Содержание
Введение
1. Разработка технического задания
2. Анализ исходных данных и основные технические требования кразрабатываемой конструкции
2.1 Анализ климатических факторов
2.2 Анализ дестабилизирующих факторов
3. Выбор и обоснование элементной базы унифицированных узлов,установочных изделий и материалов конструкции
3.1 Выбор и обоснование элементной базы
3.2 Выбор унифицированных узлов и установочных изделий
3.3 Выбор материалов
4. Выбор и обоснование компоновочной схемы, методов ипринципов конструирования
4.1 Выбор компоновочной схемы
4.2 Выбор и обоснованиеметода и принципа конструирования
5. Выбор способов и методов защиты от дестабилизирующихфакторов
5.1 Расчет собственных частот колебаний элементов
5.2 Расчет собственной частоты печатной платы
6. Расчетконструктивных параметров изделия
6.1 Расчет надежности
6.2 Расчет теплового режима
7. Технологическая часть
7.1 Расчет комплексного показателя технологичностиконструкции
7.2 Выбор и обоснование технологической схемы сборки
7.3 Разработка маршрутасборки
Заключение
Литература
Техническое задание
Введение
Вповседневной работе радиолюбителей часто приходиться определять данныерадиоэлементов. Если измерить сопротивление резистора не составляет особоготруда – можно воспользоваться обычным мультиметром, то с емкостями конденсаторовдело обстоит сложнее. Для этих целей предложена несложная конструкция измеренияемкости, конструкция которого будет разработана в данном курсовом проекте.
В данном курсовом проектенеобходимо разработать конструкцию измерителя емкости. В ходе курсовогопроектирования решаются следующие задачи:
- проводитсяразработка технического задания с точки зрения конструктора РЭА;
- анализируетсясхема электрическая принципиальная;
- обосновываютсяэлементная база и материалы проектируемого изделия;
- проводится выборбазовой несущей конструкции;
- производитсякомпоновочный расчет;
- на этаперазработки конструкции печатной платы выполняется расчет проводящего рисунка.Оценивается помехоустойчивость платы;
- анализируетсятепловой режим;
- оцениваетсявиброзащищенность и устойчивость конструкции в отношении механическихвоздействий;
- проводится расчетнадежности;
- разрабатываетсякомплект конструкторской документации.
1. Разработкатехнического задания
1.1 Цель и назначениеразработки
1.1.1Целью разработки является создание измерителя емкости с питанием отпромышленной электросети с напряжением 220В.
1.1.2 Назначение разработки- создание конструктивно законченного устройства.
1.1.3 Разработка должнаобеспечить создание базовой модели блока измерителя емкости.
1.1.4 Дальнейшее развитиеразработки должно выполняться путем создания модификаций базовой модели,отличающихся конфигурацией и изменениями функций на основе частных техническихзаданий.
1.2 Наименование иобласть применения
1.2.1 Измерителя емкостипредназначен для измерения емкости конденсаторов от единиц пикофарад до 9999микрофарад.
1.2.1 Измерителя емкостипредназначен для использования в помещениях с повышенной влажностью иискусственно регулируемыми условиями.
1.3 Источники разработки
1.3.1 Источникамиразработки является схема электрическая принципиальная измерителя емкости.
1.4 Технические требования
1.4.1 Состав изделия и требования к конструктивномуисполнению устройства
1.4.1.1 Измерителя емкости должен содержать следующиесоставные части:
¾ плата базовая;
¾ блок индикации;
¾ блок управления.
1.4.1.2 Измерителяемкости должен соответствовать требованиям настоящего ТЗ, ТУ и комплекта конструкторскойдокументации.
1.4.1.3 Принциппостроения измерителя емкости должен обеспечивать:
¾ взаимозаменяемость сменныходноименных составных частей;
¾ возможность построения и расширения,совершенствования и изменения технико-эксплуатационных характеристик;
¾ ремонтопригодность.
1.4.1.4Габаритные размеры корпуса блока должны быть не более, м :
длина — 0,17;
ширина — 0,15;
высота — 0,1.
1.4.1.5 Масса блока должна быть не более 0,8 кг.
1.4.1.6 Конструкция блока должнаобеспечивать:
¾ удобство эксплуатации;
¾ возможность ремонта;
¾ доступ ко всем элементам, узлам,требующим регулирования или замены в процессе эксплуатации.
1.4.1.7 Электрическая прочность измерителяемкости между токоведущими цепями, а также между токоведущими цепями и корпусомв нормальных климатических условиях эксплуатации должна обеспечивать отсутствиепробоев и поверхностных перекрытий изоляции.
1.4.1.8 Для антикоррозионной защитыповерхность деталей, сборочных единиц и прибора в целом применятьгальванические покрытия.
1.4.2Показатели назначения
1.4.2.1 Потребляемаямощность блока, Вт, не более 3
1.4.2.2 Диапазонизмерения 1–9999 пФ
1–9999 нФ
1–9999 мкФ
1.4.2.3 Основнаяотносительная погрешность измерения не более 0,25%
1.4.3Требования к надежности
1.4.2.4 Показатели должны соответствоватьзаданным значениям при нормальных климатических условиях (температураокружающей среды +25°С,относительная влажность 90 %, атмосферное давление 84/>103 Па).
1.4.2.5 Средняя наработка на отказ, ч 100000.
Вероятностьбезотказной работы 0,9.
Среднее времявосстановления, ч 0,5.
Коэффициенттехнического использования, не менее 0,95.
1.4.2.6 Средний срок службы — не менее 10 летс учетом проведения восстановительных работ.
1.4.2.7 Средний срок сохраняемости (до вводав эксплуатацию) — не менее 9 месяцев.
1.4.2.8 После восстановленияработоспособности, по окончании ремонтно-восстановительных работ, изделиедолжно сохранять показатели назначения, изложенные в настоящем документе.
Требования к уровнюунификации и стандартизации
1.4.4.1 Конструкция измерителя емкости должна быть оформленав унифицированном корпусе.
1.4.4.2 В качестве комплектующих единиц и деталей (коммутационные,установочные, крепежные, изделия электроники) должны применяться серийно выпускаемыеизделия.
1.4.4.3 Сборочные единицы типа монтажных плат, панелей, крепежныхи установочных узлов должны быть унифицированными.
1.4.4.4 В конструкции измерителя емкости должны бытьзаимствованы сборочные единицы, узлы и детали из ранее разработанных изделий.
1.4.5 Эстетические и эргономические требования
1.4.5.1 Блок измерителя емкости должен отвечать общимтребованиям эстетики по ГОСТ 24750-81.
1.4.6 Требования к транспортировке и хранению
1.4.6.1 Изготовителятранспортируют на любое расстояние автомобильным и железнодорожным транспортом (взакрытых транспортных средствах), авиационным транспортом (в герметизированныхотсеках самолетов), водным транспортом (в трюмах судов). Транспортированиедолжно осуществляться в соответствии с правилами перевозок, действующими накаждом виде транспорта.
1.4.6.2 Условиятранспортирования измерителя емкости в таре для транспортирования должны быть:
¾ температураокружающего воздуха, °С -20...+50;
¾ относительнаявлажность воздуха при +35°С,% до 95;
¾ среднемесячноезначение при температуре +27°С ,% 70;
¾ атмосферноедавление, кПа (мм рт.ст.) 84,0...107,0 (630...800).
1.4.6.3 Размещение икрепление упакованных изделий в транспортных средствах должно обеспечивать ихустойчивое положение, исключить возможность ударов их друг о друга.
1.4.6.4 Измерителяемкости должен храниться в упаковке в складских помещениях у изготовителя ипотребителя при температуре воздуха 5...35°С и относительной влажности воздуха не более 85%. Впомещениях для хранения не должно быть агрессивных примесей (паров, кислот,щелочей), вызывающих коррозию.
1.4.6.5 Изделие следуетхранить на стеллажах.
1.4.6.6 Расстояние междустенами, полом хранилища и изделием должно быть не менее 100мм, а междуотопительными устройствами не менее 0,5м.
1.4.6.7 Измерителькоторый транспортировался при температуре ниже 0°С, должен быть выдержан в нормальных условиях не менеедвух часов.
2. Анализ исходных данных и основные техническиетребования к разрабатываемой конструкции
2.1. Анализклиматических факторов
Изделия должны сохранятьсвои параметры в пределах норм, установленных техническими заданиями,стандартами или техническими условиями в течение сроков службы и сроковсохраняемости, указанных в техническом задании после или в процессе воздействияклиматических факторов, значения которых установлены ГОСТ 15150-69.
Изделия предназначают дляэксплуатации в одном или нескольких макроклиматических районах и изготавливаютв различных климатических исполнениях.
Разрабатываемоеустройство предназначено для эксплуатации в районах с умеренным и холоднымклиматами.
К макроклиматическомурайону с умеренным климатом относятся районы, где средняя из абсолютныхмаксимумов температура воздуха равна или ниже + 40 °С, а средняя из ежегодных абсолютныхминимумов температура воздуха равна или выше — 45 °С.
К макроклиматическому районус холодным климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодных абсолютныхминимумов температура воздуха ниже — 45 °С.
Исходя из вышесказанного,измерителя емкости будет изготавливаться в климатическом исполнении УХЛ.
Следует отметить, чтоизделия в исполнении УХЛ могут эксплуатироваться в теплом влажном, жарком сухоми очень жарком сухом климатических районах по ГОСТ 16350-80, в которых средняяиз ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха выше 40 °С, и сочетание температуры, равнойили выше О °С, иотносительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается более 1 часов в суткиза непрерывный период более двух месяцев в году.
Изделия в различныхклиматических исполнениях в зависимости от места размещения при эксплуатации ввоздушной среде на высотах до 4300 м изготавливают по категориям размещенияизделий.
Разрабатываемыйизмерителя емкости предназначен для эксплуатации в помещениях (объемах) сискусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытыхотапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и другихпомещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечногоизлучения, ветра, песка, пыли наружного воздуха, отсутствие или существенноеуменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги), аконкретнее — в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типа помещениях.Следовательно, измерителя емкости относится к категории исполнения 4.2.
Нормальные значенияклиматических факторов внешней среды при эксплуатации изделий принимают равнымиследующим значениям:
верхнеерабочее значение температуры окружающего
воздуха приэксплуатации, °С +35;
нижнеерабочее значение температуры окружающего
воздуха приэксплуатации, °С +10;
¾ верхнеепредельное рабочее значение температуры
окружающеговоздуха при эксплуатации, °С +40;
¾ нижнее предельноерабочее значение температуры
окружающеговоздуха при эксплуатации, °С +5;
¾ величинаизменения температуры окружающего воздуха за 8 ч., °С 40;
верхнее значениеотносительной влажности при 25 °С,% 90;
¾ среднегодовое значение относительнойвлажности при 20 °С,% 60;
рабочее значениеатмосферного давления, кПа 84.
Указанное верхнеезначение относительной влажности воздуха нормируется также при более низкихтемпературах; при более высоких температурах относительно влажность ниже.
Так как нормированное верхнеезначение относительной влажности 90%, то конденсация влаги не наблюдается.
За нормальные значенияфакторов внешней среды при испытаниях изделия (нормальные климатические условияиспытаний) принимаются следующие:
температура,°С +20±10;
относительнаявлажность воздуха, % 45...90;
атмосферноедавление, Па 84.
Так какизмерителя емкости предназначен для работы в нормальных условиях, в качественоминальных значений климатических факторов указанные выше принимают нормальныезначения климатических факторов указанные выше.
Заэффективную температуру окружающей среды (при тепловых расчетах) принимаетсямаксимальное значение температуры.
Заэффективное значение давления воздуха принимается среднее значение давления.
Группа условийэксплуатации по коррозионной активности для металлов и сплавов без покрытий, атакже с неметаллическими и неметаллическими неорганическими покрытиями — 1.
Группа условийэксплуатации в зависимости от климатического исполнения к категории размещенияизделия (УХЛ 4.2) — 1.
Условия хранения изделийопределяются местом их размещения, макроклиматическим районом и типом атмосферыи характеризуется совокупностью климатических факторов, воздействующих прихранении на упакованные или законсервированные изделия. Согласно ГОСТ 15150-69,для проектируемого изделия удовлетворительными являются условия хранения в отапливаемыхи вентилируемых складах, хранилищах с кондиционированием воздуха, расположенныхв любых макроклиматических районах.
Обозначения такогохранилища: основное — 1, буквенное — Л, текстовое “отапливаемое хранилище”.Климатические факторы, характерные для данных условий хранения:
температуравоздуха, °С +5...+40;
максимальноезначение относительной влажности
воздухапри +5 °С, % 80;
¾ среднегодовое значение относительной влажности
воздуха при 20 °С, % 60;
пылевоезагрязнение незначительно;
действие солнечногоизлучения, дождя, плесневых грибков отсутствует.
Условиятранспортирования данного изделия являются такими же, как и условия хранения 5.Транспортировка осуществляется в закрытых транспортных средствах, где колебаниятемпературы и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний наоткрытом воздухе.
Климатические факторы,характерные для данных условий транспортировки:
температуравоздуха, °С -20...+50;
¾ максимальное значение относительнойвлажности
воздуха при -50 °С, % 100;
среднемесячноезначение влажности воздуха при 27 °С, % 60;
пылевоезагрязнение незначительно.
2.2 Анализдестабилизирующих факторов
По ГОСТ 11478 — 88аппаратуру в зависимости от условий эксплуатации подразделяют на 4 группы.Разрабатываемое устройство относится к группе 1 (условия эксплуатации — влабораторных, капитальных жилых и других подобных помещениях).
На аппаратуру этой группыдействуют следующие дестабилизирующие факторы:
синусоидальныевибрации;
различныемеханические воздействия при транспортировке;
пониженнаяи повышенная температура среды;
повышеннаявлажность воздуха;
воздействиепыли.
Для тогочтобы выяснить, как поведет себя аппаратура при воздействии этих факторов, атакже для проверки соответствия ее установленным в техническом заданиитребованиям, проводят испытания аппаратуры на воздействие внешних механическихи климатических факторов.
Испытания,проводимые для данной группы аппаратуры и значения механических и климатическихфакторов, которые она должна выдерживать, указаны в ГОСТ 11478-88.
При испытании на воздействиепониженной температуры среды и повышенной влажности в ТЗ на аппаратурудопускается по согласованию с заказчиком устанавливать значения рабочейпониженной температуры и относительной влажности, отличное от указанных в ГОСТ11478-88.
При испытании на воздействиепониженной температуры среды и повышенной влажности в ТЗ на аппаратурудопускается по согласованию с заказчиком устанавливать значения рабочейпониженной температуры и относительной влажности, отличное от указанных в ГОСТ11478-88.
Испытания рекомендуетсяпроводить на одних и тех же образцах аппаратуры в следующей последовательности:
механическиеиспытания;
испытаниена воздействие повышенной температуры среды;
испытаниена воздействие повышенной влажности;
испытаниена воздействие пониженной температуры среды.
Испытания на воздействиепыли и на прочность при падении рекомендуется проводить на образцах аппаратуры,которые не подвергались испытаниям других видов.
Испытание включаетследующий ряд операций, проводимых последовательно:
начальнаястабилизация (если требуется);
начальныепроверки и начальные измерения (если требуется);
выдержка;
конечнаястабилизация (если требуется);
¾ заключительные проверки и измерения(если требуется).
До и после испытаниязначения параметров и характеристик должны соответствовать требованиям длянормальных климатических условий, установленных в стандартах на аппаратуру.
Аппаратуру считаютвыдержавшей испытание, если:
не нарушенасохранность внешнего вида;
¾ после испытания характеристики ипараметры аппаратуры соответствуют требованиям, установленным в стандартах илиТУ на аппаратуру и в ПИ для испытаний данного вида.
3. Выбор и обоснование элементной базы,унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкции
3.1 Выбор иобоснование элементной базы
Выбор элементной базыпроводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом требованийизложенных в техническом задании. Эксплуатационная надежность элементной базыво многом определяется правильным выбором типа элементов при проектировании и использованиив режимах, не превышающие допустимые. Следует отметить, что ниже рассматриваютсядопустимые режимы работы и налагаемые при этом ограничения в зависимости отвоздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самих элементов,не касаясь схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другиеэлементы.
