Описание конструкции частотомера цифрового

В основу разработки современной РЭА положен модульный принцип конструирования, основывающийся на функционально-узловом методе проектирования. В дипломном проекте разрабатывается конструкция первого уровня. Технологичной следует считать конструкцию, удовлетворяющую с заданной надежностью технологическим и эксплуатационным требованиям при выбранном типе производства, изготавливаемую с применением прогрессивных технологических процессов, обеспечивающую наименьшие затраты на поиск неисправностей и ремонт при обслуживании.

Технологичность конструкции можно оценивать количественно и качественно. Качественная оценка в процессе проектирования предшествует количественной.

При анализе конструкции рассматриваем требования к технологичности сборочных единиц и деталей.

Технологичность детали оценивается следующими требованиями:

-конструкция детали должна состоять из стандартных конструктивных элементов;

-собираться из стандартных или унифицированных заготовок;

-размеры и поверхность детали должны иметь оптимальную прочность и шероховатость;

-конструкция детали должна обеспечить возможность применения типовых и стандартных технологических процессов изготовления;

-деталь должна стремиться к простой форме.

Проанализировав техническое задание и учитывая условия эксплуатации изделия нормальные, а так же допускаемые значения воздействующих факторов по 4 группам жесткости в соответствии с ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. ОТУ», устанавливаем - плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79 группа жесткости 1.

Используя государственные и отраслевые стандарты ГОСТ 29137-91 «Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования», выполняем компоновку одним из выбранных методом. Выбираем габаритные размеры ЭРИ, установочные и присоединительные, определяем варианты установки на плату. Производим электрическое соединение ЭРИ печатными проводниками, условно изображая и в виде линий. Трассировку соединений на ПП выполняем в соответствии с требованиями ГОСТ 2.417-91 «Платы печатные. Правила оформления чертежей». Выбираем габаритные размеры и конфигурацию платы печатной, учитывая требования ГОСТ 10317-79 «Платы печатные. Основные размеры».

В результате компоновки получена печатная плата простой прямоугольной формы, минимальными для нашей схемы габаритными размерами (90 х 40), размеры сторон кратны 2,5 и соотношение сторон близки 2:1.

Выбираем толщину платы с учетом нагрузки по ГОСТ 23751- 86, она равна 1,5 мм. Выбираем материал для печатной платы по ГОСТ 10316-78 «Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. ТУ».

При повышенной влажности и тепловых воздействиях целесообразно использовать не дорогой, но обладающий хорошими эксплуатационными характеристиками стеклотекстолит фольгированный СФ-1(2)-35-1,5.

Эти материалы стандартизированы, имеют промышленный выпуск и гарантию качества, они недефицитны, недороги, имеют удовлетворительную обрабатываемость. Их применение повышают технологичность конструкции.

По конструктивным особенностям печатные платы с жестким основанием делятся на типы односторонние (ОПП), двухсторонние (ДПП) и многослойные (МПП). Выполняя компоновку, необходимо стремиться разместить проводники так, чтобы получить ОПП.

При разработке изделия я применил одностороннюю печатную плату. Односторонние печатные платы имеют низкую стоимость, высокую надежность, компоненты устанавливаются на стороне платы, свободной от монтажа и корпуса ЭРИ не требуют дополнительной изоляции от платы (зазора или детали - прокладка), точность выполнения рисунка высокая, не требуется металлизация отверстий, и мы можем использовать химический метод изготовления ПП.

Определяем класс точности печатной платы. По точности выполнения элементов проводящего рисунка печатные платы делятся на 5 классов ГОСТ 23751-86 «Платы печатные. Основные параметры конструкции». Выбираем класс точности 3, являющейся характерным для печатных плат с микросхемами. Плата средней насыщенности. Имеются узкие места. Печатные платы 3 класса точности сравнительно просты в изготовлении, надежны в эксплуатации, имеют невысокую стоимость.

В случае использования проектируемого изделия в условиях повышенной влажности, для защиты внешних паяных соединений от коррозии применяем лак ЗП-730 В2.4, бесцветный, ГОСТ20824-81. Это покрытие обладает высокой стойкостью к атмосферным воздействиям.

Габаритный размер печатного узла 90х40х15 мм.

