Курсовойпроект
по курсу “Конструирование РЭУ”на тему: “Проектирование эквалайзера сактивными фильтрами”
СодержаниеВведение1. Анализтехнического задания, электрической схемы и оценка элементной базы2. Расширенноетехническое задание
3. Разработкаконструкции
4. Конструкторскиерасчеты
4.1 Расчетобъемно-компоновочных характеристик устройства
4.2 Расчетпараметров электрических соединений
4.3 Расчеттеплового режима
4.4 Расчет намеханические воздействия
4.5 Расчетнадежности
4.6 Расчетпоказателей качества
Выводы изаключения
Литература
Введение
Конструирование – логический мыслительный процесс (не исключающийэлементов интуиции — «озарения»).
Основы структуры конструирования как процесса – связь между ТЗ инаилучшим его вариантом (решением) – которая позволяет определять основныеположения для подразделения существенных рабочих этапов конструирования:
а. В ТЗ содержаться (в явной или не явной форме) необходимые и достаточныеданные для всех возможных решений;
б. Каждое отдельное решение является комбинацией функционирующих элементов(ТР), характеризуемых определенным действием;
в. Каждое решение имеет недостатки (ошибки), число которых возможноминимизировать;
г. ТР с минимальным числом недостатков является оптимальным.
Эти положения определяют строгую (единственно возможную)последовательность действий при конструировании объектов: повторения (возвраты)допустимы и необходимы.
Отсюда следует основные этапы конструирования как процесса:
1. Проанализировать ТЗ.
2. Выявить ТР, целесообразные комбинации которые дают все возможныерешения задачи
3. Найти содержащиеся в каждом решении недостатки и принять меры куменьшению их количества (ошибки должны быть исключены полностью) или ихдействия (Улучшенные рабочие принципы).
4. Выявить ТР с минимальным числом недостатков – путем сравнительнойоценки (Оптимальный рабочий принцип).
5. Изготовить КД для практической реализации объекта.
Основные требования к объекту, которые должны обеспечивать максимальноеего соответствие конкретным условиям применения:
— соответствие своему назначению и высокая производительность; высокое качество,надежность и ремонтопригодность. Результат выполнения этих требований –обеспечение назначенного (гарантийного) ресурса;
— удобство применения, функциональные свойства, необходимые длявыполнения нужных операций; (специализация или универсальность)
— соответствие конструкции объекта условиям изготовления его конкретнымитехнологическими способами, на конкретном производстве в конкретном количестве.(Литье, штамповка, сварка и т.д.; – единичное – серийное – массовое; одно –серия (и) – много).
— возможность изготовления объекта на конкретной производственной базепредприятия–изготовителя с минимальными затратами (конструктор должен учитыватьимеющиеся оборудование, инструмент, оснастку для изготовления, сборки иконтроля; квалификацию персонала и состояние технологической дисциплины ит.п.).
– соответствие конкретным условиям технологической подготовкипроизводства (это – материалы, полуфабрикаты, заготовки их наличие идефицитность).
— соответствие требованиям СТ (ГОСТ, ОСТ, СТП), ТУ, правил, инструкций, норм,так называемые нормативно–технические материалы
– КД на объект должен соответствовать требованиям ЕСКД.
В процессе изучения и анализа ТЗ конструктор:
– наводит справки;
– знакомится с литературой;
– изучает чертежи, приложенные к ТЗ, и аналогов;
– уточняет ТТ к объекту и выясняет ограничения (условия, которыеобязательно должны быть соблюдены при решении задачи).
При Выявлении ТР Рекомендуется руководствоваться следующимисоображениями:
– следует идти от необходимого к желаемому, а от желаемого к допустимому.
— качество конструкции объекта зависит от качества идеи или принципа,использованного в ТР объекта. Следует находить побольше ТР для выборанаилучшего; разрабатывать варианты известных ТР; стремиться выяснить всенеобходимые детали, способные повлиять на конструируемый объект.
— оценивать сравнительную важность каждого варианта, чтобы облегчитьвыбор оптимального или создать компромиссный. Избегать поспешных решений ичрезмерного влияния авторитетных решений. Правильно оценивать результаты расчетови рационально их использовать.
– добиваться простоты конструкции. Например, если предполагается ввестиновый узел или изменить уже существующий, надо уточнить, нельзя ли вообщеобойтись без них.
— избегать сложных, многодетальных конструкций. Не использовать вконструкции объекта элементы (узлы и механизмы), работоспособность которыхсомнительна и требует экспериментальной проверки.
– Улучшение конструкции по некоторым параметрам за счет ухудшениякачества, надежности и безопасности работы ее недопустимо.
Требования предъявляемые к конструкции обычно противоречивы. Поэтому,улучшая один параметр объекта, конструктор влияет на др., нередко ухудшая их.Важно оценить эти влияния, принимая компромиссное решение, которое в конкретномслучае будет оптимальным.
При оценки требований, предъявляемых к объектам разработки, необходимоучитывать следующее:
– уменьшение массы объекта вызывает уменьшение прочности и жесткости.
– компактная, малогабаритная конструкция влечет за собой улучшениеусловий сборки, обслуживания, регулировки и ремонта.
– применение дешевых материалов вызывает ухудшение прочности,износостойкости и долговечности.
– создание простой конструкции объекта накладывает ограничения натехнические и технологические возможности его работы.
– увеличение скорости действия механизма приводит к росту инерционных сили нагрузок на детали и узлы.
– разбивка конструкции на модули (узлы) для облегчения организации ихсборки (или транспортировки) ведет к уменьшению жесткости конструкции, повышаеттрудоемкость сборки.
– создание конструкции для разных режимов работы и разных операций(универсальной) наносит экономический ущерб при эксплуатации объекта на однойоперации.
Для нахождения лучшего конструктивного решения конструктор должен создатькак можно больше вариантов конструкции, т.к. в каждом варианте возможно решениетех или иных вопросов в разной степени.
Методы, которые активизируют и направляют творческое мышление на путисоздания новых, нешаблонных, нестандартных решений:
— инверсия (сделай наоборот) – метод получения нового ТР путем отказа оттрадиционного взгляда на задачу. При этом взгляд на задачу осуществляетсяобычно с диаметрально противоположной позиции. Если говорить об элементахобъект, то они обычно меняются местами;
— аналогия (метод прецедента) – использование ТР из др. областей науки итехники. Аналогичные решения, используемые для решения инженерных задач, могутбыть заимствованы из живой природы как конструкции и элементы биомеханики.
— эмпатия – отождествление личности конструктора с объектом разработки,т.е. элементом или процессом: «вхождение в образ». Этот методприводит к новому взгляду на задачу;
— комбинирование – использование в конструкции в разном порядке и вразных сочетаниях отдельных ТР, процессов, элементов. При этом можно найти новоекачество, дополняющий положительный эффект;
— компенсация – уравновешивание нежелательных и вредных факторовсредствами противоположного действия;
намизация – превращение неподвижных и неизменных элементов конструкции вподвижные и изменяемой формы;
— агрегатирование – создание множества объектов или их комплексов,способных выполнять различные функции, либо существовать в различных условиях.Достигается путем изменения состава объекта или структуры его составных частей.
— компаундирование – состоит в том, что для увеличения производительностипараллельно соединяются два технических объекта. Соединение производитсяразличными приемами:
а) блочно–модульное конструирование – предусматривает создание изделий наоснове модулей и блоков. Модуль – составная часть изделия, состоящаяпреимущественно из унифицированных или стандартных элементов различногофункционального назначения;
б) резервирование (дублирование) – увеличение числа технических объектовдля повышения надежности изделия в целом;
в) мультипликация – повышение эффективности за счет использованиянескольких рабочих органов, выполняющих одни и те же функции (по местам;многодетальная обработка; многоэтажные конструкции; многослойные конструкции ит.п.);
г) метод расчленения – заключается в мысленном разделении традиционныхтехнических объектов с целью упрощения выполняемых или функций и операций;
д) секционирование предполагает дробление ТО на конструктивно подобныесоставные части – секции, ячейки, блоки, звенья;
е) ассоциация – использование свойства психики при появлении однихобъектов в определенных условиях вызывать активность других, связанных спервыми. Совпадение определенных признаков разных объектов позволяет найтинехарактерные решения;
ж) идеализация – падение реальных объектов нереальными, неосуществимымисвойствами и изучение их как идеальных (точка, линия, абсолютно твердое(черное) тело и др.). Этот метод позволяет значительно упростить сложныесистемы, обнаружить существенные связи и применить математические методыисследования;
з) перенос свойств (или метод «фокальных» объектов) –конструируемый объект помещают в «фокус» внимания и переносят на негосвойства или функции нескольких произвольно выбранных объектов.
1. Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементнойбазы
Современная аудиоаппаратура и акустические системы в полной мереобеспечивают высококачественное воспроизведение звука лишь в специальнооборудованном помещении, предназначенном для прослушивания музыки. Большинствоже жилых помещений, особенно небольших размеров, непригодно для этой цели. Влюбой точке подобных помещений имеет место такое явление, как интерференция(сложение с разными фазами) звуковых волн, пришедших непосредственно отакустических систем и отраженных от стен, потолка, пола, мебели. При этом нанекоторых частотах возникают стоячие волны — пучности и провалы интенсивностизвука с неравномерностью до 20 дБ, что вызывает необходимость регулировки АЧХаудиосистемы в определенных полосах частот.
Недостаточная звукоизоляция помещения приводит к тому, что прослушиватьзвуковые программы приходится с уровнем, значительно сниженным по отношению ктому, на котором они формируются (примерно 90 фон). В результате, длясохранения тембра звучания требуется подъем уровня громкости на частотах ниже200 и выше 5000 Гц. Соответствующая компенсация, которую вводят в регуляторыгромкости, как правило, бывает неполная.
Регулирование АЧХ необходимо и для решения других задач: корректированиязвучания фонограмм невысокого качества и погрешностей АЧХ аппаратуры, компенсированиявозрастных изменений слуха, подбора тембрального звучания по вкусу слушателя.Для этого применяются эквалайзеры.
Эквалайзеры пользуются заслуженной популярностью у любителейзвуковоспроизведения. Только эти устройства позволяют существенно менятькачество акустического звукового сигнала и тем самым исправлять некоторое«несовершенство» тракта источник сигнала — усилитель — акустика с учетоминдивидуального восприятия конкретного слушателя. Регулируя коэффициентпередачи эквалайзера на выбранных частотных интервалах звукового сигнала, можнодобиться улучшения звуковоспроизведения даже аппаратов среднего уровня, в томчисле и монофонических конструкций.
Применение в эквалайзерах активных полосовых фильтров позволяет увеличитьэквивалентную добротность фильтров, а значит, уменьшить их полосу пропускания иувеличить крутизну спада. Это в свою очередь позволяет увеличить количестворегулируемых интервалов и сконструировать так называемый графическийэквалайзер.
Вариант исполнения устройства — стационарная РЭА, работающая на открытомвоздухе, что соответствует:
работе на открытом воздухе со следующими климатическими условиями: диапазонтемператур от 233до 333К; влажность 93 %; удары отсутствуют, вибрация от 10 до30Гц, виброускорение 19,6 м /с2, пониженное атмосферное давление 61 кПа;
отсутствием механических перегрузок во время работы;
транспортированием в амортизирующей упаковке;
хранением в складских условиях в климатических зонах изготовителя ипотребителя.
При конструировании такой аппаратуры возникает общая задача защиты отвибрации, ударов, пыли в условиях нормального атмосферного давления.
Данный вариант — эквалайзер с семью полосами и глубиной регулирования ±15дБ на всех частотах. Операционный усилитель DА1выполняет роль нормирующего усилителя. В цепи обратной связи операционногоусилителя DA2 включены семь фильтров с центральными частотами 40, 100, 270,700, 2000, 5000, 12 500 Гц. Ширина полосы фильтра определяется параметрамидвухзвенной RС-цепи.
При проектировании возникает задача выбора ЭРЭ. Основными параметрамивыбора является: номинальные значения соответствуют схеме электрическойпринципиальной, а условия эксплуатации должны соответствовать ТУ.
Поскольку данное устройство относится к классу бытовой аппаратуры, то вкачестве разъема для подведения питания выбран стандартный разъем А16М500; вкачестве разъемов для входного и выходного сигнала – А10F330(разъем типа “Jack”).
Регулировку коэффициента передачи в отдельных полосах производятпеременными резисторами, поэтому для удобства использования эквалайзеравыбираются переменные резисторы серии SL-30V1 (с линейным регулятором, так что положение их движков напанели регулировок наглядно отражает форму АЧХ).
Для сохранения стереобаланса при любом положении регуляторов необходимо,чтобы значения резонансной частоты и добротности фильтров в левом и правомканалах отличались друг от друга не более чем на 5 %. Отличие их от расчетныхзначений менее существенно. Для этого в устройстве используются пассивныекомпоненты с малым допуском (танталовые чип конденсаторы и толстопленочные чипрезисторы).
Для уменьшения массы и габаритных размеров готового устройства выбираютсяпланарные корпуса микросхем мА741, R01374 и вМ324.
2. Расширенное техническое задание
Наименование изделия: «Эквалайзер с активными фильтрами».
Эквалайзер представляет собой многополосный регуляторы тембра,позволяющий осуществлять одновременную и взаимонезависимую регулировку нанескольких частотах, предназначен для формирования нужной амплитудно-частотнойхарактеристики.
Основные параметры РЭА, влияющие на конструкцию прибора: напряжениепитания (плюс 5В); Номинальная величина входного сигнала 250 мВ. центральныечастоты фильтров: 40, 100, 270, 700, 2000, 5000, 12 500 Гц; глубинарегулирования ±15 дБ.
Конструкция должна обеспечивать необходимый уровень стандартизации иунификации.
При проектировании должны учитываться требования к внешнему виду изделия,определяемые правилами технической эстетики и условиями эксплуатации. Формаизделия прямоугольная, корпус из лёгкого и прочного сплава алюминия с покрытиемчёрного цвета. Габаритные размеры корпуса определяются размерами печатной платы.
Данный прибор относится к стационарной РЭА, работающей на открытомвоздухе, что соответствует 2 группе по ГОСТ16019-78. Характеристики внешнихвоздействий одинаковы для режимов хранения, перевозки и работы: диапазонтемператур от 233до 333К; влажность 93%; удары отсутствуют, вибрация от 10 до30Гц, виброускорение 19,6м/с2, пониженное атмосферное давление 61кПа.
При конструировании должны учитываться требования эргономики кконструкции РЭА. Она должна быть приспособлена к эксплуатациинеквалифицированным человеком. С этой целью корпус должен быть снабжён всеминеобходимыми переключателями, расположенными на видном и легкодоступном месте снадписями, объясняющими их назначение. Все токоведущие части аппаратуры должныбыть надёжно изолированы от случайного контакта с человеком.
Среднее время наработки на отказ должно быть не менее 10 тысяч часов.
Гарантийный срок эксплуатации 2 года. Запасной инструмент и приспособленияне предусматриваются.
При конструировании должна быть обеспечена возможность использованияприбора как законченной функциональной части.
3. Разработка конструкции
На этапе предварительной компоновки определена необходимость разработкипечатной платы, схемы электрической принципиальной и ее размеров. Основнымикритериями размещения ИС и ЭРЭ на печатной плате являются: плотность тепловогорежима, равномерное распределение масс элементов по поверхности платы.
Установка корпусных микросхем и ЭРЭ должна производиться в соответствии сОСТ 4.ГО.010.030 для соответствующих групп эксплуатации РЭА. После трассировкиплаты производится расчёт минимальных необходимых размеров элементовпроводящего рисунка печатной платы с учётом протекающих токов. Определяютсядиаметры контактных площадок, ширина проводников и зазора между ними, а такжезазоры между проводниками и контактными площадками. С помощью электромагнитнойсовместимости определяется помехоустойчивость платы.
На следующем этапе расчётов определяется прочность ячейки в условияхмеханических воздействий: вибрации. При необходимости следует ввестидополнительную защиту, например, амортизаторы. Для защиты от влаги печатныхпроводников применяют органические лаки УР-231, обеспечивающие твёрдое, прочноепокрытие от минус 60 до плюс 1200С.
Корпус является основным элементом при функционально-блочномконструировании. Масса несущих конструкций составляет примерно 70 процентовобщей массы аппаратуры. Поэтому желательно придерживаться следующих требований:
а. упростить несущую конструкцию до наименьшего числа деталей;
б. широко применять лёгкие сплавы и пластмассы;
в. использовать гальванические и лакокрасочные покрытия, имеющиеминимальную массу.
Особое внимание уделяется вопросам выбора технологического вариантаисполнения конструкции, выбора марки материала, выбора метода осуществленияразъёмных и неразъёмных соединений. Исходя из этих требований выбираетсяалюминиевый сплав с кремнием и медью, который хорошо обрабатывается резанием,коррозионная стойкость удовлетворительная и по техническим характеристикамподходит для изготовления корпусов приборов. Для придания сплаву повышеннойкоррозийной стойкости будет применяться покрытие из анилинового красителячёрного цвета, что позволяет улучшить теплоотдачу излучением.
Крепление платы к корпусу осуществляется креплением разъемов в пазы иприкручиванием переменных резисторов к лицевой панели. Винтовое соединениеудовлетворяет требованиям прочности, а также простоты разборки изделия принеобходимости.
Следующий шаг – проектирование конструктивных элементов защиты блока РЭАот механических воздействий: выбор и расчёт системы амортизации. Выбираемсистему размещения амортизаторов и их число, типы амортизаторов, способыпредохранения крепёжных изделий от самоотвинчивания; способы повышенияжёсткости элементов конструкции.
Далее производится выбор конструктивных элементов электрического монтажа:
— выбор способа обеспечения электрических соединений;
— выбор припоя и флюса;
— выбор марки материала, сечения жилы, вида изоляции монтажных проводов.
4. Конструкторские расчеты
4.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства
а) Рассчитываем площадь печатной платы />, мм2 по формуле:
/>(1)
где: Кs – Коэффициент запаса;
Ks = 2;
Kn– коэффициент использования площади;
Kn= 2;
Sустi – установочнаяплощадь i–го элемента, мм2;
Sуст1=8,0 – установочная площадь резистора;
Sуст2=12,0 – установочная площадь конденсатора;
Sуст3=446,5 – установочная площадь переменногорезистора;
Sуст4=121,0 – установочная площадь микросхемымА741;
Sуст5=40,0 – установочная площадь микросхемы R01374;
Sуст6=72,0 – установочная площадь микросхемывМ324;
Sуст7=150,0 – установочная площадь разъемаА16М500;
Sуст8=450,0 – установочная площадь разъема А10F330;
Ki – число элементов i–готипоразмера;
K1=35 – число резисторов;
K2=17 – число конденсаторов;
K3=7 – число переменных резисторов;
K4=1 – число микросхем мА741;
K5=1 – число микросхем R01374;
K6=7 – число микросхем вМ324;
K7=1 – число разъемов А16М500;
K8=2 – число разъемов А10F330;
n – число используемых типоразмеров;
n=8;
/>
Учитывая площадь защемленной зоны платы(Sз=1982, мм2)выбираем площадь платы и линейные размеры равные 26400 мм2 и 120´220 мм соответственно.
б) Рассчитаем коэффициент заполнения объема устройства Kn по формуле:
/>(2)
где: Vуст – установочный объем устройства, мм3;
Vуст=396000;
Vустi – установочныйобъем i–го типоразмера, мм3;
Vуст1=8,0;
Vуст2=19,2;
Vуст3=6697,5;
Vуст4=242,0;
Vуст5=80,0;
Vуст6=144,0;
Vуст7=1620,0;
Vуст8=6750,0;
/>
в) Рассчитаем объемную массу устройства g, г/см3;
/>(3)
где: MЭi – масса i–го элемента, г;
MЭ1=2,30;
MЭ2=2,10;
MЭ3=1,90;
MЭ4=1,80;
MЭ5=1,57;
MЭ6=1,50;
MЭ7=8,00;
MЭ8=8,30;
/>
Исходя из сделанных расчетов, можно считать, что устройство разработанокорректно.
4.2 Расчет параметров электрических соединений
Для изготовления печатной платы применяем стеклотекстолит СФ-1-35 ГОСТ10376-78.
Поскольку в схеме применяются поверхностно монтируемые компоненты (ЧИП — компоненты), то выбираем четвертый класс точности изготовления.
а) Определим минимальную ширину печатного проводника bmin1,мм:
/>(4)
где: Imax – максимальный постоянный ток,протекающий в проводниках, А;
Imax = 0,5 (исходя из анализа схемы электрическойпринципиальной);
jдоп – допустимая плотность тока, А/мм2;
jдоп=20 (для проводников толщиной 35 мкм,полученных комбинированным методом);
t – толщина проводника;
t=0,035;
/>.
б) Определим минимальную ширину проводника исходя из допустимого падениянапряжения bmin2, мм по формуле:
/>(5)
где: r — удельное объемноесопротивление, для плат изготовленных комбинированным методом, Ом´мм2/м;
r=0.05;
l – длинна проводника, м;
l=0.33;
Uдоп – допустимое падение напряжения, В;
Uдоп=0,5;
/>
в) Определим номинальное значение диаметров монтажных отверстий d, мм по формуле:
/>(6)
где: dэ – максимальный диаметр выводаустанавливаемого элемента, мм;
dэ=1,4;
dно- нижнее предельное отклонение от номинальногодиаметра, мм;
/>;
r — разница между минимальным диаметром отверстияи максимальным диаметром вывода, мм;
r=0.1;
/>
г) Определим максимальное значение диаметров монтажных отверстий />, мм поформуле:
/>(7)
/>
Исходя из данных расчетов, выбираем отверстие диаметром />=1,7 мм.
д) Рассчитаем минимальный эффективный диаметр контактных площадок D1min, мм по формуле:
/>(8)
где:
/> -расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм;
/>=0,035;
/> и /> - допуски нарасположение отверстий и контактных площадок, для плат изготовленных почетвертому классу точности;
/>=0.20;
/>=0.08;
/>
е) Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки Dmin,мм по формуле:
/>(9)
где: hф — толщина фольги, мм;
hф=0,02;
/>
ж) Рассчитаем максимальный диаметр контактной площадки Dmax,мм по формуле:
/>(10)
/>
и) Определим минимальную ширину проводников bmin,мм по формуле:
/>(11)
где: />=0.15,мм (для плат четвертого класса точности);
/>.
к) Определим минимальную ширину проводников bmin,мм по формуле:
/>(12)
/>
Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.
л) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой /> определяетсяпо формуле, мм:
/>(13)
где: L0 – расстояние между центрамирассматриваемых элементов, мм;
L0=3,75;
/> -допуск на расстояние и расположение проводников, мм;
/>=0.1;
/>
м) Минимальное расстояние между двумя контактными площадками S2min, мм определяется по формуле:
/>(14)
/>
н) Минимальное расстояние между двумя проводниками S3min, мм определяется по формуле:
/>(15)
/>
Втаблице 1 приведены параметры отверстия с диаметром 1,7 мм
Таблица 1 – диаметры отверстийДиаметр вывода, dэ, мм d, мм dmax, мм D1min, мм Dmin, мм Dmax, мм 1.40 1.60 1.80 2.33 2.36 2.4
4.3 Расчет теплового режима
Исходными данными для проведения теплового расчета являются следующиевеличины:
а. длинна блока L1=0.22 м;
б. ширина блока L2=0.12 м;
в. высота блока L3=0.02 м;
г. коэффициент заполнения Кv=0.167;
д. мощность, рассеиваемая в блоке P=9 Вт;
е. давление вне корпуса блока Рн=101316 Па;
ж. давление внутри корпуса блока Рв=101316 Па;
з. мощность, рассеиваемая самым нагреваемым элементом Рэл=0.3 Вт;
и. площадь элемента Sп=121 мм2;
к. предельная температура на элементе Tэ.эл=393оК
л. температура среды Тс=298оК;
м. материал корпуса – алюминиевый сплав;
а)Площадь поверхности корпуса Sk, м2 вычислим по формуле:
/>(16)
/>
б)Вычисляем условную поверхность нагретой зоны Sз, м2 поформуле:
/>(17)
/>
в)Удельная мощность корпуса прибора qk, Вт/м2вычисляется по формуле:
/>(18)
/>
г)Удельная мощность нагретой зоны qз, Вт/м2 вычисляетсяпо формуле:
/>(19)
/>
д)Коэффициент Q1, зависящий от удельной мощности корпусаприбора, вычисляется по формуле:
/>(20)
/>
е)Коэффициент Q2, зависящий от удельной мощности нагретойзоны, вычисляется по формуле:
/>(21)
/>
ж)Коэффициент Кн1, зависящий от давления воздуха вне корпуса прибора вычисляем поформуле:
/>(22)
/>
и)Коэффициент Кн2, зависящий от давления воздуха внутри корпуса прибора вычисляемпо формуле:
/>(23)
/>
к)Нагрев корпуса прибора QK, оК вычисляется по формуле:
/>
/>
л)Перегрев нагретой зоны Qз, оК:
/>
/>
м) Средний перегрев воздуха в блоке Qв, оК:
/>
/>
н) Удельная мощность элемента qэл,Вт/мм2температуру которого нужно определить
/>
/>
п) Перегрев поверхности элемента Qэл, оК:
/> (27)
/>
р) Перегрев окружающей среды элемента Qэл, оК:
/> (27)
/>
с) Температура корпуса прибора Тк, оК:
/>/> (28)
/>
т) Температура воздуха в приборе Тв, оК:
/> (29)
/>
у) Температура нагретой зоны Тз, оК
/>
/>
ф) Температуру корпуса микросхемы Тэл, оК:
/>
/>
Для нормального функционирования элементов устройства их температура недолжна быть выше, оговоренной в ТУ. Это касается и материалов корпуса, а такжеэлементов крепежа. Поверим соблюдение условий по формулам:
/> (32)
/>/> (33)
/> (34)
/> (35)
Подставляязначения в формулы 32 – 35 получаем:
/> (32)
/>/> (33)
/> (34)
/> (35)
Анализируя полученные данные, делаем вывод, что в нашем устройстветепловые режимы не нарушат работоспособность изделия.
4.4 Расчет на механическое воздействие
Произведем оценку вибропрочности платы. Плата закреплена практически по всейплощади. Данные для расчета следующие:
длина печатной платы 0.22 м;
ширина печатной платы 0.12 м;
толщина печатной платы 0.2 м;
коэффициент Пуасона 0.28;
масса печатной платы с элементами 300 г;
модуль упругости 3.2·1010 Н/м2;
возмущающая частота 30 Гц;
дикримент затухания материала 300;
виброускорение 19.6 м/с2.
а) Рассчитаем собственную частоту платы:
/>(36)
где: a — ширина печатной платы,
b — длина печатной платы,
М- масса печатного узла,
Д- цилиндрическая жесткость.
/>(37)
где: E – модуль упругости,
h – толщина платы,
V – коэффициент Пуансона,
/>
/>
Проверяем условие:
f0>>f
245.477>>30
условие выполняется.
б) Рассчитаем максимальный прогиб печатной платы по формулам:
/>(38)
где: /> -амплитуда вибросмещения основания
/> -коэффициент передачи по ускорению
/> (39)
где: a0(f) –виброускорение
/> (40)
где: /> -коэффициент расстройки
e — показатель затухания
К1, К2 – коэффициенты зависящие от закрепления платы
К1=1,2, К2=1,2
/> (41)
/> (42)
где: f — частота возмущения,
/> -дискримент затухания,
/>
/>
/>
/>
/>
в) Определим допустимый прогиб печатной платы с радиоэлементами поформуле:
/> (43)
где: b – размер стороны печатной платыпараллельно которой установлено большинство элементов:
/>
Проверим выполнение условия:
/>
/>
Условие выполняется, дополнительных элементов для уменьшениямеханического воздействия не требуется.
4.5 Расчёт надёжности
а) Вычислим значение суммарной интенсивности отказов элементовустройства:
/> (44)
где />-средне групповое значение интенсивности отказов элементов j,
nj — количество элементов в j группе,
kHj – коэффициент нагрузки элементов в j группе,
k – число сформированных групп однотипных элементов.
С использования обобщенного эксплуатационного коэффициента выполнимприближенный расчет электрических режимов и условий эксплуатации элементов всенужные значения находятся в таблице 2:
/> (45)
где КЭ- обобщенный эксплуатационный коэффициент.
Для стационарной аппаратуры, работающей на открытом воздухе КЭ=2,5
Таблица 2 – параметры элементовГруппа элементов Кол-во элементов в группе, nj Интенсивность отказа элементов в группе. l0j*10-6, 1/ч Коэффициент нагрузки KHj Произведение *106
/>
/> Конденсаторы 17 0,035 0,5 0,0175 0,175 Резисторы 35 0,03 0,3 0,009 0,117 Переменные резисторы 7 0,03 0,3 0,009 0,117 Микросхемы 9 0,01 0,3 0,003 0,015 Пайка 266 0,02 0,2 0,004 0,772
С учетом обобщенного эксплуатационного коэффициента:
/>
б) Рассчитаем время наработки на отказ по формуле:
/> (46)
/>
в) Рассчитаем вероятность безотказной работы за время t0 ,
t0 =30000 ч.
/> (47)
/>
Расчет показал, что рассчитанная надежность больше, чем заданная.
4.6 Расчет показателей качества
а) Коэффициент применяемости деталей:
/> (48)
где: NТ ор =2 – число типоразмеров оригинальныхдеталей в изделии,
NT=3 – общее число типоразмеров деталей визделии, без учета нормализованного крепежа:
/>
б) Коэффициент применяемости электро радиоэлементов:
/> (49)
где: />-количество типоразмеров оригинальных радиоэлементов в изделии
/>-общее количество типоразмеров радиоэлементов в изделии.
/>
в) Коэффициент повторяемости деталей и узлов:
/> (50)
где NТ =3 – количество типоразмеров деталей,
ЕТ=1 – количество типоразмеров узлов,
Nд =4 – общее число деталей,
Е=1 – общее число узлов.
/>
г) Коэффициент повторяемости радиоэлементов:
/> (51)
где NТэрэ=6 – количество типоразмеров радиоэлементов,
Nэрэ=71 – общее количество радиоэлементов,
/>
д) Определим коэффициент механизации подготовки радиоэлементов к монтажу:
/> (52)
где Nмпэрэ=10 – число радиоэлементов,подготовленных к монтажу механизированным способом,
Nмэрэ=71 – число монтажных радиоэлементов
/>
е) Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия:
/> (53)
где Nав =230 – число соединений, полученныхавтоматизированным способом,
Nм =266 – общее число монтажных соединений,
/>
ж) Определим комплексный показатель технологичности:
/> (54)
где Ki – i-й показателькачества,
Фi – функция, характеризующая весовую значимость i-го показателя качества,
/>
и) Рассчитаем нормативный комплексный показатель:
/> (55)
где Ka – комплексный показатель изделия аналога
Ka=0.85,
Kсл – коэффициент сложности нового изделия посравнению с изделием аналогом
Kсл=0.89,
Kту – коэффициент учитывающий изменениятехнического уровня основного производства завода- изготовителя нового изделияпо отношению к заводу- изготовителю изделия аналога
Kту =0.82,
Kот, Kоп – коэффициент,учитывающий применение уровня организации производства и труда заводаизготовителя нового изделия по отношению к заводу — изготовителю изделияаналога,
Kот=0.95,
Kоп=0.91,
Kпр – коэффициент учитывающий изменения типа производства(отношение коэффициента серийности нового изделия к тому же коэффициенту поизделию аналогу),
Kпр=0.7,
/>
к) Определим технологичность изделия:
/> (56)
/>
Так как К>1, то изделие технологично.
Выводы и заключения
Разработано устройство «Эквалайзер с активными фильтрами».
В процессе разработки были произведены необходимые расчёты такие как:конструкторские расчёты, электрических соединений, теплового режима, расчёт намеханические воздействия, показателей качества, надёжности, подтверждающие чтоустройство разработано корректно.
Чертежи и пояснительная записка выполнены в соответствии со стандартамиЕСКД.
Литература
1. Tehnium, 1991, N 5, pag. 8-10. “Эквалайзеры”- РАДИО № 12, 1991 г.
2. Арзуманов С. “Электронная обработка гитарного сигнала” – http:/www.guitar.ru
3. “Выдержки из ГОСТа по оформлению текстовых документов ГОСТ 2.105—95” – http:/www.standards.ru
4. КОЗЛОВА. “Графический эквалайзер” — Радио, 1988г.
5. “Несущие конструкции РЭА” – под редакцией Овсищера.
6. “Разработка и оформление конструкторской документации РЭА” – подредакцией Романычевой Э.Т. Москва “Радио и связь” 1989г.
7. Уваров А. “P-CAD, ACCEL EDA. Конструированиепечатных плат. Учебный курс.” – Санкт-Петербург “Питер”, 2001г.