Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 имени академика С.П. КОРОЛЕВА

Тольяттинский  филиал

Кафедра конструирования и производства

радиоэлектронных средств

Проектирование шумоподавителя

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу

«Основы конструирования и технологии производства РЭС»

Выполнил                    Шкатов И.И.

Группа                          54038

Руководитель проекта         Пиганов М.Н.

Оценка и дата зашиты

2008 г.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Разработать:

1. Конструкцию устройства, узла, платы
2. Провести расчет надежности элементов печатного монтажа
3. Разработать ТО и ИЭ
4. Разработать методику испытаний
5. Разработать технологический процесс сборки и монтажа

Исходные данные:

1. Схема электрическая принципиальная
2. Nг = 500 шт
3. t = -60…+60ºС
4. P = 100…800 мм рт. Ст
5. Тср>10000 часов
6. Относительная влажность воздуха (98±2)% при T = 30ºС

Справ. №

Подпись и дата

Инв. № дубл.

Влам.инв. №

Подп. и дата

СГАУ.431.321.001

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Инв. № подл.

Разраб.

Шкатов И.И

Шумоподавитель

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Пиганов М.Н.

1

33

СГАУ гр. 54038

Н. контр.

Утв.

Пиганов М.Н.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка:   33 стр., 3 рис.,  3 табл., 1 приложение, 6 источ.

Графическая документация:   3 л. А3     

ШУМОПОДАВИТЕЛЬ, КОНСТРУИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ, НАДЕЖНОСТЬ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ, КОМПОНОВКА, ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА

В курсовом проекте рассмотрены следующие задачи проектирования:

1.  Компоновка и разработка конструкции устройства

2.  Расчет топологии печатной платы

3.  Тепловой расчет

4.  Расчет надежности

5.  Оценка технологичности

6.  Разработка методики испытаний, тех процесса сборки и монтажа

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

2

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 4

1   КОНСТРУКТОРСКО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. 5

     1.1   Анализ технического задания. 5

     1.2   Анализ электрической принципиальной схемы.. 6

     1.3   Анализ элементной базы.. 7

2   РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА.. 9

     2.1   Выбор материала печатной платы.. 9

     2.2   Определение площади печатной платы.. 9

     2.3   Определение номинальных значений диаметров.

                                                                         монтажных отверстий. 10

     2.4   Определение ширины проводников. 11

     2.5   Определение диаметров контактных площадок. 13

3   РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ И   МОНТАЖА.. 15

4   РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА.. 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 23

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 25

      ПРИЛОЖДЕНИЕ А

Справ. №

Подпись и дата

Инв. № дубл.

Влам.инв. №

Подп. и дата

СГАУ.431.321.001 ПЗ

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Инв. № подл.

Разраб.

Шкатов И.И.

Шумоподавитель

Пояснительная записка

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Пиганов М.Н.

1

33

СГАУ гр. 54038

Н. контр.

Утв.

Пиганов

ВВЕДЕНИЕ

Любая радиоэлектронная аппаратура (РЭА) для успешного выполнения своих функций должна обладать точностью, долговечностью, надежностью и экономичностью. Эти параметры в первую очередь обеспечиваются достигнутыми уровнями технологии организации и культуры производства, соответствующей элементной базой, а также развитием ряда фундаментальных и прикладных наук.

В данном курсовом проекте решается комплексная инженерно-техническая задача - разработка конструкции радиотехнического изделия -шумоподавителя.

Проектирование включает в себя анализ и обоснование основных элементов и узлов проектируемого устройства, разработку конструкции, узла, платы; обоснование принятых расчетных нагрузок и технических решений. В частности, в курсовом проекте производится анализ технического задания, принципиальной электрической схемы, элементной базы; производится расчет печатной платы, теплового режима, расчёт надёжности.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

4

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

1       КОНСТРУКТОРСКО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

1.1              Анализ технического задания

При проектировании любой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) исходными данными для конструирования являются: техническое задание (ТЗ), схема электрическая принципиальная с перечнем электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и конструкторские аналоги, являющиеся изделиями такого же функционального назначения, что и разрабатываемое изделие. В качестве ограничений обычно выступают условия эксплуатации и технические возможности производства.