Вывод: конструкция «частотомера цифрового» является технологичной, так как отвечает следующим требованиям:

- проста и целесообразна;

- имеет прямое функциональное назначение;

-удовлетворяет требованиям миниатюризации;

-класс точности 3 (ГОСТ 23751-86), то есть точность изготовления средняя, возможно использование для получения ПП стандартного оборудования;

-в модуле максимально использованы нормализованные и стандартизованные изделия (ЭРИ);

-материал платы: фольгированный стеклотекстолит недорогой и недефицитный, выпускаемый промышленно, имеет удовлетворительную обрабатываемость;

- применение печатного монтажа увеличивает надежность конструкции; обеспечивает возможность серийного изготовления; применения механизированных и автоматизированных процессов производства, использования типовых ТП;

- размеры и поверхность печатной платы имеют оптимальную точность и шероховатость:

h 14 - для габаритных размеров платы;

Н 12 - для крепежных отверстий;

R_z40 - для металлизированных отверстий и торцевых поверхностей;

R_z80 - для не металлизированных отверстий и торцевых поверхностей.

- в печатной плате 3 типоразмера монтажных отверстий.

ПП устанавливаем внутри корпуса конструкции и крепим с помощью винтов М3, используя 3 отверстия диаметром 3,2Н12.

3.3 Расчёт надёжности частотомера цифрового

Надёжность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации, технического обслуживания, ремонтов и транспортирования. Исходными данными для расчёта надёжности являются:

- схема электрическая принципиальная Э3;

- перечень элементов;

- климатические и механические условия эксплуатации.

Так как надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. То надежность так же можно определить как физическое свойство изделия, которое зависит от количества и от качества входящих в него элементов, а так же от условий эксплуатации. Надежность характеризуется отказом.

Отказ - нарушение работоспособности изделия. Отказы могут быть постепенные и внезапные.

Постепенный отказ - вызывается в постепенном изменении параметров элементов схемы и конструкции.

Внезапный отказ - проявляется в виде скачкообразного изменения параметров радиоэлементов (РЭ).

Все изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые

В работе изделия существуют 3 периода.

Рис.2.3.График зависимости интенсивности отказов от времени эксплуатации

На рисунке 2.3 показан график зависимости интенсивности отказов от времени эксплуатации.

1 - период приработки, характеризуется приработочными отказами.

2 - период нормальной эксплуатации, характеризуется внезапными отказами.

3 - период износа - внезапные и износовые отказы.

Понятие надежности включает в себя качественные и количественные характеристики.

Качественные характеристики:

- безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки

- ремонтопригодность - свойство изделия, приспособленность к:

1) предупреждению возможных причин возникновения отказа

2) обнаружению причин возникшего отказа или повреждения

3) устранению последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания

- долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (состояние при котором его дальнейшее применение или восстановление невозможно)

- сохраняемость - сохранение работоспособности при хранении и транспортировке.

Количественные характеристики:

-интенсивность отказа ЭРЭ:l_i;

- вероятность безотказной работы:

; (2.2)

- средняя наработка на отказ:

Т_ср. = 1/ ; (2.3)

- интенсивность отказа изделия:

= + +... + ; (2.4)

- вероятность отказа:

Q(t) = 1 – P(t). (2.5)

Рис. 2.4.

Интенсивность отказов зависит так же от коэффициента нагрузки (К_н) и от температуры окружающей среды (t_окр), которая влияет на коэффициент α (коэффициент влияния температуры).

Для удобства расчета однотипных электрорадиоэлементов (ЭРЭ), находящихся в одинаковых температурных условиях и работающих в одинаковых (близких) эксплутационных режимах, можно объединить в одну группу.

Расчет надежности произвел с помощью программы АСРН. Элементы принципиальной схемы, паяные соединения, печатные соединения заносятся в модуль 1 уровня, и производится расчет. В результате расчета получаем следующие показанные ниже данные.

Расчет надежности модуля: частотомер цифровой

I. Основные исходные данные

1. Расчет в режиме: эксплуатации

2. Группа аппаратуры: 3.1

3. Температура окружающей среды °С: 25

II. Расчет суммарной интенсивности отказов входящих модулей и ЭРИ:   Таблица 2.2 Расчет надежности

Тип ЭРИ

Количество

Схемная позиция

αб (бсг)

λэ, 1/ч

λэ*n, 1/ч

Полупроводниковые приборы

КД252Б

VD1-VD2

1·10-7

1.89·10-8

0.38·10-7

КП313А

VT1

0.72·10-7

1.16·10-7

1.16·10-7

КТ399А

VT2-VT3

0.32·10-7

1.81·10-8

0.36·10-7

Знакосинтезирующий индикатор HY-1602H7

LCD1

0.88·10-6

0.79·10-5

0.79·10-5

Микроконтроллер 1 DD1 1.5 ·10-7 1.35·10-7 1.2·10-7

Кварцевый резонатор HC49/U

Q1

2.5·10-8

0.7·10-7

0.7·10-7

Резисторы

МЛТ-0,125

R1-R6,R8-R12

0.5·10-7

1.21·10-7

1.33·10-6

СП3-22

R7

2.8·10-8

1.19·10-7

1.19·10-7

Конденсаторы

К10, К73

C1-C5, C7-C10

1.9·10-8

0.65·10-8

0.59·10-7

К50-40

С6

1.8·10-7

1.49·10-7

1.49·10-7

Дроссель ДМ-0,6

L1

2·10-9

0.9·10-8

0.9·10-8

Микропереключатели

S1,S2

0.8·10-7

0.77·10-8

1.54·10-8

Соединители низкочастотные и радиочастотные

СР-50, СР-75

X1

1.5·10-8

1.2·10-8

1.2·10-8

MOLEX

X2

1.9·10-8

1.45·10-10

1.45·10-10

Соединения

Паяные

-

0.69·10-10

0.55·10-9

0.75·10-7

проводники

-

1.3·10-9

1.04·10-8

0.63·10-6

Итого для модуля:

1.06·10-5

В результате расчета получена суммарная интенсивность отказов схемы:

1/ч

По формуле 2.3 определяем среднюю наработку на отказ:

T_ср=1/1,06·10^-5=94339 ч;

Определяем вероятность безотказной работы по формуле 2.2 для пяти временных точек (t₁=3·10⁴ ч, t₂=6·10⁴ ч, t₃=9,4·10⁴ ч, t₄=12·10⁴ ч, t₅=15·10⁴ ч,).

Таблица 2.3 Вероятность безотказной работы.

Строим график зависимости безотказной работы от времени для предлагаемой схемы (рис 2.5)

Рис 2.5 График зависимости безотказной работы

Вывод: Среднее время наработки до отказа составило 94339 часов. При работе по 24 часа в сутки устройство обеспечивает безотказную работу в течении десяти лет.

3.4. Расчёт теплового режима

Исходными данными для расчёта являются:

- длина корпуса прибора L₁

- ширина корпуса прибора L₂

-высота корпуса прибора L₃

- коэффициент заполнения прибора K_з: 0,3;

- удельная мощность, рассеиваемая прибором P₀, 20 Вт

Рассчитывается поверхность корпуса блока по формуле:

; (2.6)

.

Определяется условная поверхность нагретой зоны по формуле:

; (2.7)

.

Определяется удельная мощность корпуса блока по формуле:

; (2.8)

.

Рассчитывается удельная мощность корпуса блока по формуле:

; (2.9)

.

Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

. (2.10)

Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

. (2.11)

Находится коэффициент, зависящий от атмосферного давления вне корпуса:

. (2.12)

Находится коэффициент, зависящий от атмосферного давления внутри корпуса блока:

. (2.13)

Определяется перегрев корпуса блока по формуле:

; (2.14)

.

Рассчитывается перегрев нагретой зоны по формуле:

; (2.15)

.

Определяется средний перегрев воздуха в блоке по формуле:

; (2.16)

.

Определяется удельная мощность элементов по формуле:

; (2.17)

.

Рассчитывается перегрев поверхности элементов по формуле:

, где a=0,75, b=0,25; (2.18)

.

Рассчитывается перегрев окружающей элементы среды по формуле:

; (2.19)

.

Определяется температура корпуса блока по формуле:

; (2.20)

.

Определяется температура нагретой зоны по формуле:

; (2.21)

.

Находится температура поверхности элементов по формуле:

; (2.22)

.

Находится средняя температура воздуха в блоке по формуле:

; (2.23)

.

Находится температура окружающей элементы среды по формуле:

; (2.24)

.

Как видно из расчетов, максимальная температура теплонагруженных компонентов не превышает 85 градусов, что ниже предельной температуры определенной производителем. Таким образом, дополнительных мер по отводу тепла предпринимать нет необходимости.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: