементов в j-й группе; j=1,…, k;

k - число сформированных групп однотипных элементов;

Результаты расчета занесены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Определение суммарной интенсивности отказов элементов с учетом коэффициентов электрической нагрузки и условий их работы

л_У (v)= 3,35·10^-5 1/ч.

3. Рассчитываем значение времени наработки на отказ:

, (3.45)

ч.

4. Вычисляем вероятность безотказной работы устройства P(tз) в течении заданного времени tз = 5000 ч:

, (3.46)

Т.е. с вероятностью 0,846 данный блок РЭС будет функционировать безотказно в течение 5000 часов.

5. Среднее время безотказной работы устройства (средняя наработка на отказ):

Т_ср = Т₀ = 29850 ч.

6. Вычисляем гамма-процентную наработку до отказа при :

, (3.47)

ч.

Рисунок 3.1 - Зависимость вероятности безотказной работы от времени

3.6 Расчет на механические воздействия

В данном расчёте были использованы следующие величины:

- возмущающая частота f, 10…30 Гц;

- толщина платы h, 0,0015 м;

- модуль упругости Е, 3,2·10¹⁰ Па;

- коэффициент Пуассона н, 0,28;

- декремент затухания Л, 500;

- виброускорение а₀(f), 9,8 м/с²

1. Найдем частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины (печатной платы), закрепленной в четырех точках. [3]

Цилиндрическая жесткость пластины, Н·м:

, (3.48)

Н^.м;

Общий коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины:

(3.49)

где k, , , - коэффициенты, учитывающие способ закрепления сторон пластины (для пластины, жестко закрепленной с большей стороны и закрепленной в трех точках k=15,42, =0, =0,34, =1 [3]);

a, b - длинна и ширина пластины соответственно (0,16Ч0,08), м;

;

Частота собственных колебаний пластины, Гц:

, (3.50)

где М -- масса пластины с элементами, кг (около 0,32 кг.);

, Гц;

2. Коэффициент расстройки:

(3.51)

где f -- частота возбуждения, Гц;

;

3. Показатель затухания:

(3.52)

где Л - декремент затухания;

;

4. Коэффициент передачи по ускорению является функцией координат и может быть определен по формуле:

(3.53)

где К₁(x), К₁(y) - коэффициенты для различных условий закрепления краев пластины (для пластины с одним опертым краем и одним защемленным К₁(x),=К₁(y)=1,3 в точке максимального прогиба - по центру пластины);

;

5. Амплитуда виброперемещения основания, м:

, (3.54)

м;

6. Амплитуда виброперемещения, м:

, (3.55)

, м;

7. Амплитуда виброускорения, м/с²:

, (3.56)

м/с²;

8. Максимальный прогиб пластины относительно ее краев. Для кинематического возбуждения, м:

, (3.57)

, м;

9. Проверяем выполнение условия вибропрочности. Оценка вибропрочности производится по следующим критериям: для ИС, транзисторов, резисторов и других ЭРЭ амплитуда виброускорения должна быть меньше допустимых ускорений для данной элементной базы [3] т.е.:

, м/с² (3.58)

73,5 м/с²;

Для ПП с радиоэлементами должно выполняться условие:

, м (3.59)

где b -- размер стороны ПП, параллельно которой установлены элементы, м;

м;

Таким образом, условия вибропрочности соблюдены. В данной конструкции не требуется применение дополнительных средств защиты от вибрации, усложняющих и удорожающих устройство.

Расчет на воздействие удара.

Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса. Следует отметить, что максимальное воздействие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы [3]. Исходя из этих соображений расчет проведен для импульса прямоугольной формы.

Исходные данные:

- длительность ударного импульса, ф = 10 мс;

- частота собственных колебаний механической системы, f₀ = 190 Гц;

- амплитуда ускорения ударного импульса, H_у = 150 м/с²;

- допустимое ускорение ударного импульса, м/с²;

- максимальная длина ЭРЭ, l = 18 мм.

Условная частота ударного импульса, Гц:

, (3.60)

Гц;

Коэффициент передачи при ударе прямоугольного импульса:

, (3.61)

где н - коэффициент расстройки:

, (3.62)

,

.

Ударное ускорение, м/с²:

, (3.63)

м/с².

Максимальное относительное перемещение:

, (3.64)

.

Проверяется условие ударопрочности по следующим критериям:

для ИС, транзисторов, резисторов и других ЭРЭ ударное ускорение должно быть меньше допустимых ускорений для данной элементной базы:

, м/с² (3.65)

196 м/с²;

для элементов РЭА типа пластин должно выполнятся условие:

, (3.66)

где д_доп = 11 мм [3],

;

для печатной платы с ЭРЭ:

, (3.67)

где b = 0,16 м - размер стороны печатной платы параллельно которой установлены ЭРЭ

.

Таким образом, при воздействии на прибор ударов возникающих в заданных условиях эксплуатации никаких разрушений не произойдет. А следовательно, дополнительные меры по защите устройства от ударов производить нет необходимости.

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Анализ технологичности конструкции изделия

Под технологичностью конструкции (ГОСТ 18831-73) понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий аналогичного назначения при обеспечении заданных показателей качества.

Количественные показатели технологичности конструкций согласно ГОСТ 14.201-73 ЕСТПП классифицируются на:

- базовые (исходные) показатели, регламентируемые отраслевыми стандартами;

- показатели, достигнутые при разработке изделий;

- показатели уровня технологичности конструкции, определяемые как отношение показателей технологичности разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей [12].

Далее произведен расчет технологичности блока частотного преобразователя. Этот блок является электронным устройством, т. к. это блок автоматизированной системы управления:

1. Коэффициент применения микросхем и микросборок:

(4.1)

где Н _{Э МС}- общее число дискретных элементов, замененных микросхемами и микросборками, Н _{Э МС} = 1000;

Н _ИЭТ - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы, Н _ИЭТ = 70.

2. Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

(4.2)

где Н_ММ - количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается осуществить автоматизированным или механизированным способом, Н_ММ = 253;

Н_М - общее количество монтажных соединений, Н_М = 290.

3. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

(4.3)

где Н_{МП ИЭТ} - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов, Н _{МП ИЭТ} = 83;

Н_ИЭТ - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации, Н_ИЭТ = 83.

4. Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

(4.4)

где Н_АРК - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах, Н_АРК = 8;

Н_РК - общее количество операций контроля и настройки (визуальный контроль ПП, входной контроль ИЭТ, визуальный контроль установки ИЭТ, визуальный контроль пайки, выходной контроль печатного узла, настройка схемы перегрузки), Н_РК = 8.

5. Коэффициент повторяемости ИЭТ:

(4.5)

где Н_{Т.ОР.ИЭТ} - количество типоразмеров оригинальных ИЭТ в РЭС, Н_{Т.ОР.ИЭТ} = 0;

Н_Т.ИЭТ - общее количество типоразмеров, Н_Т.ИЭТ = 28.

6. Коэффициент применения типовых технологических процессов:

(4.6)

где Д_ТП и Е_ТП - число деталей и сборочных единиц (ДСЕ), изготавливаемых с применением типовых и групповых ТП, Д_ТП = Е_ТП =1;

Д и Е - общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа, Д = 1.

7. Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

(4.7)

где Д_ПР - детали, изготовленные по прогрессивным ТП, Д_ПР = 1.

Комплексный показатель технологичности:

(4.8)

где ц_i - весовая характеристика i- го коэффициента технологичности, определяется из таблицы 3.2 [12]:

ц₁ = 1; ц₂ = 1; ц₃ = 0,8; ц₄ = 0,5; ц₅ = 0,3; ц₆ = 0,2; ц₇ = 0,1.

Т. к. показатель технологичности больше нормативного (К_Н = 0,7), то конструкция изделия технологична и можно разрабатывать ТП.

4.2 Разработка технологической схемы сборки для узла А2

Технологическим процессом сборки называют совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия. Простейшим сбо-рочно-монтажным элементом является деталь, которая согласно ГОСТ 2101-68 характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений.

Технологическая схема сборки изделия является одним из основных документов, составляе-мых при разработке технологического процесса сборки. Расчленение изделия на сборочные элементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава, при разработке которой руководствуются сле-дующими принципами:

- схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;

- сборочные единицы образуются при условии независимости их сборки, транспортировки и кон-троля;

- минимальное число деталей, необходимое для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;

- минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образова-ния сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;

- схема сборочного состава строится при условии образования наибольшего числа сборочных еди-ниц;

- схема должна обладать свойством непрерывности, т.е. каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей.

Включение в схему сборочного состава характеристик сборки превращает ее в технологическую схему сборки. Применяются схемы сборки «веерного» типа и схема сборки с базовой деталью.

В схеме «веерного» типа стрелками показывают направление сборки деталей и сборочных единиц. Достоинством схемы является ее простота и наглядность, но она не отражает последовательности сборки во времени.

Схема сборки с базовой деталью указывает временную последовательность сборочного процесса. При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, т.е. базовую деталь или сборочную единицу. В качестве базовой выбирают ту деталь, поверхности которой будут впоследствии использованы при установке в готовое изде-лие. В большинстве случаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и другие элементы несущих конструкций изделия. Направление движения деталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую де-таль и изделие, называется главной осью сборки. Точки пересечения осей сборки, в ко-торые подаются детали или сборочные единицы, обозначаются как элементы сбороч-ных операций.

Правильно выбранная схема сборочного состава позволяет установить рациональный порядок комплектования сборочных единиц и изделия в процессе сборки. При переходе от схемы сборочного состава к технологической схеме сборки и расположении операций во времени необходимо учитывать следующее:

- сначала выполняются те операции ТП, которые требуют больших механических усилий и неразъ-емных соединений;

- активные ЭРЭ устанавливают после пассивных;

- при наличии малогабаритных и крупногабаритных ЭРЭ в первую очередь собираются малогаба-ритные ЭРЭ;

- заканчивается сборочный процесс установкой деталей подвижных соединений и ЭРЭ, которые используются в дальнейшем для регулировки;

- контрольные операции вводят в ТП после наиболее сложных сборочных операций и при наличии законченного сборочного элемента;

- в маршрутный технологический процесс вводят также те операции, которые непосредственно не вытекают из схемы сборочного состава, но их необходимость определяется техническими требова-ниями к сборочным единицам, например влагозащита, и т.д [12].

Для определения количества устанавливаемых на одной операции ЭРЭ и ИМС на платы в ходе выполнения сборочных операций необходим предварительный расчет ритма:

, (4.9)

где Ф_д - действительный фонд времени за плановый период, мин.;

N = программа выпуска, шт/г.

Действительный фонд времени рассчитывается:

, (4.10)

где Д - количество рабочих дней в году, Д = 250 дней;

S - число смен, S = 1;

t - продолжительность рабочей смены, t = 8 ч;

К_{рег.пер.} - коэффициент, учитывающий время регламентированных перерывов в работе, К_{рег.пер.}=0,94 … 0,95.

Ф_-Д=250180,9560=114000 мин.

Программа выпуска:

, (4.11)

где - коэффициент технологических потерь, принимаем равным 1,5%;

N_в=200000 - заданная по ТЗ программа выпуска, шт.

шт.

мин/шт.

Количество элементов, устанавливаемых на i-й операции, должно учитывать соотношение:

, (4.12)

где T_i - трудоемкость i-ой операции сборки.

Далее разработана технологическая схема сборки узла А2, т.к. он является наиболее сложным в данной конструкции.

При разработке данного устройства выбрана технологическая схема сборки с базовой деталью. Базовой деталью является плата печатная, на нее, в дальнейшем будут монтироваться ЭРЭ.

Последовательность сборки будет следующей. Расконсервация печатной платы, визуальный осмотр качества печатного монтажа (при наличии дефектов на поверхности платы необходимо провести ее отбраковку). Нанесение паяльной пасты ПЛ-111 АУЭЛ.033.012 ТУ. Далее производится установка элементов поз. 2-4, 8-10, 17, 18, 21-25, 29, 33 согласно сборочному чертежу ПАЛ 302822.001 СБ, после чего необходимо провести визуальный контроль правильности установки элементов и пайку оплавлением в печи. Следующим этапом является визуальный контроль качества пайки. Далее производится установка навесных элементов поз. 6, 7, 12, 13, 15, 16, 26-28, 30, 32 в соответствии с требованиями по ПАЛ 302822.001 СБ, визуальный контроль правильности установки элементов, пайка волной припоя ПОС - 61 ГОСТ 21931-73. Визуальный контроль качества пайки, при наличии непропаев, перемычек между элементами печатного монтажа и других дефектов их необходимо устранить при наличии такой возможности, в противном случае отбраковать изделие. Далее необходимо произвести установку и пайку паяльником элементов поз. 5, 11, 14, 19, 20, 31 и 34 припоем ПОС - 61 ГОСТ 21931-73; визуальный контроль качества пайки. Покрыть лаком УР-231 ТУ 6-10-863-76 по ОСТ 92-1709-81. Настроить подстроечный резистор R12 таким образом, чтобы схема защиты по перегрузке срабатывала при токе на выходе не более 3,3 А. Контролировать правильность функционирования устройства на автоматическом стенде.

4.3 Выбор типового технологического процесса сборки и монтажа узла А2

Целью разработки технологического маршрута является установление временной последовательности технологических операций, определяющих вариант организационной структуры ТП. Разработка маршрутной технологии осуществляется в следующей последовательности:

Определяется (ориентировочно) тип производства.

Проводится выбор технологического метода изготовления или сборки с учётом типа производства.

3.Определяется состав технологических операций и выявляется последовательность их осуществления во времени.

Проектирование технологического процесса начинается с составления маршрутной технологии сборки на основе анализа технологической схемы сборки. Разработка маршрутной технологии включает в себя определение групп оборудования по операциям, а также технико-экономических данных по каждой операции.

Разработка маршрутной технологии проводится для изделий, конструкция которых отработана на технологичность.

При разработке маршрутной технологии необходимо руководствоваться следующим:

1. При поточной сборке разбивка процесса на операции определяется ритмом сборки, причем время, затрачиваемое на выполнение каждой операции, должно быть равно или кратно ритму;

2. Предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;

3. На каждом рабочем месте должна выполнятся однородная по характеру и технологически законченная работа;

4. После наиболее ответственных операций сборки, а также после регулировки или наладки предусматривают контрольные операции;

5. Применяют более совершенные формы организации производства - непрерывные и групповые поточные линии, линии и участки гибкого автоматизированного производства (ГАП) [12].

Выбор конкретного варианта ТП проводится на основе анализа типового технологического процесса с учётом специфики производства изделия. Типовой процесс сборки и монтажа узла РЭА на ПП включает в себя следующие операции:

Входной контроль - это проверка поступающих на завод-потребитель комплектующих по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. Необходимость входного контроля вызвано ненадежностью выходного контроля на заводе-изготовителе, а также воздействиями различных факторов при транспортировании и хранении, которые приводят к ухудшению качественных показателей готовых изделий.

Распаковка из первичной тары поставщика. С завода-изготовителя комплектующие поступают в разнообразной таре-упаковке. Большая часть ее рассчитана на загрузочные узлы сборочных автоматов, в которых осуществляется извлечение элементов из тары и сборка на ПП. Однако значительное число ЭРИ поступает в таре, из которой их необходимо переложить в промежуточную тару-кассету.

Формовка выводов - это операция гибки выводов электрорадиоизделий для придания им конфигурации, определяющей положение корпуса элемента относительно печатной платы.

Обрезка выводов. С завода-изготовителя ЭРИ приходят с удлиненными выводами. Обрезать их в соответствии с чертежом можно на разных этапах технологического процесса: сразу же после формовки, перед формовкой или, например, после сборки компонентов на ПП (этот вариант обеспечивает групповую обработку).

Лужение выводов. Основное назначение этой операции - обеспечение хорошей паяемости выводов, так как горячее покрытие оловянно-свинцовым сплавом улучшает паяемость по сравнению с другими способами и покрытиями и сохраняет ее в течение года и более. Элементы, используемые при сборке данного устройства поступают с заводов изготовителей с уже лужеными выводами.

Комплектование групп - заключается в доставке на рабочие места необходимого количества ЭРИ перед монтажом.

Подготовка поверхности ПП. Обычно ПП поступают на сборку подготовленными к монтажу, с нанесенным консервирующим покрытием. Поэтому, перед сборкой производят расконсервацию платы и проверку паяемости. Однако при длительном хранении плат их качественные показатели ухудшаются. В этом случае производят горячее лужение или оплавление ПП

Нанесение паяльной пасты. Паяльную пасту можно наносить через трафарет и через специальные дозаторы. В нашем случае паста наносится с помощью автоматического дозатора.

Установка SMD элементов.

Контроль качества установки элементов. Производится визуально, если какие либо элементы установлены не в соответствии со сборочным чертежом, то производится переустановка элемента.

Пайка. Способы пайки бывают контактные (паяльником) и бесконтактные (лазером, концентрированными потоками энергии и др.), групповые и последовательные, импульсные (за доли секунды) и обычные (2-3 сек.). Пайка поверхностно-монтируемых элементов осуществляется ИК-излучением в модуле ИК-обработки.

Контроль пайки. Выявление дефектов паяных соединений может производиться визуальным осмотром или с помощью таких способов, как тепловой контроль, контроль по току, рентгенотелевизионный контроль и др.

Сборка навесных компонентов на ПП. Состоит из подачи их к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, сопряжением со сборочными элементами и фиксации в требуемом положении. Фиксация может производиться подгибкой выводов после их введения в монтажные отверстия, а также легкоплавкими жидкостями - припоем или органическим составом. Развитие элементной базы потребовало в отдельных случаях введение приклейки компонентов, так как в условиях механических воздействий прочность паяных соединений, выводов элементов может оказаться недостаточной для удержания компонентов на ПП.

Контроль правильности установки компонентов на ПП. Производится визуально или с помощью автоматических оптических тестеров.

Пайка. Способы пайки бывают контактные вручную и групповые. В нашем случае для пайки навесных элементов используется пайка волной припоя, а для пайки конденсатора поз. 11, выпрямительного моста, реле, клемной колодки, держателей предохранителя и разъема - ручная пайка паяльником.

Контроль пайки. Выявление дефектов паяных соединений может производиться визуальным осмотром или с помощью таких способов, как тепловой контроль, контроль по току и др.

Промывка. Для очистки печатных узлов от остатков флюса применяют следующие методы: ручная и механизированная очистка щетками, химическое и электрохимическое обезжиривание, струйная промывка, ультразвуковой метод, вибрационный метод. Для очистки применяют такие жидкости как трихлорэтилен, хладон-113, спирто-бензиновая смесь и т.д.

Лакирование печатного узла с целью влагозащиты.

Настройка подстроечных элементов. В данном случае необходимо произвести настройку резистора R12.

Выходной контроль печатного узла. На данной операции выявляют различные внешние дефекты и контролируют параметры изделий с помощью КИП или на специальных стендах.

4.4 Выбор технологического оборудования и оснастки и

анализ варианта маршрутной технологии сборки и монтажа изделия

Определим тип производства исходя из программы выпуска изделий. При объеме выпуска 100 - 1000 тыс. шт. тип производства является крупносерийным [13]. В нашем случае (при программе выпуска 203 тыс. шт.) производство крупносерийное.

Выбор технологического оборудования согласно ГОСТ 14.304-73 ЕСТПП проводится путем анализа затрат на реализацию технологического процесса в установленный промежуток времени при заданном качестве изделия [12].

При сборке разрабатываемого узла будет использовано следующее оборудование:

1. Нанесение паяльной пасты настольным автоматом дозирования серии DispenseMate 550. Максимальная производительность 12000 доз в час; Максимальная рабочая область: 553 - 325 х 325 мм; Возможность оснащения широким спектром дозирующих головок; Программное обеспечение Fluidmove для WindowsNT; Возможность установки автоматической системы шаблонного распознавания.

2. Установка поверхностно монтируемых элементов на автомате установки компонентов, модели BS390N-L20. Производительность до 5500 комп./час с 2 установочными головками (BS390N2-L20); возможность доработки автомата с 1 установочной головкой до 2 головок; ПО под Windows-2000.

3. Пайка в печи конвекционного оплавления AUTOTRONIK, BS3020. Полностью конвекционная система оплавления; 4 управляемые температурные зоны; ширина ПП до 365 мм; исполнение с прозрачным верхом; встроенный термопрофиль; управление от компьютера.

4. Установка навесных ЭРЭ на радиальном монтажном автомате-секвенсере модели 6380B RADIAL 8XT. Паспортная производительность в 2800 компонентов в час. При монтаже выводных компонентов возможен контроль электрических параметров радиоэлемента непосредственно перед переклейкой, что исключает установку неверного типономинала (опция верификатора компонентов (component verifier)). Диаметры выводов устанавливаемых элементов от 0,2 до 1,5 мм. Максимальные габаритные размеры устанавливаемых элементов до 50 мм. Максимальные габаритные размеры печатной платы: ширина до 250 мм; длинна до 450 мм.

5. Пайка элементов волной припоя на установке HS02-3000. Максимальная ширина печатной платы 250 мм. Пенный флюсователь и паяльная ванна выполнены из нержавеющей стали. Микропроцессорная система управления.

6. Отмывка плат после пайки в системе ультразвуковой отмывки S-PoweR. Система S-PoweR представляет собой ванну с встроенным нагревателем, обеспечивающим подогрев промывочной жидкости в диапазоне температур от 20 до 80°С и ультразвуковым генератором, мощность которого регулируется в пределах от 50 до 100%. Изделия помещают в ванну в специальной корзине, которая входит в комплект поставки системы.

7. Нанесение защитного покрытия на установке Century® C-740. Она предназначена для селективного нанесения различных влагозащитных материалов в условиях серийного производства. Установка оснащена конвейером и может быть встроена в линию [14].

Проведем анализ варианта маршрутной технологии сборки и монтажа изделия.

Таблица 4.1 -Вариант маршрутной технологии