Анализируя ТЗ, можно сделать вывод, что разрабатываемый шумоподавитель предназначен для эксплуатации в широком диапазоне температур при умеренной влажности воздуха. Питание его осуществляется от стандартного элемента питания, выпускаемого промышленностью. Также должны выполняться требования по технике безопасности, то есть конструкция должна исключать попадание высокого напряжения на провода, соединяющие измерительную головку со счетным блоком.

Изделие должно сохранять свою работоспособность при воздействии указанных в ТЗ вибраций и ударных нагрузок и выполнять свои функции в течении, в среднем, 2,5 года.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

5

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

1.2        Анализ электрической принципиальной схемы

Этот шумоподавитель выполнен на трёх биполярных транзисторах. На транзисторах VT1 и VT2 собран усилитель высших частот. Диоды VD1 и VD2 образуют выпрямитель по схеме удвоения напряжения. Стабилитрон VD3 ограничивает уровень напряжения на коллекторе транзистора VT3. На этом транзисторе, резисторах R13, R15 и конденсаторе С10 собран управляемый постоянным напряжением фильтр нижних частот (ФНЧ). Рассмотрим подробнее работу этого узла. Элементы R13, R15, С10 составляют пассивный Т - образный фильтр нижних частот, настроенный на частоту среза около 10 кГц. При подключении нижнего по схеме вывода конденсатора С10 к общему проводу фильтр обладает максимальной крутизной среза сигнала высших частот, если же этот конденсатор отключить от общего провода, фильтр никакого влияния на сигнал не окажет. При поступлении на вход шумоподавителя сигнала  конденсатор С4 пропускает на вход усилителя только сигналы высших частот. Если такие сигналы отсутствуют, напряжение с выхода выпрямителя будет небольшим – значительно ниже напряжения отсечки транзистора VT3. Транзистор будет открыт, ФНЧ включен. Фильтр будет подавлять высокочастотный шум, не оказывая влияния на полезный сигнал. При появлении в спектре сигнала составляющих высших частот напряжение на выходе выпрямителя станет больше напряжения отсечки транзистора VT3. Транзистор закроется, и сигнал пройдет через отключенный фильтр практически без ослабления. Вместе с ним проникнет и шум. Но благодаря эффекту маскировки (шум как бы скрывается полезным сигналом), заметность шума значительно падает.

Как только полезный сигнал высших частот снизится или пропадет вовсе, начнет падать и напряжение на выходе выпрямителя из - за разрядки конденсатора С9 через резистор R14. Скорость разрядки конденсатора зависит как от его емкости, так и сопротивления резистора R14. А от нее, в свою очередь, зависит скорость включения фильтра.

Как уже было сказано, стабилитрон VD3 ограничивает максимальное напряжение на коллекторе транзистора, тем самым, защищая его от пробоя. Резистором R1 устанавливают порог срабатывания ФНЧ. Выключателем S1 можно вообще отключать ФНЧ, поскольку при замыкании контактов выключателя положительное напряжение поступает R6 на базу транзистора VT2 и закрывает транзистор.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

6

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

1.3     Анализ элементной базы

Элементная база шумоподавителя удовлетворяет заданным характеристикам изделия при предусмотренных ТЗ условиях эксплуатации.

В изделии использованы: резисторы С2-23, конденсаторы КМ-4, К50-35; диоды Д105А, Стабилитрон КВС111А, Транзисторы КТ315Б.

Были использованы следующие типы элементов:

Постоянные резисторы С2-23, обладающие следующими основными параметрами:

Интервал рабочих температур                                  Т_р = (-60…+100)ºС

Максимальное рабочее напряжение                                    U_max = 250 В

Допустимая вибрация: частота (5…100) Гц, ускорение 7.5g

Конденсаторы оксидные К50-35 с параметрами:

Интервал рабочих температур                                  Т_р = (-40…+85)ºС

Номинальное напряжение                                        U_ном = (6…450)В

            Конденсаторы керамические КМ-4:

Интервал рабочих температур                                  Т_р = (-60…+155)ºС

Номинальное напряжение                                        U_ном = 160В

Допустимая вибрация: частота (5…100)Гц, ускорение 7.5g

            Диоды VD1, VD2 – Д105А:

Интервал рабочих температур                                  Т_р = (-60…+100)ºС

Максимальное обратное напряжение                      U_{обр max} = 50В

Предельная рабочая частота                                     f_max = 0.15МГц

Стабилитрон VD3 – КВС111А:

Интервал рабочих температур                                  Т_р = (-60…+100)ºС

Ток стабилизации                                                      I_ст = 3мА

Напряжение стабилизации                                       U_{ст ном} = 5.1В

Транзисторы VT1-VT3 – КТ315Б:

Интервал рабочих температур                                  Т_р = (-60…+85)ºС

Постоянный ток коллектора                                     I_к = 30мА

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора    P_к = 120мВт

            Таким образом, применение указанных элементов обеспечит выполнение заданных характеристик, конструируемого шумоподавителя при условиях эксплуатации, предусмотренных техническим заданием.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

7

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

2       КОМПОНОВКА И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ

2.1         Внутренняя компоновка   

Внутренняя компоновка – это размещение деталей и узлов внутри корпуса. При выборе оптимальной компоновки особых трудностей не возникнет, так как устройство состоит из одного единственного узла – печатной платы. Вариант внутренней компоновки представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Внутренняя компоновка устройства

2.2           Внешняя компоновка

Под внешней компоновкой следует понимать размещение деталей узлов на передней и задней панели устройства. При внешней компоновке следует руководствоваться следующими принципами:

–        Наиболее часто используемые элементы управления выводятся на переднюю панель управления в рабочую зону действия левой руки;

Органы управления и коммутации сопровождаются соответствующими пояснительными надписями;

–        Функционально-однородные элементы располагаются вместе на одной линии;

–        В центре располагаются элементы, несущие основную информацию о работе устройства.

Исходя из этих принципов, внешняя компоновка устройства изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Внешняя компоновка устройства

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

8

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Разъёмы входного и выходного сигналов расположены на передней и задней боковых панелях соответственно. В качестве этих разъемов возьмем разъем СНП10 с двумя контактами. Разъём для подключения питания расположен на боковой панели справа.

            Эскизы этих разъёмов изображены на рисунке 3.

а)

       б)                                  в)

а) входной;

б) выходной;        

в) для подключения питания

Рисунок 3 – Разъёмы устройства:

2.3     Разработка конструкции

Конструкция устройства представлена на чертеже СГАУ.431.321.001 СБ.

Корпус определяет внешнее оформление изделия и обеспечивает комплексную защиту от внешних дестабилизирующих факторов. Исходя из параметров, характеризующих внешние воздействия (температура, влажность, давление), указанные в ТЗ, корпус изделия можно выполнить негерметизированным. В качестве материала для изготовления корпуса выбран полистирол. 

Корпус шумоподавителя конструктивно состоит из двух П-образных частей, изготовленных методом штамповки: основание и крышка. Основание является несущей конструкцией изделия. Крышка включает в себя переднюю и боковые панели. На основании имеется четыре «ушка» крепления, в которых сделаны отверстия с резьбой под крепежные винты МЗ. Соответствующие отверстия (без резьбы) в крышке.

В качестве материала печатной платы выбран стеклотекстолит СФ1-30-1,5 ГОСТ 10316-78. Его характеристики удовлетворяют требованиям ТЗ, он имеет хорошее сцепление фольги с основанием.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

9

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

3       РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА

На основании ГОСТ 10316-78 в качестве материала для печатной платы выбираем односторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,5 мм и с толщиной фольги 30 мкм (СФ1-30-1,5). При изготовлении платы будет применяться химический метод.

3.1              Расчёт по постоянному току

Электрические свойства платы печатной по постоянному току оценивается нагрузочной способностью проводников по току, сопротивлением изоляции и диэлектрической прочностью основания платы.

3.1.1     Выбор класса точности

Печатная плата изготавливается химическим методом из стеклотекстолита марки СФ1-30-1,5, ГОСТ 10316-78, класс точности третий ОСТ 4.010.022-85.

3.1.2           Определение минимальной ширины печатных проводников по постоянному току для цепей питания и заземления

                   ,                                                         (3.1)

где  t_min – минимальная ширина проводников питания по постоянному току (мм);

 I_max – максимальна величина тока в цепи, А;

 j_доп – допустимая плотность тока, А/мм²;

 h_ф – толщина фольги, мкм.

Принимаем I_max = 0,2 А;  j_доп = 20 А/мм²;  h_ф = 30 мкм и по (3.1) получаем:

3.1.3     Расчёт сечения печатных проводников

Из приведенных данных можно определить сечение печатного проводника шины «Питание» и «Земля»:

S = h_ф· t_min = 30·10^-3 мм·0,33 мм = 0,0099 мм²                             (3.2)

3.1.4     Расчет сопротивления изоляции печатных проводников

Сопротивление изоляции параллельных проводников определяется по формуле:

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

10

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

                                                                                  ,                                                                             (3.3)

где      

                         - поверхностное сопротивление изоляции:

ρ_s – поверхностное удельное сопротивление стеклотекстолита;

S_min – минимальный зазор между проводниками;

                       - объемное сопротивление изоляции:

ρ_v – объемное удельное сопротивление изоляции;

h_nn – толщина печатной платы.

 Для нормальной работы схемы нужно, чтобы сопротивление изоляции между разобщенными проводниками в условиях наивысшей влажности подчинялось неравенству:

R>10³·R_вх,                                                                                (3.4)

где R_вх – входное сопротивление коммутируемых схем.

            Удельные сопротивления ρ_s и ρ_v для стеклотекстолита:

ρ_s = 6,6·10¹¹Ом·мм²/м;  ρ_v = 0,06·10⁹Ом·мм²/м

S_min = 1,25 мм; L = 30 мм; S_n = 0,0025 мм².

Получаем:

h_nn = 1,5 мм; R_s = 27,5 ГОм; R_v = 36 ГОм; R = 15, 6 ГОм.

Таким образом, условие (3.4) легко выполняется и дополнительных мер по защите печатной платы не требуется.

3.2        Конструктивно-технологический расчет

3.2.1        Определение номинальных значений диаметров монтажных отверстий

Номинальные значения диаметров монтажных отверстий определяется по формуле:

d = d_э + r + ∆d_но,                                                                       (3.5)

где d_э – максимальное значение диаметра вывода устанавливаемого ЭРЭ;

r – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ; r = (0,1…0,4) мм, выбираем r = 0,3 мм;

∆d_но – нижнее предельное отклонение от номинального значения диаметра отверстия.

В нашем случае для вывода с диаметром d_э = 1 мм по ГОСТ 23751-86 для платы третьего класса точности находим ∆d_но = 0,1 мм. Подставив эти значения в (3.5) получим:

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

11

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

                                                           d = 1 мм + 0,3 мм + 0,1 мм = 1,4 мм.

3.2.2     Определение диаметра контактных площадок

Минимальный диаметр контактных площадок для односторонних печатных плат, изготовленных химическим способом, определяется по формуле:

D_min = D_{min Э} + 1,5·h_ф,                                                           (3.6)

где D_{min Э} – минимальный эффективный диаметр площадки:

D_{min Э} = 2·(b_M + 0,5·d_max+ δd + δp)                                                (3.7)

где b_M – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (для третьего класса 0,045 мм);

δd, δp – допуски на расположение отверстий и контактных площадок (для третьего класса δd=0,08 мм, δp=0,15 мм);

d_max – максимальный диаметр просверленного отверстия:

d_max = d + ∆d + (0,1…0,5),                                                               (3.8)

где ∆d – допуск на отверстие (для отверстия без металлизации диаметром менее 1 мм ∆d=0,05 мм, более 1 мм - ∆d=0,1 мм).

Из (3.8) получаем:

d_max = 1,4 мм + 0,1 мм + 0,1 мм = 1,6 мм.

            Далее по формуле (3.7) получаем:

D_{min Э} = 2·(0,045 мм + 0,5·1,6 мм + 0,08 мм + 0,15 мм) = 2,15 мм.

            Максимальный диаметр контактной площадки определяется по формуле:

D_max = D_min + (0,02…0,06).                                                             (3.9)

            Тогда

D_max = 2,15 мм + 0,03 мм = 2,18 мм.

3.2.3           Определение ширины проводников

Минимальная ширина проводников определяется по формуле:

t_min = t_{min Э} + 1,5·h_ф,                                                                 (3.10)

где t_{min Э} – минимальная эффективная ширина проводника.

            Для печатных плат третьего класса точности t_{min Э} = 0,18 мм. Тогда по формуле (3.10) находим

t_min = 0,18 мм + 1,5·0,03 мм = 0,225 мм.  

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

12

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

d = 1 мм + 0,3 мм + 0,1 мм = 1,4 мм.

3.2.4     Определение диаметра контактных площадок

Минимальный диаметр контактных площадок для односторонних печатных плат, изготовленных химическим способом, определяется по формуле:

D_min = D_{min Э} + 1,5·h_ф,                                                                    (3.6)

где D_{min Э} – минимальный эффективный диаметр площадки:

D_{min Э} = 2·(b_M + 0,5·d_max+ δd + δp)                                                          (3.7)

где b_M – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (для третьего класса 0,045 мм);

δd, δp – допуски на расположение отверстий и контактных площадок (для третьего класса δd=0,08 мм, δp=0,15 мм);

d_max – максимальный диаметр просверленного отверстия:

d_max = d + ∆d + (0,1…0,5),                                                                    (3.8)

где ∆d – допуск на отверстие (для отверстия без металлизации диаметром менее 1 мм ∆d=0,05 мм, более 1 мм - ∆d=0,1 мм).

Из (3.8) получаем:

d_max = 1,4 мм + 0,1 мм + 0,1 мм = 1,6 мм.

            Далее по формуле (3.7) получаем:

D_{min Э} = 2·(0,045 мм + 0,5·1,6 мм + 0,08 мм + 0,15 мм) = 2,15 мм.

            Максимальный диаметр контактной площадки определяется по формуле:

D_max = D_min + (0,02…0,06).                                                             (3.9)

            Тогда

D_max = 2,15 мм + 0,03 мм = 2,18 мм.

3.2.5     Определение ширины проводников

Минимальная ширина проводников определяется по формуле:

t_min = t_{min Э} + 1,5·h_ф,                                                                 (3.10)

где t_{min Э} – минимальная эффективная ширина проводника.

            Для печатных плат третьего класса точности t_{min Э} = 0,18 мм. Тогда по формуле (3.10) находим

t_min = 0,18 мм + 1,5·0,03 мм = 0,225 мм.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

13

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Максимальная ширина проводников определяется по формуле:

t_max = t_min + (0,02 + 0,06).                                                        (3.11)

            Находим:                               t_max = 0,225 мм + 0,03 = 0,255 мм.

3.2.6     Определение площади печатной платы

Площадь печатной платы определяется по формуле:

                               ,                                                                  (3.12)

где k – коэффициент заполнения, k = 0,3…0,9;

S_iуст – площадь, занимаемая i-м элементом.

Для резисторов: S_уст= 50 мм², N=15.

Для конденсаторов: S_уст= 42 мм², N=10.

Для диодов: S_уст = 70 мм². N=3

Для транзисторов: S_уст= 36 мм². N=3

Коэффициент заполнения выбираем k=0,5, так как нет особых требований к плотности монтажа ЭРЭ.

Тогда по (3.12) получим:

            Исходя из полученного значения, выбираем линейный размер платы (120×60) мм.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

14

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

4       РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ И МОНТАЖА

Технологический процесс на сборку и монтаж приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Технологический процесс сборки и монтажа

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

15

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

16

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

17

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

18

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

19

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

20

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

5          РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ

При выполнении расчета надежности изделия используется специальная методика. При этом могут применяться следующие допущения:

Изделие имеет два состояния: работоспособное и неработоспособное.

Элементы образуют последовательную схему надежности, то есть отказ одного элемента приводит к отказу всего устройства.

Интенсивность отказов во времени постоянна, то есть износ и старение элементов отсутствует, а наблюдаются лишь внезапные отказы.

Отказы и восстановления элементов взаимно независимы.

Во время ремонта изделие выключено, и поэтому элементы не могут вызвать отказа изделия.

Исходными данными для расчета надежности изделия являются:

Типы и количество элементов, применяемых в изделии.

Значение коэффициентов нагрузки.

Интенсивности отказов элементов.

Температура окружающей среды.

Перечисленные выше параметры определяются следующим образом.

Коэффициенты нагрузки для радиоэлементов вычисляются по следующим формулам:

Для резисторов:

,                                                              (5.1)

               где Р_рас. – рассеиваемая в резисторе активная мощность;

  Р_доп. – допустимая рассеиваемая мощность.

Для конденсаторов:

,                                                             (5.2)

           где   U_max – максимальное напряжение на конденсаторе;

U_доп – допустимое напряжение на обкладках конденсатора.

Для транзисторов:

 ,                                                           (5.3)

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

21

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

где  Р_{к. рас} – рассеиваемая в коллекторе мощность;

        Р_{к. доп} – допустимая мощность в коллекторе.

Для стабилитронов:

,                                                          (5.4)

где  I_ст – ток рабочей точки стабилитрона;

       I_{ст. max} – максимально возможный ток стабилитрона.

При расчете надежности используется математическая модель, имеющая экспоненциальное распределение.

С учетом влияния эксплуатационных факторов интенсивность отказов вычисляется по следующей формуле:

λ_i =  λ_0i·K₁·K₂·K₃·K₄·α_i(T_окр., К_н),                                           (5.5)

где    K₁ – коэффициент, учитывающий вибрацию конструкции;

K₂ – коэффициент, учитывающий ударные нагрузки;

K₃ – коэффициент, учитывающий влияние влажности;

K₄ – коэффициент, учитывающий атмосферного давление;

α_i(T_окр., К_н) – коэффициент, выбираемый из соотношения температуры элемента и его коэффициента нагрузки.

Используя табличные значения, вычисляется интенсивность отказов устройства:

,                                                         (5.6)

          где m – число типов элементов;

                 n_i – число элементов i-го типа.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

22

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Вероятность безотказной работы в течение некоторого количества часов:

Р(t) = exp(-Λ·t),                                                        (5.7)

где    t – длительность интересующего периода времени в часах.

Среднее время наработки на отказ:

.                                                            (5.8)

Среднее время восстановления:

,                                                 (5.9)

где  τ_i – среднее время восстановления одного элемента в часах.

Вероятность того, что возникшая неисправность относится к элементам i-го типа:

.                                                   (5.10)

Все расчетные и справочные значения сведены в таблицу 2.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

23

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Таблица 2 – Расчет надежности по внезапным отказам

Таким образом, интенсивность отказов всего устройства равна Λ = 5,8524·10^-5 ч^-1.

Вероятность безотказной работы в течение заданной в ТЗ наработки (200 ч):

P(t) = e^-Λ·t = e^{5,8524·10-5·10000} = 0,92213

Среднее время безотказной работы:

.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

24

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

6        МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

Питание  шумоподавителяля  осуществляется  напряжением  (+12…+15)В.

Режим работы модуля продолжительный номинальный S1.

Шумоподавитель осуществляет подавление высокочастотного шума, не оказывая влияния на полезный сигнал.

6.1         Технические требования

Шумоподавитель должен соответствовать требованиям ГОСТ 3940.

6.1.1    Габаритные,   присоединительные   размеры,   масса   шумоподавителя   и внешний вид должны соответствовать требованиям завода - изготовителя.

6.1.2   Степени защиты от проникновения посторонних тел и воды должна соответствовать 1Р67 ГОСТ 14254.

6.1.3 Шумоподавитель должен быть работоспособным:

а)  При температуре    окружающей среды от 213К (минус 60°С) до 333К (60°С).

б) При изменении подводимого напряжения в пределах от 12 до 15В.

6.1.4   Материал корпуса шумоподавителя должны выдерживать воздействие агрессивных сред и не должен поддерживать горение.

6.1.5 Модуль должен сохранять работоспособность:

а)  После длительного пребывания при температуре окружающей среды от 213 (минус 60°С) до 333К (60°С).

б)  После воздействия циклического изменения температуры окружающей среды от 213 (минус 40°С) до 323К (140°С).

в) После воздействия влажной тепловой среды при температуре 313 К (40°С) и относительной влажности 98% в течение 96 часов.

г) После воздействия вибрационных и ударных нагрузок:

-  вибрационные с максимальным ускорением 400 м/с при частоте вибрации (50-250)Гц поочередно в каждом из трех взаимно-перпендикулярных направлений с количеством циклов нагрузки 2·10⁶ по каждому направлению:

-   ударные нагрузки с максимальным ускорением 150 м/с при количестве ударов 10000.

д) После воздействия напряжения питания обратной полярности величиной 5 В в течение 60с.

6.1.6  Шумоподавитель должен выдерживать воздействие агрессивных сред и не

должен поддерживать горения.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

25

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

6.1.7  Требования к надежности:

а) Шумоподавитель относится к неремонтируемым изделиям конкретного назначения вида 1 по ГОСТ 27.003.

б) Нормируемый показатель надежности - показатель безотказности - 98%-ная наработка до отказа должна быть не менее 10000 часов работы шумоподавителя.

