Разработка конструкции зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Разработка конструкции зарядного устройства для НКА»

по дисциплине «Основы конструирования и технологии производства РЭС»

Работу выполнила

студентка. группы ЗРТЭ-21-07

Филиппова О.А.

Чебоксары 2011



АННОТАЦИЯ

В данной курсовой работе разработана конструкция, состоящая из резисторов, конденсаторов, а так же произведены конструкторские расчёты.

Более подробно ведётся анализ устройства на вибропрочность, ударопрочность и надёжности по внезапным отказам, а так же уделяется внимание расчёту проводников по постоянному и расчёту электрических параметров печатной платы. Уделяется внимание выбору материала и определения размеров печатной платы.



ABSTRACT

In the given course work the design receiver consisted of resistors, capacity of, and as the design accounts are made.

The analysis is thoroughly conducted to determine the vibration toughness, impact resistance and reliability of the device in case of sudden breaks. Much attention is also given to conductors and calculations of parameters of a printed charge. Also attention is given to the choice of the material and determination of a printed. электрорадиоэлемент плата проводник



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2. АНАЛИЗ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ И ОПИСАНИЕ ЕЁ РАБОТЫ

3. ВЫБОР НАВЕСНЫХ ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТОВ

4. ВЫБОР ВАРИАНТА УСТАНОВКИ НАВЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ

5. ВЫБОР ТИПА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ, КЛАССА ТОЧНОСТИ, РАЗМЕРОВ И КОНФИГУРАЦИИ

6. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ОСНОВАНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

7. ВЫБОР МЕТОДА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

8. КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЁТЫ:

8.1 Компоновочный расчёт

8.2 Проверочные расчёты на ПП

8.2.1 Расчёт проводников по постоянному току

8.2.2 Расчет электрических параметров печатных плат

8.2.3 Расчет на вибропрочность печатных плат

8.2.4 Расчёт на ударопрочность

8.2.5 Расчет надежности по внезапным отказам

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА



ВВЕДЕНИЕ

Конструирование, являясь составной частью процесса разработки РЭС, представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимы учет разносторонних требований к конструкции приемнику, знание современной технологии, схемотехники, импульсной техники, сопротивление материалов, теории надежности и других теоретических и прикладных дисциплин.

Конструкция современной РЭС - комплекс различных по природе деталей, определенным образом объединенных электрически и механически друг с другом и призванных выполнять заданные функции в заданных условиях и режимах эксплуатации. От правильного выбора этих деталей, материалов, из которых они изготовлены, правильного их размещения, закрепления и объединения зависит важнейшие характеристики приемника (объем, масса, потребление мощности, допустимые условия эксплуатации, надежность, стоимость и т.д.

Широкое внедрение приемных устройств во все сферы человеческой деятельности предопределяет необходимость разработки таких приемников, которые бы имели широкие возможности применения, малую стоимость, и небольшую длительность этапа разработки и внедрения ее в производство, максимальную технологичность и т.д.



1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Анализ технического задания предваряет выбор конструктивно-технологических решений при разработке конструкции РЭС. В зависимости от объема производства будут изменяться требования к автоматизации установки элементов, способам маркировки, методам изготовления ПП, классам точности ПП, методам формообразования деталей корпуса т.д.

Климатическое исполнение (четвертый и пятый элемент обозначения) включает климатический район и категорию размещения по ГОСТ 15150-69.

Тип аппаратуры обусловливает уровень механических воздействий и действующую систему стандартов применительно к объекту установки (например, система базовых несущих конструкций возимой аппаратуры, которая предопределяет возможные габаритные размеры печатных плат, рамки, способ их установки в блок и т.д.).

Моему варианту соответствует шифр задания145ТВ1, который включает в себя следующие обозначения:

тип аппаратуры …………………… 1-стационарная;

конструктивное исполнение ……... 4- электронная;

условия производства……………... 5-крупносерийное производство;

климатический район.……………... ТВ - тропический влажный;

категория размещения…………….. 1- на открытом воздухе;

Данному типу аппаратуры соответствуют следующие параметры

механического воздействия:

диапазон рабочих температур, °С - +45-:- +1

частота вибрации, Гц - 10-:-50

ускорение вибрации, g до 2

ударное ускорение, g - до 50.



2. АНАЛИЗ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ И ОПИСАНИЕ ЕЕ РАБОТЫ

Основным документом и ограничением является принципиальная электрическая схема зарядного устройства. При анализе схемы определяется: максимальный потребляемый ток - 1,5А; работает от сети 220В.

При компоновке и трассировке печатной платы существуют следующие ограничения:

1) усилительные устройства желательно располагать в виде линейки отдельных каскадов, стремясь при этом минимизировать длину межкаскадных связей, максимально разнести входные и выходные цепи. Для таких устройств не следует стремиться к максимально плотной упаковке, так как это может привести к самовозбуждению схемы, появлению нежелательных взаимосвязей;

2) в случае симметричной схемы симметрия должна находить отражение в конструкции платы, т.е. должно соблюдаться симметричное расположение компонентов и печатных проводников на плате, подобие их формы и примерное равенство их длины. При таком варианте вносимая в схему монтажная емкость обеспечивает идентичность «плеч» устройства, при которой будет правильно осуществляться переброс схемы из одного состояния в другое и обратно;

3) допустимое напряжение между двумя расположенным рядом печатными проводниками зависит от минимального зазора между ними.

В случае, если устройство будет эксплуатироваться при пониженном давлении, величина допустимого напряжения существенно снижается. Воздействие повышенной влажности приводит к снижению допустимого рабочего напряжения в 1,5-2 раза;

4) на ПП не следует располагать элементы массой свыше 20 г. Как правило, такие элементы располагают вне ПП (на шасси, боковых и задних стенках РЭС и т.д.). Ряд элементов по своему функциональному назначению (органы управления, регулировки, элементы индикации, датчики, исполнительные устройства) делают выносными. В этом случае на схеме электрической принципиальной должны быть отмечены выносные элементы и показаны их соединения с основной схемой;

5) плотность электрического тока в печатном проводнике не должна превышать 30 А/мм². При анализе схемы электрической принципиальной выделяются все сильноточные цепи, и определяется величина протекающего по ним тока.

Работа принципиальной схемы зарядного устройства содержит следующие основные функциональные блоки:

-таймер;

-стабилизатор тока;

-транзисторный ключ для автоматического отключения стабилизатора тока и батареи от источника питания;

-схему индикации режимов работы зарядного устройства;

Время задающее устройство построено на микросхеме DD1.Время цикла зарядки определяется номиналами элементов внешней цепи R4,R5,C3 и коефициентом деления частоты счетчиков DD1,который задается комбинацией логических уровней на входах. При подключении зарядного устройства к источнику питания,в начальный момет на коллекторе транзистора VT1возникает кратковременный положительный импульс который через импульс с коллектора VT1через диод VD1поступает на базу транзистора VT2.Транзистор VT2 открывает на время этого импульса и соединяет базу VT4 с общим проводом. При этом транзисторы VT4 и VT3 надежно закрыты.Эта мера необходима для исключения случайного запуска зарядного устройства.

Питание микросхемы DD1 и индикатора HL1 осуществляется от параметрического стабилизатора состоящего из элементов R7,VD1и C4.

Необходимо отметить нестандартный запуск данного зарядного устройства. В отличие от других подобных устройств, это устройство запускается не в момент замыкания пусковой кнопки, а в момент ее размыкания.Резистор R3подается на вывод 2 DD1 в начальное состояние. Длительность импульса определяется параметрами R1и C1.При этом на выводе 9 DD1присутствует высокий логический уровень, светодиод HL1 не горит.

Отличительная особенность узла плавного включения - логическое управление по объединенным входам: нижнему по схеме элемента DD1. При наличии напряжения высокого уровня на входах разрешена выработка импульсов открывания. Кроме того, увеличена продолжительность плавного включения (постоянная времени цепи C5R15), поскольку инерционность двигателя выше, чем у лампы накаливания.

Новым в устройстве является узел фиксации и индикации состояний, который содержит RC-триггер DD1 двухцветный светодиод HL2. При подключении к сети цепь C1,R5 устанавливает в единичное состояние по выходу элемента DD1и начинается плавный пуск.

Заметим, что необходимая постоянная времени цепи C1,R5 определяется не быстродействием микросхем, а процессами перемагничивания в электродвигателе, которые создают кратковременный бросок потребляемого тока, многократно превышающей номинальный, поэтому защиту по току на это время нужно блокировать.

Так как теперь на нижнем по схеме входе элемента DD1 напряжение высокого уровня, срабатывание любого из датчиков приводящее к появлению высокого уровня на верхнем по схеме входе элемента DD1



3. ВЫБОР НАВЕСНЫХ ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТОВ

Принципиальная электрическая схема зарядного устройства, содержит информацию о типах используемых элементов, но без привязки к конкретным условиям эксплуатации и требованиям ТЗ. Поэтому элементная база проверяется по следующим критериям:

1) устойчивость против механических воздействий, характеризующих объект установки;

2) работоспособность в диапазоне температур и других климатических факторов заданного климатического исполнения;

3) конструктивной и технологической совместимости всех типов элементов, возможности их автоматической установки;

4) допустимости использования в новых установках;

5) обеспечения использования электрических параметров с необходимым коэффициентом запаса;

6) относительными массогабаритными, стоимостными показателями и показателями надежности.

Результаты проверки и выбора элементной базы по климатическим и механическим факторам удобно привести в виде таблицы (табл. 2.3).

Таблица 3.1 - Характеристика элементной базы

Наимено-вание элемента	Диапазон температур, °С	Параметры механических воздействий
		Частота, Гц	Ускорение (амплитуда) вибрации, g	Ударное (линейное) ускорение, g
По ТЗ	+1..+40	0..15	до 2	до 50
КР512ПС10	-60..+100	10-1000000	75	2,5
КТ315Е	-20..+60	1-600	65	15
КТ816Г	-45..+90	5000000	65	52
КТ316В	-20..+60	0-200	65	40
КД522А	-20..+70	0-200	50	40
АЛ307Г	-20..+70	0-200	60	40
С2-10*63В	-45…+60	0 - 10000	60	48
С3-0.1*25В	-60..-+90	10-500	75	25
R4-1k-0.25	-40..+60	0-100	45	65
R4-68к-0.25	-20..+60	1-600	45	42
R13-470к-025	-45…+60	0 - 10000	45	35

В результате проверки выбранная элементная база для реализации подходит по климатическим и механическим факторам.

При анализе и выборе элементной базы учитывалось, что не все элементы могут быть использованы при разработке новой аппаратуры по причинам морального устарения.

1 Выбираю номенклатуру показателей конденсаторов. Выбор осуществляется экспертным методом. Данные свожу в таблицу 3.2

Таблица 3.2 - Номенклатура показателей конденсаторов

Элемент схемы	Допустимое отклонение емкости, %	Масса,г	Стоимость, руб	Минимальный объем, мм
	max	min
К71-5	+10	-10	4	5	210
К72-9	+10	-10	7	15	255
К73-16	+5	-5	9	9	200
К77-1	+5	-5	9	9	210
К73-16	+5	-5	9	9	200
К77-1	+5	-5	9	9	210
К71-5	+10	-10	4	5	210
К72-9	+10	-10	7	15	255
К77-1	+5	-5	9	9	210
К72-9	+10	-10	7	15	255

Определяют численные значения показателей для каждого варианта.

2 Строю матрицу параметров вида:

, (1)



где i = 1, 2…n - номер варианта, j = 1,2…m - номер учитываемого параметра.

5 10 7 9 255

5 10 7 9 200

5 5 4 15 210

10 10 9 9 255

5 5 4 15 210

5 10 8 9 255

10 5 4 15 210

3 Параметры матрицы Х, имеющие количественные выражения, привожу к такому виду, чтобы большему числовому значению параметра соответствовало лучшее качество варианта. Параметры, не удовлетворяющие этому условию, пересчитываются по формуле:

, (2)

В результате получают матрицу приведенных параметров:

, (3)

4 Производим нормирование параметров матрицы Y (чтобы получить безразмерные характеристики)

, (4)

где - максимальное значение j-го параметра.

5 Записывают матрицу нормированных параметров

6 Для каждого показателя ввожу весовой коэффициент b_j, при этом



, (5)

7 Определяю комплексный показатель

, (6)

при этом Q => 0 (улучшение комплексного показателя).



4. ВЫБОР ВАРИАНТА УСТАНОВКИ НАВЕСНЫХ ЭЛНМЕНТОВ НА ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ

В зависимости от условий эксплуатации, метода изготовления ПП, степени автоматизации монтажа выбираю конкретные вариант установки навесных элементов в соответствии с ОСТ4.ГО.010.030-81 указанных в таблице 5.

Таблица 5 - Варианты установки элементов

Элементы	Вариант	Конструктивное исполнение
	установки	формовки
Резисторы МЛТ - 0.25 Диоды КД105А	II	а
Конденсаторы К71-5,К72-9,К7316	II	в
Резисторы СП3-22 кОм	VIII	а
Транзисторы КТ315, КТ361,КТ3107,КТ3102	VII	a



5. ВЫБОР ТИПА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ, КЛАССА ТОЧНОСТИ, РАЗМЕРОВ И КОНФИГУРАЦИИ

По конструкции ПП делятся на типы: односторонние, двусторонние и многослойные. Учитывая технико-экономические показатели и рассматривая типы конструкций ПП, в работе используется односторонний тип. Односторонние ПП характеризуются возможностью обеспечить повышенные требования к точности выполнения проводящего рисунка; установкой навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной стороне пайки, без дополнительной изоляции; возможностью использования перемычек из проводникового материала; низкой стоимостью конструкции (см. рисунок 5). К недостаткам следует отнести низкую плотность компоновки, низкую тепловую и механическую устойчивость контактных площадок.

Рисунок 5- Конструкция односторонней ПП

По точности выполнения элементов конструкции ПП делятся на 5 классов точности. Печатная плата соответствует 2 классу точности, при котором минимальная ширина печатных проводников и минимальный зазор между проводящим рисунком составляет 0,45 мм.

Печатные платы 1-го и 2-го классов точности наиболее простыв исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость.

Габаритные размеры ПП должны соответствовать ГОСТ 10317-79 при максимальном соотношении сторон 2:1. Сопрягаемые размеры контура ПП должны иметь предельные отклонения по 12 квалитету ГОСТ 25347-82, а несопрягаемые размеры контура по 14 квалитету. Размеры печатной платы определяются исходя из используемой навесными элементами площади, которую вычислил по формуле:

S= К _i =2·40= 80 ммІ

Печатной плата разработана простой прямоугольной формы. Размер каждой стороны выбран кратным 2,5, в результате размер печатной платы составил 15х8 мм.



6. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ОСНОВАНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Выбор материала основания ПП произвел на основе ГОСТ 23751-79. Материал основания должен иметь высокие электроизоляционные показатели в условиях эксплуатации РЭА. Материал должен обладать химической стойкостью к воздействиям химических растворов, используемых в технологии производства печатного монтажа, допускать штамповку, выдерживать кратковременное воздействие температуры до. 240°С в процессе пайки, иметь высокую влагостойкость. Учитывая данные требования, выбираем в качестве материала основания печатной платы стеклотекстолит фольгированный марки СФ-1-35-1,5 ГОСТ 10316-78. В качестве материала-заменителя может использоваться стеклотекстолит марки СТФ-1-35-1,5 ТУ16-503.161-83.



7. ВЫБОР МЕТОДА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Методы изготовления ПП подразделяют на две группы: субтрактивные и аддитивные. В субтрактивных методах в качестве основания для печатного монтажа используются фольгированные диэлектрики, на которых формируется проводящий рисунок путем удаления фольги с непроводящих участков.

Аддитивные методы основаны на избирательном осаждении токопроводящего покрытия на диэлектрическое основание, на которое предварительно может наноситься слой клеевой композиции. Применение этих методов ограничено низкой производительностью процесса химической металлизации, интенсивным воздействием электролитов на диэлектрическое основание и трудностью получения металлических покрытий с хорошей адгезией.

В этих условиях доминирующей является субтрактивная технология. По способу создания токопроводящего покрытия методы разделяются на механические, химические и химико-гальванические.

Метод изготовления печатной платы выбирается химический. При химическом методе плата с нанесенным защитной маской рисунком проводников подвергается действию травителя. Точность элементов проводящего рисунка определяется, главным образом, способом получения защитной маски и устанавливается в следующем порядке по мере повышения точности: офсетный способ, сеточнографический способ и фотографический способ. Химический метод позволяет достичь достаточно высокой точности, технологичен, обладает малой трудоемкостью.



8. КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

8.1 Компоновочный расчет

В качестве исходных данных выступают схема электрическая принципиальная и требования технического задания. В общем случае конфигурация и размеры РЭС, два из которых являются определяющими для лицевой панели в предположении, что форма блока - параллелепипед, определяются на начальных стадиях проектирования. Может быть рекомендована следующая последовательность выполнения компоновочных расчетов на этапе эскизного проектирования:

1 Определяют общее количество электрорадиоэлементов по схеме электрической принципиальной и их типоразмеры. Решают вопрос о разбиении схемы на отдельные функциональные узлы. Определяют выносные элементы (элементы управления, контроля, индикации, коммутации).

2 Находят объем и установочную площадь элементов по справочнику и с учетом возможных вариантов установки на печатную плату по ОСТ 4ГО.010.030. Данные свести в таблицу 7.1:

3 Выбираем коэффициент заполнения объема блока , в зависимости от вида аппаратуры и объекта установки РЭС.Для измерительной носимой аппаратурыравен 0,5…0,7.

Таблица 7.1 - Объёмы элементов

Тип элемента	Монтажный размер, XxYxZ мм	Объем элемента Vi, мм2	Количество, n	Общий объем nVi, мм3
КР512ПС10	7,2х-8х3	172,8	6	1036,8
КТ315Е	4,2х5,2х5,3	115,8	2	231,5
КТ315Е	7х5х4,5	157,5	1	157,5
КТ816Г	3х12,5	112,5	2	225
КТ361В	5х8	200	1	200
MЛТ-0.25-1М-10%	15х18	4050	1	4050
МЛТ-0.25-75к-10%	3х12,5	112,5	3	2200
MЛТ-0.25-10к-10%	6х10х3,3	198,0	2	1584
MЛТ-0.25-1к-10%	20х20х23	9200	3	9200
MЛТ-0.25-1.5к-10%	12х8х4	384	1	384
MЛТ-0.25-560-10%	20х20х18	7200,0	2	7200,0
MЛТ-0.25-1.5к-10%	50х25	62500	3	62500
К71-5 -0.1м*25В	5х11,0	275	6	3068
К72-9-47м*25В	3х12,5	112,5	1	2846
К73-16-10м*63В	3х12,5	112,5	3	1535
АЛ307Г	3х8	90,5	2	1804
Итого:	-	-	-	230764,9

4 Определяют объем блока:

V_бл,

где V_N - объем, занимаемый элементной базой и узлами. Подсчет общего объема элементов производиться суммированием всех объемов элементов.

V_бл = 178571/0,5 = 357142 мм³

Задаются возможными габаритами блока, исходя из его объема:

S_бл,

где Н, В, L - соответственно высота, ширина и глубина блока. Габариты блока должны быть согласованы с действующими нормативными документами в области стандартизации РЭС.

H= 90 мм,

B= 50 мм,

L= 20 мм.

8.2 Проверочные расчеты на печатную плату

При разработке конструкции ПП произведем проверочные расчеты, которые подтвердили бы правильность примененных конструктором решений.

8.2.1 Расчет проводников по постоянному току

Расчет проводников по постоянному току выполняется с целью определения нагрузочной способности печатных проводников по току. Расчет ведем для одного проводника с максимальной токовой нагрузкой. Минимально допустимую ширину (мм) печатного проводника определяют по формуле

t_nдоп >,

где j =30 А/мм² - допустимое значение плотности тока;

h - толщина проводника, мм;

J_max - ток, протекающий через проводник, А.

Падение напряжения на проводнике (В) определяют по формуле

U=,

где - удельное сопротивление проводника (для меди =0,02), (ОмЧмм²/м); h, t_n - толщина и ширина проводника, мм;

l_пр - длина проводника, м;

J_max - ток через проводник, А.

Допустимое падение напряжения не должно превышать 1-2 % от номинального значения подводимого напряжения.

8.2.2 Расчет электрических параметров печатных плат

Выполняется для определения свойств платы.

1 Наличие изоляционного основания с большим значением диэлектрической проницаемости является причиной возникновения больших паразитных емкостей. Величина паразитной емкости (пФ) между двумя проводниками определяется следующим образом:

C=0,12 е пФ,

где е - диэлектрическая проницаемость материала основания;

l - длина взаимного перекрытия проводников, мм;

h - толщина печатного проводника, мм;

S - ширина зазора между краями печатных проводников, мм;

t_п - ширина проводника, мм.

Предельное значение паразитной емкости не должно превышать 80 пФ. В нашем случае предельное значение емкости не превышает допустимого значения, значит, составленная топология печатных проводников удовлетворяет заданным условиям.

2 Индуктивность печатного проводника (мкГн) толщиной h и шириной t рассчитывают по формуле



8.2.3 Расчет на вибропрочность печатных плат

Данный вид расчета выполняется с целью определения прочностных характеристик платы в процессе последующего ее использования.

Для всех случаев закрепления краев пластины собственная частота (Гц) определяется по формуле:

где а - длина пластины (10 см), см;

h_п - толщина пластины(0,15см), см;

c - частотная постоянная.

В случае закрепления пластины четырьмя винтами в каждом углу при соотношении сторон а/b=1, с=60,1.

Формула используется для расчета стальных ненагруженных пластин. Если пластина изготовляется не из стали, а из другого материала, то в формулу вводится поправочный коэффициент на материал:

К_м,

где E и с - модуль упругости и плотность применяемого материала;

E_c и с_c - модуль упругости (21*10⁵ кг/см²) и плотность (7,85 г/см³) стали.

Если пластина равномерно нагружена, то вводится поправочный коэффициент на массу элементов:

К_мас,

где Q_э - масса элементов, равномерно размещенных на пластине (40 г);

Q_п - масса пластины (5 г).

Таким образом, формулу для определения собственной частоты колебаний равномерно нагруженной пластины можно записать в следующем виде:

f=К_мК_мас.

В нашем случае отношение внешней частоты и собственной частоты платы более 2, следовательно виброзащита считается удовлетворительной.

8.2.4 Расчет на ударопрочность

Выполняется с целью определения прочностных характеристик навесных ЭРЭ при воздействии ударных нагрузок.

Расчет ведется для элемента, имеющего наибольший вес и наибольшую длину выводов (имеется в виду расстояние от места формовки до места пайки).

Максимальное отклонение элемента (см) под действием ударного импульса определяется по формуле

,

где Р - приложенная сила, кг;

l_в - длина вывода, см;

E - модуль упругости материала вывода, кг/см²;

J - осевой момент инерции, см⁴.

Приложенная сила определяется следующим образом:

P= б·Q=50*0,003=0,15 кг,

где б - ускорение в единицах g;

Q - вес элемента, кг.

Момент инерции J рассчитывают по формуле (для круглых выводов):

J=0,005 d^{4 =,}

где d - диаметр круглого вывода, см;

h - ширина вывода (больший размер), см;

b - толщина вывода (меньший размер), см.

Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования.

Упругая деформация материала вывода кг/см² при поперечном изгибе определяется по формуле

Z = ,

где M - изгибающий момент, кг/см;

W - момент сопротивления изгибу, см³.

M = .

W= (для круглого вывода);

Z = ,



На выводы ЭРЭ используется твердая медь с модулем упругости

Е=(11-12)*10⁵ (кг/см²) и пределом упругой деформации Z=3000 (кг/см²).

Исходя из значений расчетного максимального отклонения элемента, следует выбрать расстояние между элементами на функциональном узле. Превышение предела упругой деформации материала вывода приводит к излому вывода и выходу из строя изделия. В этом случае нужно уменьшить

длину вывода либо брать элементы с наименьшим весом. Минимально необходимое расстояние между элементами составляет 1 мм и требуется для работы укладочного и монтажного инструмента и оборудования.

8.2.5 Расчет надежности по внезапным отказам

Расчет надежности нерезервированного РЭС по внезапным отказам сводится к определению средней наработки изделия до первого отказа и вероятности его безотказной работы за заданное время с учетом электрических режимов работы элементов и воздействующих эксплуатационных факторов (климатических, механических и др.). Для количественной оценки надежности узлов, блоков или изделия в целом по внезапным отказам разработан статистический метод, основанный на теории вероятностей и математической статистики.

Порядок расчета показателей надежности:

1 Определяется обобщенный эксплуатационный коэффициент K_э, учитывающий область применения и функциональное назначение РЭС.

К_э = 4

2 Определяются поправочные коэффициенты K_r и K_p, учитывающие влияние влажности и атмосферного давления окружающей среды на работу РЭС.

К_r = 1;

К_р = 1,2.

3 Определение интенсивности отказов элементов РЭС:

а) для расчета интенсивности отказов полупроводниковых приборов (ППП) используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которых работает ППП:

_эк ,

где n - количество элементов;

л₀ - интенсивность отказа ППП в номинальном режиме работы;

A, N_T, T_N, p, ?t - постоянные коэффициенты;

t - рабочая температура окружающей среды или корпуса ППП, C;

K_H - коэффициент электрической нагрузки,

K_H = 0,31.

Таблица 7.3 - Значения коэффициентов A, N_T, T_M, p, ?t, ₀ •10^-6.

Группа приборов	Кол-во, шт.	Значение коэффициентов
		A	NT	TM,	p	?t	0 •10-6	эк •10-6
Диоды	2	44,1	-2138	448	17,7	150	0,019	0,059
Транзисторы (n-p-n)	6	7,04	-1324	448	14,2	150	0,13	0,78
Транзисторы (p-n-p)	2	3,04	-1052	448	10,5	150	0.056	0,11
Итого:	-	-	-	-	-	-	-	0,949

б) для расчета интенсивности отказов конденсаторов используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которых конденсатор работает в аппаратуре:

_эк,

где n - количество элементов;

л₀ - интенсивность отказа конденсатора в номинальном режиме работы;

A, С, N_S, B, N_T, Д - постоянные коэффициенты;

t - рабочая температура окружающей среды, єC;

K_H - коэффициент электрической нагрузки конденсатора.

Таблица 7.4 - Значения коэффициентов A, С, N_S, B, N_T, Д

Тип конденсатора	Кол-во, шт.	Значения коэффициентов
		A	NS	C	B	NT	Д	0•10-6	эк•10-6
К77-16	8	5,9•10-7	0,3	3	14,3	398	1	0,0005	0,0041
КП-180	1	5,9•10-7	0,3	3	14,3	398	1	0,0007	0,0007
К72-9	8	3,6•10-2	0,6	3	4,1	358	5,9	0,017	0,13
Итого:	-	-	-	-	-	-	-	-	0,134

в) для расчета интенсивности отказов резисторов используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которых резистор работает в аппаратуре:

_эк

где n - количество элементов;

л₀ - интенсивность отказа резистора в номинальном режиме работы;

A, B, N_T, C, N_S, I, H - постоянные коэффициенты;

t - рабочая температура окружающей среды, єC;

K_H коэффициент электрической нагрузки резистора.

Таблица 7.5 - Значения коэффициентов A, B, N_T, C, N_S, I, H, _0.

Тип резистора	Кол-во, шт.	Значения коэффициентов
		A	NS	C	B	NT	I	H	0•10-6	эк•10-6
МЛТ	15	0,26	0,75	9,28	0,51	343	1	0,89	0,015	0,35
Итого:	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,35

г) значения интенсивностей отказов электровакуумных, электронно-лучевых, фотоэлектронных, газоразрядных, твердотельных приборов, коммутационных изделий, трансформаторов, дросселей, соединителей, индикаторов и других изделий получены по результатам испытаний и эксплуатации изделий.

Таблица 7.6 - Интенсивность отказов изделий электронной техники

Тип изделия	Кол-во, шт	эк •10-6	эк •10-6
Светодиод	1	0,2	0,2
Разьем S130	1	0,39	0,39

4 Рассчитывается суммарная интенсивность отказов активных, пассивных и конструкторско-технологических элементов, составляющих в совокупности РЭС:

_iЭК, 1/ч,

где m - общее число компонентов РЭС (ИС, ПП, резисторов, конденсаторов, дросселей, переключателей, соединительных проводов и проводников, паек и т.д.);

= (3,13 + 0,2 + 0,25 + 0,11 + 0,4)*10^-6 = 11,21*10^{-6 ,} 1/ч.

5 Рассчитывается общая интенсивность отказа РЭС:

,

К_э= 4; К_r,= 1; К_p = 1,2.

_А = 11,21*10^-6 * 4*1*1,2 = 63,71*10^-6 , 1/ч

6 Находится средняя наработка РЭС до первого отказа:

;

Т_ср = 1/(53,81*10^-6) = 175848 ч

7 Рассчитывается вероятность безотказной работы РЭС за заданное время t:

. Р_А = 0,5



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате курсовой работы по проектированию конструкции был проведен анализ электрической принципиальной схемы зарядного устройства, произведена проверка элементной базы на устойчивость против механических воздействий; работоспособность в диапазоне температур; конструктивной и технологической совместимости всех типов элементов, возможности их автоматической установки; относительными массогабаритными, стоимостными показателями и показателями надежности.

Проведены конструкторские расчеты, включающие в себя компоновочный расчёт, проверочные расчёты на ПП, расчёт проводников по постоянному току, расчёт электрических параметров ПП, расчёт на вибропрочность ПП, расчёт на ударопрочность. В результате которых была спроектирована односторонняя печатная плата, изготавливаемая химическим методом, соответствующая электрической принципиальной схеме и элементной базе.

Для изготовления сборочного чертежа печатной платы были выбраны варианты установки навесных элементов по ОСТ4.010.030-81.



ЛИТЕРАТУРА

1. Чумаров С.Г. Основы конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств: Лаб. практикум. Чебоксары: изд-во Чуваш. ун-та, 2003.80с.

2. Леухин В.Н., Павлов Е.П. Проектирование функционального узла на печатной плате: Учебное пособие. - МарГТУ, 1996. 90 с.

3. Основы конструирования и технологии РЭС: Учеб. пособие для курсового проектирования / В.Ф Борисов, А.А. Мухин, В.В. Чермошенский и др. М.: Изд-во МАИ, 2000. 128 с.

4. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем - М.: Высш. шк., 1986. - 512с.

5. ОСТ 4.ГО.010.030. Установка элементов на печатные платы. Конструирование.

6. Леухин В.Н., Павлов Е.П. Разработка лицевой панели радиоэлектронного устройства: Учебное пособие.- МарГТУ, 1998. -98с.

Размещено на Allbest.ru

...