Влияние Э.Д.С. шумов,коэффициентов нелинейности, паразитных емкости и индуктивности и др., должныучитываться дополнительно исходя из конкретных условий применения.
Критерием выбораэлектрорадиоэлементов (ЭРЭ) в любом радиоэлектронном устройстве являетсясоответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданнымусловиям работы и эксплуатации.
Основными параметрами привыборе ЭРЭ являются:
а) технические параметры:
· номинальноезначение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;
· допустимыеотклонения величин ЭРЭ от их номинального значения;
· допустимое рабочеенапряжение ЭРЭ;
· допустимоерассеивание мощности ЭРЭ;
· диапазон рабочихчастот ЭРЭ;
· коэффициентэлектрической нагрузки ЭРЭ.
б) эксплуатационные параметры:
· диапазон рабочихтемператур;
· относительнаявлажность воздуха;
· давлениеокружающей среды;
· вибрационныенагрузки;
· другие(специальные) показатели.
Дополнительнымикритериями при выборе ЭРЭ являются:
· унификация ЭРЭ;
· масса и габаритыЭРЭ;
· наименьшаястоимость;
· надежность.
Выбор элементной базы повышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия.Применение принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, а такжеконструировании изделия позволяет получить следующие преимущества:
· Значительносократить сроки и стоимость проектирования.
· Сократить напредприятии‑изготовителе номенклатуру применяемых деталей и сборочныхединиц, увеличить применяемость и масштаб производства.
· Исключитьразработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого новоговарианта РЭС, т.е. упростить подготовку производства.
· Создатьспециализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единицдля централизованного обеспечения предприятий.
· Улучшитьэксплуатационную и производственную технологичность.
· Снизитьсебестоимость выпускаемого изделия.
Учитывая вышесказанное,перейдем к выбору элементной базы
Конденсатор К10-17
Конденсаторы типа К10-17Ас неорганическим диэлектриком, низковольтовые. Предназначены для работы в цепяхпостоянного, переменного и импульсного тока. Конструктивно конденсаторывыполнены в бескорпусном варианте.
Допустимыевоздействующие факторы при эксплуатации:
Температура окружающейсреды, °С
- верхнее значение+85;
- нижнее значение -60.
Относительная влажностьвоздуха, %, не более,
при температуре +25°С (исп. УХЛ) 98.
Пониженное атмосферноедавление, Па (мм рт. ст. 0,00013 (10-6).
Основныетехнические данные
Тангенс угла потерь:К10-17А Н90 0,035;
К10-17 В М1500, М47 0,0015.
Сопротивление изоляции,МОм: К10-17А Н90 1000;
К10-17 В М1500, М47 10000.
Постоянная времени, МОм•мкФ: К10-17А Н90 75;
К10-17А М1500, М47 250.
Срок сохраняемости, лет 12.
Допускаемая реактивнаямощность, ВАР: К10-17А Н90 0,06...2;
К10-17А М1500, М47 1...40.
Конденсатор К50-35
Конденсатор типа К53-4Аэлектролитические, предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующеготока. Конструктивно выполнены в цилиндрическом герметизированном корпусе.
Допустимыевоздействующие факторы при эксплуатации:
Температура окружающейсреды,°С
- верхнее значение+85;
- нижнее значение -60.
Относительная влажностьвоздуха, %, не более,
при температуре +25°С 98.
Пониженное атмосферноедавление, Па (мм рт. ст.) 0,00013 (10-6).
Основныетехнические данные
Тангенс угла потерь: 15...20.
Ток утечки, мкА: 5...50.
Срок сохраняемости, лет 12.
Резистор С2-23
Резисторы типа С2-23 сметаллоэлектрическим проводящим слоем предназначены для работы в цепяхпостоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов навесногомонтажа. Относятся к неизолированным резисторам.
Уровень собственныхшумов, мкВ/В, не более 1,5.
Условияэксплуатации резисторов :
Температура окружающейсреды,°С
- верхнее значение +75;
- нижнее значение -60.
Относительная влажностьокружающего воздуха при температуре
40 °С, % 98.
Пониженное атмосферноедавление, Па (мм рт.ст.) 0,00013 (10-6).
Вибрация:
- ускорение, м/c2,(g) 147(15);
- диапазон частот,Гц 5...600.
Удары:
- ускорение, (g),не более 150;
- количество 4000.
Линейные нагрузки:
- с ускорением,(g), не более 200;
Минимальная наработка на отказ,ч 40000.
Микросхемы К176ИЕ4
Микросхемы ТТ логика.Работают при напряжении питания Uпит=9В±10%. Имеют улучшенные электрические параметры: значительноснижен входной ток низкого уровня I0вх, увеличено пороговое входное напряжениедо 1,5В и оно зафиксировано.
Микросхема К176ТМ2
Микросхема представляетсобой двойной RS-тригер. Электрические характеристикиприведены в таблице 3.1.
Микросхема К561ТЛ1
Микросхема представляетсабой электронный ключ. Электрические характеристики приведены в таблице 3.2.Эксплуатационные характеристики микросхем. Таблица 3.1.интервал рабочих температур, °С относительная влажность воздуха 98% при температуре, °С вибрация многократные удары с ускорением, g линейная нагрузка с ускорением, g Диапазон частот, Гц ускоре-ние, g -45...+85 25 1...2000 10 75 50 -30...+70 25 1...600 10 75 50 -45...+75 25 1...600 10 75 50 Электрические характеристики микросхем. Таблица 3.2.
Тип
Микросхемы U0вых, не>, В U1вых, не , мА I1вх, не>, мА I1пот, не>, мА t1,0зд.р, не>, нс t0,1зд, не>, нс
К176ИЕ4 0,5 2,7 -0,4 0,02 20 56 45 К176ТМ2 0,4 2,5 -0,2 0,02 10 8 8 К561ТЛ1 0,48 2,9 -0,36 0,02 10 41 27
Диод КД503А
Полупроводниковый КД503Апредназначен для работы в аппаратуре широкого применения. Выпускается в корпусномварианте.
Электрическиехарактеристики:
Прямое напряжение напереходе при температуре окружающей
среды от +25 до +125 °С и Iпр=100 мА, В 1.
Максимальный обратный токпри :
- температурекорпуса от -60 до +25°С,мкА 1;
- температурекорпуса +125°С, мкА 200.
Максимальное обратноенапряжение, В 30.
Ток прямой средний притемпературе окружающей среды
от — 60 до +50 °С, мА 50.
Ток импульсный придлительности импульса не более 10 мкс, мА 1000.
Эксплуатационныехарактеристики:
Температура окружающейсреды, °С:
- верхнее значение +125;
- нижнее значение -60.
Относительная влажностьвоздуха при температуре +40°С, % 98.
Стабилитрон Д814Г
Полупроводниковый Д814Гпредназначен для работы в аппаратуре широкого применения. Выпускается в корпусномварианте.
Электрическиехарактеристики:
Прямое напряжение напереходе при температуре окружающей
среды от +25 до +125 °С и Iпр=50 мА, В 1.
Максимальный обратный токпри :
- температуре телаот -60 до +25°С, мкА 1;
- температуре тела+125°С, мкА 100.
Максимальное обратное напряжение,В 30.
Ток прямой средний притемпературе окружающей среды
от — 60 до +50 °С, мА 50.
Ток импульсный придлительности импульса не более 10 мкс, мА 500.
Эксплуатационныехарактеристики:
Температура окружающейсреды, °С:
- верхнее значение +125;
- нижнее значение -60.
Относительная влажностьвоздуха при температуре +40°С, % 98.Транзисторы КТ315
Граничная частота при Vкб=5В,Iэ=10мА не менее 300МГц
Постоянное напряжение Vкэпри Rэб
Постоянный ток коллектора30мА
Температура окружающей средыот 213 до 398К
Рассеиваемая мощность приТ=213...338К, р
при Т=398К 60мВтТранзисторы КТ361
Граничная частота при Vкб=5В,Iэ=10мА не менее 300МГц
Постоянное напряжение Vкэпри Rэб
Постоянный ток коллектора30мА
Температура окружающей средыот 213 до 398К
Рассеиваемая мощность приТ=213...338К, р при Т=398К 60мВт
3.2 Выборунифицированных узлов и установочных изделий
Выбор унифицированныхузлов и установочных изделий проводим на основании одного из требованийтехнического задания к уровню унификации и стандартизации. На основаниивышесказанного основное предпочтение отдается стандартизированным изделиямкрепежа — практически все крепежные изделия стандартны.
Устанавливаетсяиндикаторный газоразрядный модуль является заимствованной — покупной единицей,не нуждающейся в какой-либо доработке.
3.3 Выборматериалов
Выбор материаловразрабатываемой конструкции проводим согласно требований, изложенных втехническом задании. Материалы конструкции должны обладать следующими свойствами:
- иметь малуюстоимость;
- легкообрабатываться и быть легкими;
- обладатьдостаточными прочностью и жесткостью;
- внешний видматериалов корпуса, лицевой и задней панелей должны отвечать требованиямтехнической эстетики;
- сохранятьфизико-химические свойства в процессе эксплуатации.
Применениеунифицированных материалов в конструкции, ограничение номенклатуры применяемыхдеталей позволяет уменьшить себестоимость разрабатываемого изделия, улучшитьпроизводственную и эксплуатационную технологичность. Изготовление деталейконструкции типовыми технологическими процессами также позволяет снизитьзатраты при серийном выпуске изделий в промышленности.
При изготовленииэлементов несущих конструкций широко применяются алюминиевые сплавы, вчастности сплав алюминия с магнием АМг. Магний сильно повышает прочностьсплавов. До 12-14% магния пластичность изменяется мало. Сплавы АМг добавочнолегируют марганцем, который упрочняет сплав. Данный материал легкообрабатывается давлением (штамповка, гибка и т.д.), хорошо сваривается иобладает высокой коррозионной стойкостью.
Материал для изготовленияпечатной платы должен иметь следующие показатели (в заданных условиях эксплуатацииРЭС): большую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, обладатьхимической стойкостью к действию химических растворов, используемых втехпроцессах изготовления платы. Для изготовления плат общего применения в РЭСнаиболее широко используется стеклотекстолит. Фольгированный стеклотекстолитпредставляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный на основеткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивным связующим на основеэпоксидной смолы, и облицованный с одной стороны медной электролитическойоксидированной или гальваностойкой фольгой (изготавливают листами толщиной: до 1 мм — не менее 400х600мм; от 1,5 и более — не менее 600х700мм). На основании вышеприведенного, дляизготовления печатной платы может использоваться следующий материал:
- СФ 2-35Г-1,5ГОСТ 10316-78 — стеклотекстолитфольгированный гальваностойкий предназначен для изготовления печатных плат сповышенными диэлектрическими свойствами.
Поверхностноеэлектрическое сопротивление после кондиционирования в условиях 96ч/ 40°C/ 93%, Ом не менее 1010.
4. Выбор и обоснование компоновочной схемы, методов ипринципа конструирования
4.1 Выбор компоновочной схемы
Основная компоновочная схема изделия определяет многиеважнейшие характеристики РЭС: габариты, вес, объем монтажных соединений,способы защиты от полей, температуры, механических воздействий, ремонтопригодность.
Различают три основные компоновочные схемы РЭС [2]:
¾ централизованная;
¾ децентрализованная;
¾ централизованнаяс автономными пультами управления.
Каждая из этих схем обладает своими достоинствами и недостатками.
При централизованной компоновке все элементы сложной системырасполагаются в одном отсеке на специальных этажерочных конструкциях илишкафах, длина и количество межблочных соединений сведены к минимуму, ремонт идемонтаж наиболее удобны, легче выполнить качественные системы охлаждения иамортизации. Такая компоновочная схема требует более тщательной экранировки,вызывает затрудненность компоновки изделия, часто требующей доработки его,обладает относительно меньшей надежностью систем охлаждения, герметизации,виброзащиты [2].
Децентрализованная компоновочная схема обеспечиваетотносительно большую легкость размещения элементов изделия на объекте, нетребуется тщательная экранировка отдельных блоков, при соответствующих схемныхрешениях может быть более надежной, сохраняя частичную работоспособность привыходе из строя отдельных элементов изделия. Недостатком является значительнаядлина межблочных соединений, затруднен полный демонтаж системы, для каждогоотдельного блока необходимо предусматривать автономные системы охлаждения,виброзащиты [2].
Наиболее распространен способ централизованной компоновки,при котором все элементы сложной РЭС, кроме входных и управляющих устройств,распологают в одном участке или отсеке прибора. Однако внутри этого отсекакомпоновка выполняется в виде совокупности отдельных блоков и приборов [2].
4.2 Выбор и обоснование метода и принципа
конструирования
На основе проведенного разбиения электрической схемы ианализа существующих конструкций выбирается метод конструирования устройства вцелом и его частей. Существующие методы конструирования РЭС подразделяются натри взаимосвязанные группы [3]:
- по видам связей между элементами;
- по способу выявления и организации структуры связей между элементами;
- по степени автоматизации конструирования РЭС — зависит от назначенияаппаратуры и ее функций, преобладающего вида связей, уровня унификации,автоматизации и т.д.
Рассмотрим кратко сложившиеся методы конструирования РЭС.
Геометрический метод. В основу метода положена структура геометрических икинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорныхточек, число и размещение которых зависит от заданных степеней свободы игеометрических свойств твердого тела [3].
Машиностроительный метод. В основу этого метода конструирования положенаструктура механических связей между элементами, представляющая собой системуопорных поверхностей. Машиностроительный метод используется для конструированияустройств и элементов РЭА, которые несут большие механические нагрузки и в которыхнеизбежны вследствие этого большие деформации [3].
Топологический метод. В основу метода положена структура физических связей междуЭРЭ. Топологический метод, в принципе, может применяться для выявленияструктуры любых связей, однако конкретное его содержание проявляется там, гдесвязности элементов может быть сопоставлен граф [3].
Метод проектирования моноконструкций. Основан на минимизации числа связейв конструкции, он применяется для создания функциональных узлов, блоков, РЭА наоснове оригинальной несущей конструкции в виде моноузла (моноблока) соригинальными элементами [3].
Базовый (модульный) метод конструирования. В основу метода положен модульныйпринцип проектирования. Деление базового метода на разновидности связано с ограничениями,схемной конструкторской унификацией структурных уровней (модулей функциональныхузлов, блоков). Базовый метод является основным при проектировании современнойРЭА, он имеет много преимуществ по сравнению с методом моноконструкций [3]:
- на этапе разработки позволяет одновременно вести работу над многимиузлами и блоками, что сокращает сроки проведения разработок; упрощает отладку исопряжение узлов в лаборатории, так как работа любого функционального узлаопределяется работой известных модулей, резко упрощается конструирование имакетирование; сокращает объем оригинальной конструкторской документации, даетвозможность непрерывно совершенствовать аппаратуру без коренных измененийконструкции; упрощает и ускоряет внесение изменений в схему, конструкцию иконструкторскую документацию;
- на этапе производства сокращает сроки освоения серийного производствааппаратуры; упрощает сборку, монтаж, снижает требования к квалификациисборщиков и монтажников; снижает стоимость аппаратуры благдаря широкоймеханизации и автоматизации производства; повышает степень специализации производства;
- при эксплуатации повышает эксплуатационную надежность РЭА, облегчаетобслуживание, улучшает ремонтопригодность аппаратуры.
Прикомпоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связеймежду модулями, их устойчивость, стабильность, требования прочности ижесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требованиятехнологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта. Размещениекомплектующих элементов в модулях всех уровней должно обеспечивать равномерноеи максимальное заполнение конструктивного объема с удобным доступом для осмотра,ремонта и замены. Замена детали или сборочной единицы не должна приводить кразборке всей конструкции или ее составных частей. Для устойчивого положенияизделия в процессе эксплуатации центр тяжести должен находиться, возможно,ближе к опорной поверхности. При компоновке модулей всех уровней необходимовыделить достаточно пространства для межсоединений.
При проектированиинеобходимо придерживаться следующих рекомендаций [3]:
* минимальныйвнутренний радиус изгиба проводника должен быть не менее диаметра провода сизоляцией;
* провода питанияпеременного тока следует свивать для уменьшения возможности наводок;
* провода,подводящие к сменным элементам должны иметь некоторый запас по длине, допускающийповторную заделку провода;
* провода не должныкасаться острых металлических кромок;
* монтажныепровода целесообразно связать в жгут, при этом обеспечивается возможностьрасчленения монтажных операций на более простые.
Для разъемного вариантаконструкции большое распространение получило использование объединительнойпечатной платы, что позволяет существенно уменьшить габаритные размеры изделия,упростить сборку.
При компоновке РЭСнеобходимо решать вопросы электромагнитной совместимости элементов, вчастности, защиты от электромагнитных, электрических и магнитных помех.
При защите РЭС от воздействий помех, определяют максимальное значениесигналов помехи на выходах схем, усложняют схему введением фильтров на линияхвхода-выхода, устраняют помехи по линиям электропитания с помощьюрадиочастотных фильтров, экранируют входные цепи чувствительных схем, для элементовРЭС разрабатывают кожухи-экраны.
В качестве методаконструирования выбираем базовый (модульный) метод конструирования.
Как было сказано ранее,измеритель емкости разделен на два функционально законченных узла.Радиоэлементы каждого функционального узла предлагается разместить на отдельныхпечатных платах. Связь между функциональными узлами обеспечивается с помощьюразъемов, а также гибких монтажных шлейфов и разъемов – для второстепенных функциональныхузла.
При данном разбиениисхемы обеспечивается минимальное количество соединительных проводников, т.е.минимум электрических связей между узлами, высокая ремонтопригодность.
Платы,помещают в корпус чтобы исключить взаимное влияние излучений, применяетсядополнительная металлизация по всему периметру каждой платы, а также самаметаллическая конструкция корпуса исключает влияние излучений, как внешних таки внутренних.
5. Выбор способов и методов защиты отдестабилизирующих факторов
Все виды РЭС подвергаютсявоздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали,входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей РЭС,если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее внерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭС.При разработке конструкции РЭС необходимо обеспечить требуемую жесткость имеханическую прочность элементов.
Под прочностьюконструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция безостаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкциидостигается усилием конструктивной основы: контроля болтовых соединений,повышение прочности узлов методами заливки и обволакивания. Во всех случаяхнельзя допустить образование механической колебательной системы.
5.1 Расчетсобственных частот колебаний элементов
При расчете частотсобственных колебаний конструкцию РЭС условно заменяют эквивалентнымирасчетными схемами, для которых известны аналитические зависимости. Основноеусловие замены состоит в том, чтобы расчетная схема возможно ближесоответствовала реальной конструкции и имела минимальное число степенейсвободы. Так как резонансные частоты вредны для всех радиоэлементов, то приконструировании необходимо хотя бы приближенно определять частоты собственныхколебаний элементов [5].
Так как у нас резисторы иконденсаторы поверхностно монтируемые то их собственная частота мало отличаетсяот частоты платы.
При расчете частотысобственных колебаний микросхемы ее представляют в виде консольной конструкции .
В этом случае расчетсобственной частоты колебаний микросхемы можно произвести по
/>, (5.1)
где Е — модульупругости материала балки, Н/м2. В нашем случае Е=0,7*1011 Н/м2;
М — сосредоточенная масса. В нашемслучаеМ = 3г.
I — момент инерции балки, м4. Моментинерции для выводов микросхемы рассчитывается по (5.2)
/>,(5.2)
где D — диаметрвывода ИМС. D = 0,5 мм.
/>м4.
m — приведенная погонная масса. Внашем случае m = 0,015 г/мм.
Подставляя значения в(5.1), получим
/> кГц.
Так как полученныезначения частот собственных колебаний ИМС выше верхней частоты воздействующихвибраций (150 Гц), то можно сделать вывод о том, что элементы не будутусиливать колебания (коэффициент динамичности m в этом случае равен 1).
5.2 Расчетсобственной частоты печатной платы
Применительно к печатнойплате используется следующая формула для расчета собственной частоты:
/>Гц, (5.3)
где Km — коэффициент, учитывающий материал, из которого выполнена плата;
Kb — коэффициент, учитывающий наличиеЭРЭ;
В — коэффициент, зависящий от вариантазакрепления пластины и соотношения сторон />; h — толщина пластины.
/>, (5.4)
где Е — модульупругости материала, из которого выполнена плата;
r — плотность материала, из котороговыполнена плата;
ЕS — модуль упругости для стали;
rS — плотность стали. />
/>, (5.5)
где mЭ — массаэлементов;
mn — масса платы.
Печатная плата цифроваявыполнена из стеклотекстолита. Его плотность равна: r = 2 г/см3. Коэффициент, учитывающийматериал Km = 0,74. Размеры платы (190 х100 х 1,5)мм. Масса элементов — 157г.
Определяем массу платы: />, (5.6)
Подставляя значения в(5.6), находим:
/>г.
Подставляя данные в(5.1), получим:
/>.
Значение коэффициента Вдля способа закрепления платы, равно 93.
Подставляя значения в(5.4), получим значение собственной частоты цифровой платы измерителя емкости.
/>Гц.
Печатная плата должнаобладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибраций. Дляэтого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний платудовлетворяла условию:
/>, (5.7)
где b — безразмерная постоянная,выбирается в зависимости от величины частоты собственных колебаний ивоздействующих вибраций, 35.
b — размер короткой стороны платы,100мм.
nbmax — вибрационные перегрузки в единицахg, 3...10.
/>Гц.
Условие (8.35) выполняется:/>, поаналогии показатель для платы блока />, таким образом, платы будетобладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибраций
6. Расчетконструктивных параметров изделия
6.1 Расчетнадежности
Надежность есть свойствосистемы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных нормпри заданных условиях. Под “заданными условиями” подразумеваются различныефакторы, которые могут влиять на выходные параметры системы и выводить их запределы установленных норм.
Поскольку элементы вобщем случае могут находиться в рабочем режиме различное время, отличающееся отрабочего времени изделия, это также должно учитываться при расчете надежности.Расчет измерителя выполнен с учетом следующих допущений:
¾ отказы элементовявляются случайными и независимыми процессами или событиями;
¾ учет влиянияусловий эксплуатации производится приблизительно;
¾ параметрическиеотказы не учитываются;
¾ вероятностьбезотказной работы элементов от времени изменяется по экспоненциальному закону.
Нам необходимо рассчитатьполную надежность прибора при работе в условиях воздействия повышенныхтемператур.
Исходные данные длярасчета надежности прибора в условиях повышенных температур окружающей средыприведены в таблице 6.1.
Исходные данные длярасчета надежности при воздействии повышенной температуры окружающей среды
Таблица 6.1
N
п/п
Наименование
элементов
l0i·10-6,
1/час Кол-во элементов
Sl0i·10-6,
1/час kн a1,2 a3,4 П(ai) ti, час 1 ИМС 0,08 10 0,8 0,7 2,5 2 5 0,6 2 Транзисторы 0,04 3 0,12 0,7 0,9 2 1,8 0,4 3 Диоды 0,02 13 0,38 0,7 1 2 2 0,4 4 Резисторы постоянные 0,005 34 0,17 0,6 0,9 2 1,8 0,6 5 Резисторы переменные 0,05 2 0,1 0,6 0,9 2 1,8 0,6 6 Конденсаторы керамические 0,005 26 0,13 0,6 0,15 2 0,3 0,5 7 Конденсаторы Электролитические 0,55 3 1,65 0,5 0,3 2 0,6 0,5 8 Разъемы 2,7 5 13,5 0,5 0,7 2 1,4 0,7 9 Плата печатная 0,02 2 0,04 0,7 0,35 2 0,7 3 10 Шайба 0,075 2 0,15 0,5 0,35 2 0,7 0,4 11 Винты 0,001 8 0,008 0,5 0,35 2 0,7 0,4 12 Соединения пайкой 0,04 3620 14,8 0,6 1,1 2 2,2 0,2 13 Несущая конструкция 0,3 1 0,3 0,7 0,35 2 0,7 1
Интенсивность отказоврассчитывается по (6.15)
/>, (6.1)
где li 0 — справочное значение интенсивности отказа i-гоэлемента;
m — общее число учитываемыхэксплуатационных факторов;
aj — поправочный коэффициент.
n — общее число элементов конструкции.
В наших расчетахиспользуются комбинированные поправочные коэффициенты:
a1,2 — учитывающий одновременно температуру иэлектрический режим;
a3,4 — учитывающий одновременно кинематические имеханические нагрузки.
Для определенияпоправочных коэффициентов aj,воспользуемся обобщенными таблицами и графиками [4].
Средняя наработка наотказ данного изделия определяется по (6.2)
/>. (6.2)
Вероятность безотказнойработы рассчитывается по (6.3)
/>. (6.3)
Среднее времявосстановления рассчитывается по (6.4)
/> (6.4)
где qi — вероятность отказа из-за выхода из строя элемента i-ой группы;
k — число групп элементов.
Вероятностьвосстановления рассчитывается по (6.5)
/> (6.5)
где t — заданное время восстановления.
Коэффициент готовностирассчитывается по (6.6)
/>. (6.6)
Коэффициентремонтопригодности рассчитывается по (6.7)
/>. (6.7)
Вероятность безотказнойработы с учетом восстановления рассчитывается по (6.8)
/>. (6.8)
Доверительные границы длянаработки на отказ рассчитываются по (6.9)
/>, (6.9)
где n = 10...15 — число отказов достаточных для определения надежности;
a = 0,9...0,99 — достоверностьопределения границ;
/>;
l2 — функция, определяемая в зависимости от числастепеней свободы и доверительной вероятности.
Параметры надежности,полученные в результате расчета, сведены в таблицу 6.2.
Результаты расчетанадежности. Таблица 6.2Параметры надежности Значения Средняя наработка на отказ 102839,7 Вероятность безотказной работы 0,93 Среднее время восстановления 0,3 Вероятность восстановления 0,99712 Коэффициент готовности 0,9999 Коэффициент ремонтопригодности 0,0001 Вероятность безотказной работы с учетом восстановления 0,98789 Доверительные границы для наработки на отказ 202315,3...402386,5
Как видно из результатоврасчета, приведенных в таблице 6.2, полученные значения полностью соответствуютзаданным в техническом задании.
6.2 Расчеттеплового режима
Расчет теплового режима РЭС заключается в определении поисходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностейтеплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимымидля каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.
Определяем среднюютемпературу воздуха в блоке.
Исходными данными дляпроведения последующего расчета являются:
- Kз- коэффициентзаполнения по объему 0,8;
- суммарнаямощность, рассеиваемая в блоке, Вт 3;
- давлениеокружающей среды, кПа 84;
- давление внутрикорпуса, кПа 64;
- габаритныеразмеры корпуса, м 0,17´0,15´0,1;
- температураокружающей среды, °С 20.
Средний перегрев нагретойзоны неперфорированного корпуса блока с естественным воздушным охлаждениемопределяется по следующей методике [4]:
1. Рассчитывается поверхность корпусаблока:
/>, (6.10)
где L1, L2 — горизонтальные размеры корпуса, м;
L3 — вертикальный размер, м.
Для разрабатываемойконструкции блока L1 = 0,17м, L2 = 0,15м, L3 = 0,1м.Подставив данные в (6.10), получим:
/>м2.
2. Определяется условная поверхностьнагретой зоны:
/>, (6.12)
где kЗ — коэффициент заполнения корпуса по объему. В нашем случаеkЗ = 0,8.Подставляя значение kЗ в (6.12), получим:
/>м2.
3. Определяется удельная мощностькорпуса блока:
/>, (6.13)
где Р — мощность, рассеиваемая в блоке. Для разрабатываемогоблока Р=3Вт.
Тогда: /> Вт/м2./>
4. Определяется удельная мощностьнагретой зоны:
/> /> Вт/м2. (6.14)
5. Находится коэффициент Q1 в зависимости от удельной мощностикорпуса блока:
/>
/>.
6. Находится коэффициент Q2 в зависимости от удельной мощностинагретой зоны:
/>
/>.
7. Определяется коэффициент КН1 взависимости от давления среды вне корпуса блока: />,
где Н1 — давлениеокружающей среды в Па. В нашем случае Н1=84кПа. Подставив значение Н1в, получим: />.
8. Определяется коэффициент КН2 взависимости от давления среды внутри корпуса блока: />,
где Н2 — давлениевнутри корпуса в Па.
Для неперфорированного корпуса Н2=64кПа. Тогда:
/>.
9. Рассчитывается перегрев корпуса блока:
/> /> (6.19)
10. Определяется перегрев нагретой зоны:
/> (6.20)
/>
11. Определяется средний перегрев воздухав блоке:
/> /> (6.21)
12. Определяется температура корпусаблока:
/> /> (6.22)
13. Определяется температура нагретойзоны:
/> /> (6.23)
14. Находится средняя температура воздухав блоке:
/> /> (6.24)
Из анализа полученныхрезультатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемогоприбора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в немрадиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие температуры не превышаютпредельно допустимых величин. Таким образом,выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путемконвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способовохлаждения. Естественный способ охлаждения является наиболее легко реализуемыеи требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению сдругими способами охлаждения РЭС.
7.Технологическая часть
7.1 Расчеткомплексного показателя технологичности конструкции
Под технологичностьюконструкции следует понимать такое сочетание конструктивно-технологическихтребований, которое обеспечивает наиболее простое и экономичное производствоизделий при соблюдении всех технических и эксплуатационных условий.
Обеспечение технологичности конструкции РЭА — функцияподготовки производства, предусматривающая взаимосвязанное решение конструкторскихи технологических задач на стадиях проектирования, конструирования, ТПП,изготовления опытных образцов, передача изделия в серийное производство иэксплуатацию, направленных на повышение производительности труда, достиженияоптимальных трудовых и материальных затрат, сокращении времени на производство,техническое обслуживание и ремонт изделия (ГОСТ 14.201-83).
Оценка технологичностиконструкции может быть качественной и количественной.
К качественнымхарактеристикам технологичности конструкции относят взаимозаменяемость,регулируемость, контролепригодность и инструментальную доступность конструкции.Она характеризует конструкцию обобщенно, на основании опытаспециалистов-исполнителей.
Количественная оценкатехнологичности конструкции основана на системе показателей, численное значениекоторого характеризует степень удовлетворения требованиям технологичностиконструкции.
Целью такой оценкиявляется обеспечение эффективной отработки аппаратуры на технологичность приснижении времени и средств на ее разработку, технологическую подготовкупроизводства, изготовление, эксплуатацию и ремонт.
Главными факторами,определяющими требования к технологичности конструкции, являются: наименованиеизделия, объем выпуска, тип производства.
Объем выпуска и типпроизводства определяют степень технологического оснащения, механизации иавтоматизации технологического процесса и специализацию всего производства.
Для оценкитехнологичности конструкции используются относительные частные показатели Кiи комплексный показатель Кк, рассчитываемый по средневзвешенному значениюотносительных частных показателей с учетом коэффициентов Fi. Этикоэффициенты характеризуют весовую значимость частных показателей, т.е. степеньих влияния на трудоемкость изготовления изделия. Значение показателей Кiнаходятся в пределах 0, при этом рост показателясоответствует более высокому значению технологичности изделия.
Комплексный показательопределяется на основе частных показателей по формуле:
/>(7.1)
где Кi — показатель, определяемый по таблице значений частных показателейсоответствующего класса;
ji — коэффициент веса, показывающий влияние частныхпоказателей на комплексный (там же);
S — общее число показателей.
Все блоки РЭА условноразделены на 4 класса:
1) электронные;
2) радиотехнические;
3) электромеханические;
4) коммутационные.
К электронным относятлогические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированныхсистем управления и электронно-вычислительной техники, где число ИМС больше илиравно числу ЭРЭ. К радиотехническим относятся приемно-усилительные блоки,источники питания, генераторы сигналов и т.п. К электромеханическим блокамотносятся механизмы привода, отсчетные устройства, кодовые преобразователи ит.п.; к коммутационным относятся соединительные, распределительные блоки,коммутаторы и т.п.
Измеритель емкости относится к радиотехническим блокам.
В таблице 7.1представлены исходные данные для расчета коэффициентов технологичности.
Исходные данные длярасчета коэффициентов технологичности. Таблица 7.1
Наименование
Обозначение
Численное значение 1 2 3 1.Общее количество ЭРЭ в штуках НЭРЭ 86 2.Количество ЭРЭ в штуках, подготовка которых осуществляется механизированным или автоматизированным способом НМП ЭРЭ 75 3.Количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным способом Нам 184 4.Общее количество монтажных соединений НМ 203 5.Общее количество типоразмеров ДСЕ ДТ 13 6.Количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии ДТ.З 8 7.Количество автоматизированных операций контроля и настройки НМ.К.Н. 7 8.Общее количество операций контроля и настройки НКН 17 9. Общее число микросхемам КЭ.МС 30 10. Общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы НИЭТ 102 11.Общее количество деталей в изделии Д 15 12. Количество деталей, изготовляемых с применением типовых технологических процессов ДТП 8 13. Количество типоразмеров печатных плат в изделии ДТ.ПП 2 14. Общее число печатных плат ДПП 2
1) Коэффициентмеханизации и автоматизации подготовки ЭРЭ к монтажу определяется по формуле:
/>, (7.2)
где НМ.П.ЭРЭ — количество ЭРЭ в штуках, подготовка которых осуществляется механизированным илиавтоматизированным способом. В число указанных включаются ЭРЭ, не требующиеспециальной подготовки к монтажу (разъемы, реле, патроны и т.п.);
НЭРЭ — общее количество ЭРЭ в штуках. КЭРЭ относятся транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы, разъемы и т.п.
/>
2) Коэффициентавтоматизации и механизации монтажа определяется по формуле:
/>, (7.3)
гдеНА.М. — количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированнымспособом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установкеэлементов и последующей пайке;
НМ — общее количество монтажныхсоединений. Для ЭРЭ, микросхем, разъемов, реле и т.п. определяется поколичеству выводов.
/>
3) Коэффициент освоенностиДСЕ:
/> (7.4)
где ДТ.З — количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии;
ДТ — общее количество типоразмеров ДСЕ в РЭС.
/>
4) Коэффициентмеханизации и автоматизации операций контроля и настройки электрическихпараметров КМ.К.Н. определяется по формуле:
/>, (7.5)
где НМ.К.Н. — количество операций контроля и настройки, которые осуществляютсямеханизированным или автоматизированным способом, например, с помощьюполуавтоматизированных стендов, автоматов контроля и т.д.;
НК.Н. — общее количество операцийконтроля и настройки (визуальный, проверка блока на функционирование и т.д.).
/>
5) Коэффициент применения микросхем и микросборок:
/> (7.6)
где КЭ.МС – общеечисло микросхем;
НИЭТ — общее число ИЭТ, не вошедших вмикросхемы. К ИЭТ относят резисторы, конденсаторы, диоды, реле и т.д.
/>
6) Коэффициентповторяемости печатных плат определяется по формуле:
/>, (7.7)
где ДТПП — количество типоразмеров печатных плат в изделии;
ДПП – общее число печатных плат.
/>
7)Коэффициент применения типовых технологических процессов:
/>(7.8)
где Дтп — количество деталей, изготовляемых с применением типовых технологическихпроцессов;Д – общее число деталей.
/>
Таким образом, для данного радиотехнического блокакомплексный показатель технологичности равен
/>
Поскольку данное устройство является радиотехническим, тонормативное значение комплексного показателя технологичности составляет0.4-0.8. Расчетное значение комплексного показателя технологичности составляет0.6. Данный комплексный показатель технологичности соответствует нормативам,однако, следовало бы повысить технологичность за счет внедрения большегоколичества микросхем.
7.2 Выбор иобоснование технологической схемы сборки
Технологическим процессомсборки называют совокупность операций, в результате которых детали соединяютсяв сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия. Совокупность операций, врезультате которых осуществляют электрическое соединение элементов, входящих в составизделия в соответствии с электрической принципиальной схемой, называютэлектрическим монтажом.
Разработкатехнологического маршрута сборки и монтажа РЭC начинается с расчленения изделияили его части на сборочные элементы путем построения схем сборочного состава итехнологических схем сборки.
Простейшимсборочно-монтажным элементом является деталь, которая согласно ГОСТ 2101-68характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений.
Расчленение изделия на сборочныеэлементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава. Она служит затемосновой для разработки технологической схемы сборки, в которой формируетсяструктура операций сборки, устанавливается их оптимальная последовательность, вносятсяуказания по особенностям выполнения операций.
Наиболее широкоприменяются схемы сборки «веерного» типа (рис.7.1) и с базовойдеталью (рис. 7.2). На схеме сборки «веерного» типа стрелкамипоказывается направление сборки деталей и сборочных единиц. Достоинством схемыявляется простота и наглядность, однако, схема не отображает последовательностьсборки во времени.
/>Рис. 7.1. Схема сборки веерного типа
Схема сборки с базовойдеталью указывает временную последовательность сборочного процесса. При такойсборке необходимо выделить базовый элемент, т.е. базовую деталь или сборочнуюединицу. В качестве базовой обычно выбирают ту деталь, поверхности которойбудут впоследствии использованы при установке в готовое изделие. В большинствеслучаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и др. Направление движениядеталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия,соединяющая базовую деталь и изделие, называется главной осью сборки.
Технологическая схема сборкиявляется одним из основных документов, составляемых при разработкетехнологического процесса сборки./>Рис. 7.2. Схема сборки с базовой деталью
Состав операций сборки определяют исходя из оптимальной дифференциациимонтажно-сборочного производства. Требования точности, предъявляемые к сборкеРЭC, в большинстве своем ведут к необходимости концентрации процесса на основепрограммируемого механизированного и автоматизированного сборочногооборудования, что снижает погрешности сборки при существенном повышениипроизводительности процесса.
7.3 Разработка маршрута сборки
Сборку РЭС проводят в триэтапа:
1) на первом этапе(механический монтаж):
-выполняютнеразъемные соединения деталей и узлов с шасси, рамой, платой (сварка, пайка,развальцовка, склеивание и т.д.);
-устанавливают крепежныедетали (угольники, панели, лепестки и т.д.);
— выполняют разъемныесоединения частей блоков;
-закрепляюткрупногабаритные элементы собственными креплениями;
2) на втором этапе(электрический монтаж):
-выполняютзаготовительные операции (подготовка проводов, выводов ЭРЭ);
— устанавливают навесныеЭРЭ и микросхемы на платы;
-выполняют электрическоесоединения (монтаж) в соответствии с электрической принципиальной или электромонтажнымисхемами;
— ведут межблочныесоединения (жгутами, разъемами);
— контролируют качествомонтажа;
3) на третьем этапе(общая сборка изделия):
-собирают шасси переднейпанели;
-устанавливают кожухи: закрепляютрегулировочные элементы (ручки);
— регулировочные работы;
— контроль и маркировка.
При разработке технологического процесса сборки и монтажаэлектронных блоков важно не только обеспечить строгое соответствие требованиям,предъявляемым техническим условиям на изделие.
Выборварианта технологического процесса по производительности проводится, какправило, для сборочных единиц и блоков, имеющих большую трудоемкость сборочных операций,и основан на сравнении суммы трудоемкостей по всем операциям.
Исходя из вышеизложенного,выбираем в качестве технологической схемы сборки схему с базовой деталью.
Вкачестве базовой детали использована плата измерителя емкости.
В соответствии с вышесказанным технологический процесс сборкииспользована измерителя емкости будет состоять из следующей последовательности операций:
1) входной контроль;
2) подготовительная;
3) сборочная (установка элементов соштыревыми выводами):
· резисторы;
· диоды;
· конденсаторы;
· микросхемы;
· трансформатор;
· транзисторы;
· разьемы;
4) пайка
5) очистка ПП;
6) маркировка;
7) контроль;
8) настройка.
Разработанная технология сборки приведена в приложении.
Заключение
В результате работы надкурсовым проектом была разработана конструкция прибора измерителя емкости,которая полностью отвечает современным эргономическим, массогабаритным ифункциональным требованиям, а также другим требованиям технического задания.
Данное устройстворазработано с учетом современных требований конструирования РЭС, основнымитребованиями выступают следующие:
- обеспечениеминимальных габаритов и веса устройства;
- простота иудобство в эксплуатации;
- высокаяремонтопригодность;
- высокаянадежность.
Спроектированныйизмерителя емкости имеет следующие характеристики:
1. Габариты:
- длина, мм 170;
- ширина, мм 150;
- высота, мм 100.
2. Масса, кг, не более 0,8.
Климатические условияисполнения УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69.
В ходе курсовогопроектирования была проанализирована схема электрическая принципиальная,произведен выбор элементной базы.
Параметры надежности,рассчитанные в ходе курсового проекта, выше заданных в техническом задании.
Расчет теплового режимапозволяет судить о том, что меры защиты устройства от тепловых воздействийвыбраны верно и что они обеспечат нормальный режим работы теплонагруженныхэлементов устройства.
В разделе технологии былрассчитан комплексный коэффициент технологичности, равный 0.6, которыйудовлетворяет соответствующем параметрам. был разработан технологическийпроцесс изготовления печатной платы.
Результатом разработкиявились данная пояснительная записка и комплект конструкторской документации наразрабатываемое изделие.
Литература
1. Гель П.П.,Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микро-миниатюризация радиоэлектроннойаппаратуры: Учебник для вузов.- Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1984.
2. ГОСТ 15150-69Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различныхклиматических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения итранспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.
3. Ермалаев Н.А. Конструированиерадиоэлектронной аппаратуры М.: Радио и связь, 1986.
4. Каленкович Н.И. идр. Механические воздействия и защита радиоэлектронных средств: Учеб. пособиедля вузов / Н.И. Каленкович, Е.П. Фастовец, Ю.В. Шамгин. — Мн.: Выс.шк., 1989.
5. Конструированиерадиоэлектронных средств: Учеб. Пособие для студентов специальности: "Конструирование и технология радиоэлектронных средств" /Н.С. Образцов, В.Ф.Алекссев, С.Ф. Ковалевич и др.; Под ред. Н.С. Образцова.- Мн.: БГУИР, 1994.
6. Проектированиеконструкций радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов./ Е.М.Парфенов. Э.Н. Камышная, В.П. Усачев.- М.: Радио и связь, 1989.
7. Резисторы,конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭС:Справ./Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренко — Мн.:Беларусь, 1994.
8. Роткоп Н.В.,Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА.- М.: Сов.радио, 1976.
9. Хлопов Ю.Н.,Боровиков С.М., Алефиренко В.М. и др. Методическое пособие к курсовому проектированиюпо курсу «Конструирование и микро-миниатюризация РЭА».- Мн.: МРТИ,1983.
Техническоезадание
1 Наименование работы
1.1 Измеритель ёмкости.
2 Основание длявыполнения ОКР
2.1 Настоящая работавыполняется на основании учебного плана кафедры ЭТТ.
2.2 Начало ОКР: 29.01.04.
Окончание ОКР: 08.05.04.
3 Исполнители ОКР
3.1 Исполнитель МатвеевАлександр Анатольевич.
4 Цель и назначениеработы
4.1Целью разработки является создание измерителя емкости с питанием отпромышленной электросети с напряжением 220В.
4.2 Назначение разработки- создание конструктивно законченного устройства.
4.3 Разработка должнаобеспечить создание базовой модели блока измерителя емкости.
4.4 Дальнейшее развитие разработкидолжно выполняться путем создания модификаций базовой модели, отличающихся конфигурациейи изменениями функций на основе частных технических заданий.
4.5 Измерителя емкостипредназначен для измерения емкости конденсаторов от единиц пикофарад до 9999микрофарад.
4.6 Измерителя емкостипредназначен для использования в помещениях с повышенной влажностью иискусственно регулируемыми условиями.
5. Технические требования
5.1 Состав комплекта измерителя ёмкости и требованияконструкции.
5.1.1 Состав комплекта приведён в таблице 1.
Таблица 1. Наименование Количество Назначение
5.1.2 Измерителя емкости должен содержать следующие составныечасти:
¾ плата базовая;
¾ блок индикации;
¾ блок управления.
5.1.3 Измерителя емкости долженсоответствовать требованиям настоящего ТЗ, ТУ и комплекта конструкторскойдокументации.
5.1.4 Принциппостроения измерителя емкости должен обеспечивать:
¾ взаимозаменяемость сменныходноименных составных частей;
¾ возможность построения и расширения,совершенствования и изменения технико-эксплуатационных характеристик;
¾ ремонтопригодность.
5.1.5Габаритные размеры корпуса блока должны быть не более, м :
длина — 0,17;
ширина — 0,15;
высота — 0,1.
5.1.6 Массаблока должна быть не более 0,8 кг.
5.1.7Конструкция блока должна обеспечивать:
¾ удобство эксплуатации;
¾ возможность ремонта;
¾ доступ ко всем элементам, узлам,требующим регулирования или замены в процессе эксплуатации.
5.1.8 Электрическая прочность измерителяемкости между токоведущими цепями, а также между токоведущими цепями и корпусомв нормальных климатических условиях эксплуатации должна обеспечивать отсутствиепробоев и поверхностных перекрытий изоляции.
5.1.9 Для антикоррозионной защитыповерхность деталей, сборочных единиц и прибора в целом применятьгальванические покрытия.
5.2. Требованияк параметрам и характеристикам
5.2.1Потребляемая мощность блока, Вт, не более 3
5.2.2 Диапазонизмерения 1–9999 пФ
1–9999 нФ
1–9999 мкФ
5.2.3 Основная относительная погрешностьизмерения не более 0,25%
5.3.Требования к надежности
5.3.1 Устройство по обеспечению надёжностидолжно удовлетворять требованиям к надёжности по ГОСТ 27.003-90.
5.3.2 Средняя наработка на отказ, ч 100000.
Вероятностьбезотказной работы 0,9.
Среднее времявосстановления, ч 0,5.
Коэффициенттехнического использования, не менее 0,95.
5.3.3 Среднийсрок службы — не менее 10 лет с учетом проведения восстановительных работ.
5.3.4 Средний сроксохраняемости (до ввода в эксплуатацию) — не менее 9 месяцев.
5.3.5 Послевосстановления работоспособности, по окончании ремонтно-восстановительныхработ, изделие должно сохранять показатели назначения, изложенные в настоящемдокументе.
5.4 Эстетические и эргономические требования
5.4.1 Блок измерителя емкости должен отвечать общимтребованиям эстетики по ОСТ 4.270.200-83.
5.5 Требования к патентной чистоте
5.5.1 По схемным и конструктивным решениям измеритель ёмкостидолжен обладать патентной чистотой относительно ведущих стран в данной отраслитехники.
Выполнение и обоснование требований патентной чистоты ипатентной способности производят на стадии разработки рабочей документации.
5.6 Условия эксплуатации, требования к техническомуобслуживанию
5.7 Требования к упаковке и маркировке
5.7.1 Требования к упаковке и маркировке должнысоответствовать ГОСТ 28584-90.
5.8 Требования к транспортировке и хранению
5.8.1 Измеритель ёмкости в указанном виде должен допускатьперевозку всеми видами транспорта в соответствии с ГОСТ 22261-82.
5.8.2 Условия транспортирования измерителя емкости в таре длятранспортирования должны быть:
¾ температураокружающего воздуха, °С -20...+50;
¾ относительнаявлажность воздуха при +35°С,% до 95;
¾ среднемесячноезначение при температуре +27°С ,% 70;
¾ атмосферноедавление, кПа (мм рт.ст.) 84,0...107,0 (630...800).
6 Требованиябезопасности
6.1 По требованиям, обеспечивающим электробезопастностьэксплуатации, измерителя ёмкости должен соответствовать требованиям ГОСТ26104-84, класс защиты П.
7 Технико-экономическиепоказатели
7.1 Ориентировочная цена – 20 у.е.
7.2 Предполагаемая годовая потребность в измерителе ёмкости –5000 штук.