6.1.8  Устройство поставляется без комплектации запасными частями и эксплутационной документации.

6.1.9   Маркировка.   На   устройстве   должна   быть   нанесена маркировка, содержащая:

- товарный знак предприятия — изготовителя;

- обозначение изделия;

- номинальное напряжение 12В;

- дату изготовления (месяц, две последние цифры года);

- обозначение технических условий;

- надпись "Сделано в России";

- знак соответствия при обязательной сертификации;

6.1.10 Упаковка. Шумоподавители, поставляемые на комплектацию и в запчасти, укладываются в ящик из гофрокартона. Вес упаковки не должен превышать    10    кг.    Между    модулями,    по   длине    и    ширине   ящика, устанавливаются прокладки.

  6.1.11    В    каждый    транспортный    пакет    должен    быть    вложен сопроводительный документ с указанием:

-  наименования и товарного знака предприятия-изготовителя;

- обозначение изделия;

- наименования изделия;

- обозначения ТУ;

- количества изделий;

- даты упаковки;

- штампа упаковщика;

- массы брутто;

- надписи "Сделано в России ";

- гарантийного срока хранения;

-  основной информации о сертификации (номер сертификата, срок его действия, наименования органа его выдавшего).

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

26

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

6.2         Методы испытаний

6.2.1 Методы испытаний шумоподавителя - по ГОСТ 3940, ГОСТ 16962 .1, ГОСТ 16962 .2

Перед началом испытаний модули выдерживают не менее 24 ч при нормальных значениях климатических факторов внешней среды по ГОСТ 3940.

6.2.2   Проверку габаритных и установочных размеров проводят контрольным измерительным инструментом, проверку массы – путем   взвешивания на весах с погрешностью не более ± 5г.

Проверку внешнего вида проводят наружным осмотром.

6.2.3   Все выводы шумоподавителя подключают к блоку нагрузки. Блок нагрузки состоит из резистивной и емкостной нагрузок.

6.2.4    Проверку работоспособности при повышенном напряжении питания U_n=24 В при частоте следования сигналов управления f = (16,7±1,7)Гц и длительности сигналов управления te= (3±0,1)мс.

6.2.5   Испытания на электромагнитную совместимость проводят в специализированной организации по методикам ГОСТ28751, ГОСТ29157, РД 3174.101.002-98.

6.2.6  Испытания на вибропрочность и ударопрочность проводят по ГОСТ 3940 на стендах, на которых шумоподавитель закрепляют с помощью специальных приспособлений и испытывают в неработающем состоянии.

Испытание на вибропрочность проводят в диапазоне частот (50 -250)Гц, при закреплении шумоподавителя поочередно в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

6.2.7  Испытание на теплостойкость проводят следующим образом:

а) Испытание на теплостойкость по п.6.1.6.(а).

Шумоподавитель помещают в термокамеру с температурой 423°К (150°С) и включают в работу на 24 часов. По окончании испытаний (не позднее чем через 5 мин), модуль проверяют на соответствие п.6.1.4.(а) и по внешнему виду на отсутствие трещин и других повреждений.

б) Испытание на теплостойкость:

Шумоподавитель помещают в термокамеру с температурой (428±3)К [(155±3°С)] на 24ч.

По окончании испытания (не позднее чем через 5мин), шумоподавитель проверяют на отсутствие трещин и других повреждений.

6.2.8   Испытание на холодостойкость проводят следующим образом:

Шумоподавитель помещают в холодильную камеру с температурой (233±3)К (-40±3)°С на 4 ч в нерабочем состоянии, затем включают в работу на 8 ч.

По окончании испытаний (не позднее чем через 5мин.), модуль проверяют на соответствие п.6.1.3 и по внешнему виду на отсутствие трещин и других  повреждений.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

27

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Далее, после выдержки при нормальных значениях климатических факторов внешней среды не менее 2 ч шумоподавитель проверяют на соответствие п.6.1.4.

6.2.9  Испытание на влагоустойчивост, проводят по методике ГОСТ 16962.1 (метод 207-1).

6.2.10  Испытание степени защиты шумоподавителя от проникновения пыли и воды по проводят по методике ГОСТ 14254.

6.2.11    Проверку упаковки проводят при типовых испытаниях визуально   путем   сличения   с   чертежом  упаковки,   измерения   размеров универсальным измерительным инструментом и взвешивания на весах с погрешностью не более 5% .

6.2.12 Испытание на надежность:

а) План испытаний.

Контроль параметров безотказности проводится методом альтернативного контроля при следующих исходных данных для планирования испытаний (по РД 37.003.010):

- доверительная вероятность Р=0,8;

- количество независимых наблюдений п=^г32;

- приемочное число отказов г=0.

б) Условия и порядок проведения испытаний.

Испытания проводятся базовыми циклами. Количество базовых циклов - 10. Каждый базовый цикл соответствует одному году эксплуатации автомобиля. Перед началом испытаний и после каждого цикла проводится контроль на наличие отказов.

6.4 Транспортирование и хранение.

6.4.1 Условия транспортировки и хранения шумоподавителей в части воздействия   климатических   факторов   должны   соответствовать   группе условий хранения 2 (С) по ГОСТ 15150 .

Условия транспортирования шумоподавителей в зависимости от воздействия механических факторов по категории "С" ГОСТ 23216 .

6.4.2 Условия хранения изделий - 2(C) по ГОСТ15150 в упаковке предприятия-изготовителя. Гарантийный срок хранения - 3 года.

Перечень документов, на которые даны ссылки в ТУ приведены в таблице 3.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

28

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Таблица 3 – Перечень документов, на которые даны ссылки в ТУ

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

29

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Продолжение таблицы 3

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

30

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

7       ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ

7.1         Общая информация

7.1.1     Информация по охране окружающей среды

Упаковка не содержит излишних упаковочных материалов. Устройство изготовлено из материалов, которые могут быть рециркулированы и вторично использованы в том случае, если ее размонтаж выполняется специализированным предприятием. Необходимо соблюдать местные постановления относительно выброса упаковочных материалов, разрядившихся батарей и вышедшего из употребления оборудования.

7.1.2     Информация по безопасности

–        Перед началом работы следует проверить, соответствует ли напряжение питания номинальному значению напряжения питания устройства.

–         Установите устройство на прочном основании.

–        Предохраняйте устройство от чрезмерной влажности, дождя, песка и не ставьте её вблизи источников теплоты.

–        Не пользуйтесь сотовым телефоном во время работы устройства.

–        Не ремонтируйте устройство самостоятельно.

7.1.3     Технические характеристики

–        Материал корпуса – полистирол

–        Габаритные размеры –

–        Масса шумоподавителя –

–        Напряжение питания – (12…15) В

–        Условия эксплуатации:

–    Температура окружающей среды – от -60ºС до +60 ºС

–    Атмосферное давление – (100…800) мм рт.ст.

–    Относительная влажность воздуха – (98±2)%

–        Условия хранения:

–    Температура окружающей среды – от -70ºС до +75 ºС

–    Относительная влажность воздуха – 98%

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

31

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового проекта была разработана конструкция шумоподавителя. В результате проделанной работы по выбору конструкции, расчетов надежности элементов печатного монтажа была получена конструкция, все параметры которой удовлетворяют техническому заданию. Также были разработаны методика испытаний, технологический процесс сборки и монтажа печатной платы, техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Результатом выполнения курсового проекта является графическая документация и пояснительная записка.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

32

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1        Алейников, Л.В. Конструирование РЭС [Текст]: учебное пособие – М.: Высшая школа, 1988. – 432 с.

2        Чекмарев, А.Н. Классификатор радиотехнических изделий [Текст]: методические указания/ Пахомов В.В., Молотов П.Е.  – КуАИ, 1988 – 32 с.

3        Соболев, А.А. Справочник разработчика и конструктора РЭА [Текст]: Элементная база/ Соболев А.А., Соколов Г.В., Филиппов В.П. –  М.: 1985. – 25с.

4        Перельман, Б.Л.  Полупроводниковые приборы [Текст]: справочник – М.: Солон, 1996- 176 с.

5        Романычева,  Э.Т. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА [Текст]:Справочник  – М.: Радио и связь, 1989. – 448с.    

6        Справочник радиолюбителя-конструктора [Текст]: изд. 2-е, перераб. и доп. – М., Энергия, 1978. – 752 с.

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Влам. инв. №

Подп. и дата

Инв. № подл.

СГАУ.431.321.001

Лист

33

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата