Блок управления гальванической ванной для хромирования

- допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы.

- определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий, (мм):

(6.3)

где d_э - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

а) для электролитического конденсатора:

Исходя из значений предпочтительного ряда примем, мм.

б) для переменного резистора:

Исходя из значений предпочтительного ряда примем, мм.

в) для микросхемы:

Исходя из значений предпочтительного ряда примем, мм.

Определим номинальный диаметр контактной площадки, (мм):

(6.4)

где - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (0,05 мм.);

? ширина печатных проводников;

- верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

? значение подтравливания проводников;

? значение позиционного допуска расположения центра отверстия относительно узла координатной сетки;

? значение позиционного допуска расположения центра отверстия относительно номинального положения;

? нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

Отсюда, для отверстий рассчитанных в п.4 имеем:

Для микросхемы со штыревыми выводами, конденсаторов, дроссели, разъемов:

мм

Определяем ширину проводников.

Минимальная ширина проводников, мм, для ДПП, изготовляемых комбинированным позитивным методом:

, (6.5)

где b_min1 - минимальная эффективная ширина проводника.

Максимальная ширина проводника, мм:

, (6.6)

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что для изготовления печатной платы рациональнее всего будет использовать комбинированный метод.

6.1 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

Расчет теплового режима РЭС заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений сдопустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

Расчёт начинается с определения средней температуры воздуха в блоке.

Исходными данными для расчета служат:

Габаритные размеры:

Давление окружающей среды:

кПа

Давление внутри корпуса:

кПа

Температура окружающей среды:

Коэффициент заполнения:

Мощность рассеиваемая в блоке:

Тепловой режим РЭС в герметичном корпусе рассчитывается в следующем порядке:

Поверхность корпуса блока, , м², вычисляется по формуле:

, (5.2)

где , - соответственно ширина и длина корпуса, м;

- высота корпуса, м.

м²

Условная поверхность нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.3)

м²

Удельная мощность корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.4)

Вт/м²

Удельная мощность нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.5)

Вт/м²

Коэффициент ₁ в зависимости от удельной мощности корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.6)

Коэффициент ₂ в зависимости от удельной мощности нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.7)

Коэффициент К_Н1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока, вычисляется по формуле:

 (5.8)

Коэффициент К_Н2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.9)

Перегрев корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.10)

Перегрев нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.11)

Средний перегрев воздуха в блоке, вычисляется по формуле:

(5.12)

Удельная мощность элемента:

 (5.13)

Перегрев поверхности элемента:

(5.14)

Перегрев среды около элемента:

(5.15)

Температура корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.16)

°С

Температура нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.17)

°С

Средняя температура воздуха в блоке, вычисляется по формуле:

(5.18)

°С

Температура поверхности элемента:

(5.19)

°С

Температура среды, окружающей элемент:

(5.20)

°С

Рассчитаем температурный режим блока для =20 ° С.

Из анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие температуры не превышают предельно допустимых величин для компонентов.

Таким образом, выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путем конвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Такой способ охлаждения является наиболее легко реализуемым и требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению с другими способами охлаждения РЭС, и наиболее прост.

6.2 РАСЧЕТ ВИБРОПРОЧНОСТИ ПЛАТЫ

Любая печатная плата обладает своей собственной частотой. При совпадении или приблизительном равенстве собственной и воздействующих частот может наступить резонанс, что приведет к серьезным механическим повреждениям. При расчётах необходимо, чтобы собственная частота платы была не менее определенной для заданных условий. При несоблюдении такого условия необходимо принять определенные меры. Все способы виброзащиты можно разделить на пассивные и активные. Активные требуют для своей реализации источник дополнительной энергии, что не всегда выгодно и затруднительно по различным соображениям. Такие методы используются весьма редко. К пассивным способам относят следующие:

увеличение собственной частоты конструкции;

увеличение деформирующих свойств конструкции;

применение различных виброизоляторов.

Третий способ является самым эффективным.

Так как создаваемый прибор относится к наземной РЭС, то при транспортировке, случайных падениях, влиянии соседнего оборудования он может подвергаться динамическим воздействиям. Изменения обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭС находятся в пределах:

вибрация от 10 до 70 Гц, виброперегрузка от 1 до 4 g ;

ударные сотрясения от 10 до 15 g, длительность от 5 до 10 мс;

линейные перегрузки от 2 до 4 g .

Используя эти данные, проведем проверочный расчёт платы на виброустойчивость. Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибрации. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний печатной платы f_min, Гц, удовлетворяла условию

f_min (ng / 0,003b)^2/3 (5.27)

где -безразмерная постоянная, числовое значение которой зависит от значения частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений;

n -вибрационные перегрузки , g;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

b -размер короткой стороны платы, мм.

Принимаем значения величин = 20 при n = 2g, f₀= (100 до 400)Гц. Тогда:

f_min = (20 2 5.81 / 0,003 60)^{2 / 3} = 189 (Гц).

Собственную частоту платы (первую гармонику) f₀, Гц, вычислим по формуле Pелея-Ритца

(5.28)

где отношение меньшей стороны платы к большей;

л_К - коэффициент, зависящий от способа крепления печатной платы;

Н_П - толщина платы, мм;

Е - модуль Юнга материала платы, Н/м²;

с_П - плотность материала платы, кг/ м³;

L_Б - большая сторона платы, мм;

m_Э - масса элементов, г;

m_П - масса платы, г.

Конструктивные параметры платы:

а = 120 мм, b =180 мм, Н_П = 1,5 мм;

материал - стеклотекстолит фольгированный СФ2-35-2 ( Е= 3,3?10¹⁰Н/м², _П = 1,8510^-3 кг/ м³);

масса платы m_n = 18 г;

масса ЭРЭ, размещенных на плате m_ЭРЭ = 46г.

л_К для крепления платы в четырёх точках равен 1. Тогда:

Условие (5.27) выполняется:

(f_min = 189) > 75.

Таким образом, расчёт показал, что плата будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.

7. ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА САПР ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ УСТРОЙСТВА

Проектирование РЭC и создание оптимального технического решения в сжатые сроки связано с трудностями, основными из которых является:

- невозможность учёта человеком огромного количества разнообразных факторов, влияющих на техническое решение;

- большая стоимость и трудоёмкость изготовления макета изделия, особенно при интегральной технологии;

- сложность имитации условий, в которых должна работать современная РЭС.

Один из путей преодоления этих трудностей без существенного увеличения численности работающих - использование возможностей современных ЭВМ.

При проектировании только незначительную часть общего объёма работ (от 10 до 20 %) выполняется инженерами высокой квалификации. Действительно, опыт и высокая эрудиция инженера играют основную роль при разработки технического задания на проектирование, при выборе принципов конструирования и элементной базы. Но основной объём работ по конструкторскому проектированию состоит из таких этапов как компоновка, размещение модулей, трассировка монтажных соединений и выпуск технической документации. Эти этапы трудоёмки, так как связаны с просмотром большого количества вариантов решений, но не требуют высокой квалификации.

В связи с совершенствованием элементной базы РЭС, а также конструктивно-технологических характеристик проектируемых модулей всех типов, в несколько раз увеличилась трудоёмкость составления технической документации. Всё это приводит к необходимости совершенствования методов конструкторского проектирования РЭС, основой которого является автоматизация процесса проектирования.

Одной из важнейших задач конструирования РЭС является максимальное внедрение методов автоматизированного проектирования, что в итоге должно привести к минимальному участию человека в процессе создания конструкции. В этом случае инженер на всём протяжении разработки конструкции составляет формализованное задание(ФЗ) для ЭВМ, анализирует результаты и делает пред-положения о возможных причинах несоответствия получаемых характеристик требованиям технического задания. Основную работу по создании конструкции проводит ЭВМ, оснащенная соответствующим информационным и программным обеспечением. По ФЗ синтезируется конструкция, в идеальном случае удовлетворяющая требованиям технического задания (ТЗ).

Правильное разделение функции между человеком и ЭВМ приводит к схеме автоматизированного проектирования, в котором человек выполняет задачи творческого характера, то есть анализирует ТЗ, управляет поиском требуемого решения, осуществляет трудно формализуемые задачи проектирования реальной РЭС, задачи принятия решений.

ЭВМ, в свою очередь, решает задачи синтеза отдельных типов конструиро-вания на каждом иерархическом уровне, в результате чего реализуется ряд вари-антов конструкции, для которых ЭВМ приводит расчёты характеристик, анализ конструктивных решений и тому подобное.

Анализ результатов, полученных ЭВМ, и заключение о доработке делает кон-структор. Методика итеративной доработки конструкции с использованием ЭВМ как инструмента для получения необходимых характеристик хорошо обеспечена алгоритмами и программами.

В процессе проектирования возникает необходимость большого числа вычислений, обращения к стандартным алгоритмам решения типовых задач, увязки различных требований этапов функционального и конструкторского проектирования, а также проверки правильности результатов различных этапов проектирования. В связи с этим целесообразно объединить отдельные алгоритмы в единую автоматическую систему конструкторского проектирования (САПР КП), ориентированную на конкретную базу конструкций.

Применение САПР КП при решении задач конструкторского проектирования позволит: сократить трудоёмкость решения конструкторских задач; повысить качество полученных решений; провести оптимизацию модуля на всех иерархических уровнях.

Существующие системы автоматизированного проектирования представляют собой системы типа «человек - машина», для реализации которых необходим целый комплекс технических средств: ЭВМ, координатографы, печатающие и запоминающие устройства, графопостроители и прочее; и специализированное математическое обеспечение, предназначенное для решения задач конструкторского проектирования модулей различных уровней иерархии. Эти системы предполагают возможность непосредственного вмешательства разработчика в процесс проектирования для корректировки машинных решений.

В общем случае САПР осуществляют проектирование, начиная от функциональной схемы и кончая всей необходимой технической документацией для изготовления, наладки и эксплуатации ЭВМ в целом. Проектирование модулей каждого уровня, начиная от интегральной микросхемы до РЭС в целом, выделяется в самостоятельные этапы. Однако многие САПР ориентированны на модули второго и третьего уровней.

Несмотря на различия в любой САПР можно выделить следующие самостоятельные этапы конструкторского проектирования, характерные для модуля любого уровня иерархии:

- введение исходной информации, контроль правильности подготовки и кодировки исходных данных с входного языка во внутреннее представление;

- компоновка функциональной структуры по модулям всех уровней на основе выбранных показателей качества;

- размещение скомпонованных функциональных элементов по конструкциям модулей всех уровней, составление соответствующего технического документа;

- трассировка соединений между модулями в соответствии со схемой связей и ограничениями на их раскладку для данного базового модуля, составление электромонтажных чертежей, контроль правильности составления документации;

- составление сводных текстовых документов, устанавливаемых ЕСКД.

В момент своего появления AutoCad представлял собой прикладную программу систему автоматизации чертежно -графических работ с удобными и эффективными средствами исправления допускаемых в ходе работ ошибок После-дующее развитие AutoCad превратило его в достаточно мощную систему, позволяющую не только разрабатывать двумерные плоские чертежи, но и моделировать сложные пространственные каркасные и объёмные конструкции, используемые в самых различных областях науки, техники, искусства и многих других сферах человеческой деятельности. С момента своего возникновения эта система претерпела достаточно серьёзную эволюцию, всё более и более приобретая современный вид. Название системы образовано от английского словосочетания «AutomatedComputerAidedDraftingandDesign» , что в переводе с английского означает «Автоматизированное черчение и проектирование с помощью ЭВМ» и является в некотором смысле эквивалентом понятия « программная система автоматизированного проектирования».

Системы автоматизированного проектирования (САПР) - признанная область применения вычислительной техники. Компьютер может предоставить конструкторам и технологам полный набор возможностей САПР и, освободив их от рутинной работы, дать возможность заниматься творчеством, что резко повышает производительность труда.

В настоящее время существует огромное количество САПР различной сложности и назначения. Очевидно, что пользователь выбирая систему, согласовывая необходимость графических возможностей со стоимостью системы и технических средств, которые обладают требуемыми возможностями. Так, например, стоимость АРМ (автоматизированное рабочее место - «workstation») Apollo или SUN-2, обладающими всеми мыслимы на сегодняшний день возможностями, существенно выше стоимости любого персонального компьютера - это просто другой класс машин. Для большинства чертежно - констукторских работ требуются более скромные, однако всё же достаточно широкие возможности, и ряд систем способен их удовлетворить. Такие системы, как CADDS3 или DDM, позволяют создавать в интерактивном режиме каркасные модели изделий, а также одновременно получать несколько проекций на экранном поле и манипулировать каждой проекцией с соответствующими изменениями на остальных проекциях.

Фирма Autodesk является одним из признанных лидеров в области разработки систем САПР. Созданный ею пакет AutoCad является одним из лучших - это сложная и разветвлённая по своей структуре система, которая в то же время легко управляется при помощи простых и ясных команд. Эта система даёт пользователю микрокомпьютера возможности, ранее доступные только на больших и дорогих вычислительных системах. AutoCad обладает эффективной системой ведения диалога с пользователем при помощи нескольких меню: главного, экранного, падающих и тому подобное. Использование слоёв также предоставляет дополнительные удобства для проектировщика, позволяя при наложении слоёв с нарисованными на них изображениями отдельных деталей контролировать их совместимость при общей компоновке, а также держать « про запас» любое число различных вариантов деталей, включая или выключая слои, выборочно вводить их в общую компоновку.

Кроме автоматизации собственно чертёжных работ, AutoCad с его расширениями предоставляет следующие возможности:

- графическое моделирование;

- создание и ведение информационной базы данных чертежей;

- создание библиотеки стандартных элементов чертежей;

- параметризация чертежей - построение деталей и чертежей с новыми размерами на основе один раз нарисованного чертежа;

- создание демонстрационных иллюстраций и мультфильмов.

В AutoCad реализовано векторное представление объектов, что обусловлено задачами САПР. Чертёж - это файл с информацией, описывающей графический объект. AutoCad позволяет создавать и редактировать чертёж множеством различных способов. Любое изображение создаётся с помощью базового набора примитивов.

При работе традиционными способами точность геометрических построений определяется набором чертёжных инструментов, имеющихся в распоряжении конструктора. AutoCad предоставляет в распоряжение конструктора все вычислительные ресурсы микро ЭВМ, а значит, и новые средства создания и редактирования чертежа. Помимо высокой точности построений, AutoCad позволяет упростить геометрические построения, предоставляет информацию о чертеже. Специфика компьютерной графики привела к использованию новых объектов, таких как фигура, полилиния, блок. С этими новыми объектами связаны новые понятия, способы работы и возможности. Так, например, полилиния позволяет автоматически строить фаски и сопряжения, легко варьировать ширину линию и другое.

Кроме преимуществ, укладываемых в рамки традиционного черчения, САПР предоставляет возможность создания архива типовых фрагментов чертежей и использования его при создании новых разработок (блоки). Существенным преимуществом компьютерной графики является автоматизация большинства рутинных операций, связанных с оформлением чертёжной документации: штриховки, нанесения размеров, выполнения надписей, отрисовки штампов и тому подобное.

Известно, что в процессе проектирования чертежа много времени конструктором тратится на редактирование. Несмотря на то, что квалифицированный специалист может традиционным способом начертить новый чертёж быстрее, чем с помощью AutoCad, для исправления чертежа и его модификации применение редакторских возможностей системы поможет значительно сократить временные затраты и повысить точность геометрических построений. Существенной особенностью автоматизированного проектирования является использование прототипов создаваемого изделия. Чем больше используется ранее разработанных конструкций, тем быстрее создаются новые. Это сравнительно легко осуществить, используя функции редактирования, предоставляемые системой AutoCad, которые позволяют:

- удалять фрагменты изображений;

- восстанавливать случайно удалённые фрагменты;

- перемещать или поворачивать фрагменты или отдельные изображения относительно других;

- копировать созданные фрагменты и располагать их в указанном месте;

- увеличивать или уменьшать объекты;

- создавать зеркально-симметричные изображения;

- изменять свойства созданных объектов;

- сопрягать линии и строить фаски;

- делить объекты на равные части или размечать на сегменты с заданным интервалом;

- расчленять блоки или полилинии на составные части;

- редактировать полилинии (сглаживать, изменять свойства и прочее);

- растягивать части рисунка;

- проводить линии, расположенные на заданном расстоянии относительно других .

В данном проекте использован пакет AutoCad 2014, при помощи которого выполнены практически все чертежи контроллера, а также все спецификации, перечень элементов. Выбор этого пакета обусловлен перечисленными выше достоинствами и возможностями, доступностью, широким распространением на предприятиях, в конструкторских бюро.

8. КОМПОНОВОЧНЫЙ РАСЧЁТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ И НАДЁЖНОСТИ

8.1 КОМПОНОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Расчет будем проводить, учитывая коэффициент заполнения по площади, равный 0,6. Установочные площади элементов (длина, ширина, количество однотипных элементов) приведенные в таблице 8.1

Таблица 8.1-Установочные площади элементов

№	Элемент и его тип	Установочная площадь, мм2	Кол	Установочная суммарная площадь, мм2	Масса ЭРЭ,г	Суммарная масса ЭРЭ, г
1	2	3	4	5	6	7
1	Диод КЦ410	42	2	84	1,00	2,0
2	Диод 1N4148	14	5	70	1,00	5,0
3	Кварцевый резонаторHC-49	16	1	16	1,00	1,0
4	Оптопара MOC3061	900	2	1800	4,0	8,0
5	Индикатор КЛЦ302А	700	3	2100	2,0	6,0
6	КонденсаторК50-6	14	4	56	0,05	0,2
7	КонденсаторK-10-43A	49	4	196	2,00	8,0
8	МикросхемаPIC16F676	900	1	900	2,00	2,0
9	Микросхема LM323	95	1	95	4,0	4,0
10	Микросхема LM317	95	1	95	2,0	2,0
11	Микросхема 74HC164D	96	1	96	4,00	4,0
12	Тиристор T106-10	15	1	15	0.5	0,5
13	Резистор C2-33-0.25	14	11	154	4,0	44,0
14	Резистор C2-33-0.5	14	18	252	2,0	36,0
15	Транзистор 2N2904	16	3	48	4,0	12
16	Транзистор 2N3904	16	1	16	2,0	2,0
17	Транзистор КТ3107	16	1	66	2,0	2,0
18	Клемник DG142R	42	2	84	4,0	8,0
19	Клавиатура7914G	42	3	126	2,0	6,0
Итого:	6269	43	152,7



Итак, согласно таблице 8.1 суммарная площадь всех элементов плат составляет:

Принимаем коэффициент заполнения Кзс=0,5.

Площадь платы найдем по формуле 8.1:

(8.1)

где: - суммарная площадь всех элементов, ;

- площадь платы, ;

m - количество сторон монтажа, ;

Тогда площадь платы : .

С учетом вышеизложенного получаем плату размером 120х180 мм.

Толщину печатной платы выбираем 1,5 мм.

Материал - стеклотекстолит СФ-2-25-1,5 ГОСТ10316-78.

8.2 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ

Необходимо оценить показатели безотказности ПП, предназначенной для эксплуатации в стационарных условиях. Предполагается, что ПП будет изготовлена с использованием печатного монтажа. Заданное время работы - t = 1000 ч. Таблица 8.2. - Максимальные значения интенсивностей отказов элементов. Необходимо оценить показатели безотказности ПП, предназначенной для эксплуатации в необходимых условиях.

Таблица 8.2 - Максимальные значения интенсивностей отказов элементов

	Группа элементов	Количество элементов в группе	Интенсивность отказов для элементов группы оj ,•10-6 1/ч	Произведение njоj ,•10-6 1/ч
1	2	3	4	5
1	Диод КЦ410	2	2,0	2,00
2	Диод 1N4148	5	0,15	0,75
3	Кварцевый резонатор HC-49	1	0,7	70,00
4	Оптопара MOC3061	2	0,25	0,5
5	Индикатор КЛЦ302А	3	0,05	0,15
6	Конденсатор К50-6	4	0,55	2,20
7	Конденсатор K-10-43A	4	0,45	1,8
8	Микросхема PIC16F676	1	0,45	0,45
9	Микросхема LM323	1	0,30	3,00
10	Микросхема LM317	1	0,20	2,00
11	Микросхема 74HC164D	1	0,20	2,00
12	Тиристор T106-10	1	0,05	0,05
13	Резистор C2-33-0.25	11	0,40	4,4
14	Резистор C2-33-0.5	18	0,30	5,4
15	Транзистор 2N2904	3	0,20	0,6
16	Транзистор 2N3904	1	0,20	2,00
17	Транзистор КТ3107	1	0,20	2,00
18	Клемник DG142R	2	0,45	0,9
19	Клавиатура 7914G	3	0,45	1,35
20	Провод монтажный	15	0,30	4,50
21	Плата печатная	5	0,20	1,00
22	Пайка	100	0,04	4,00
			111,05

Скорректируем , учитывая электрический режим и условия работы элементов (Кэ=1.1):

()= 111,0,5*10^-6*1,1= 122,15*10^-6 1/ч

Наработка на отказ:

Т_о=1/ (122,15*10^-6)=9 187 ч.

Вероятность безотказной работы за время t_з:

Р(tз)=е ^-1000/9187 = 0,90

Так как рассчитанное значение вероятности безотказной работы за время t_з удовлетворяет заданным показателям (t_з>0,90), можем сделать вывод о том, что наше устройство достаточно надежно.

9. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ КОРРОЗИИ, ВЛАГИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УДАРА, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

9.1 ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

К мерам защиты от климатических воздействий относятся выбор соответствующих материалов и качество обработки поверхности изделия. 0сновного внимания при этом заслуживает опасность коррозии, под которой понимают распространяющееся от поверхности разрушение твердого тела под действием химических и электрохимических факторов. Защита от коррозии осуществляется путем образования естественных защитных слоев с помощью окраски, химической и электрохимической обработки поверхности и т.д. Защитный слой выбирается в соответствии с классом коррозионной нагрузки, запланированным сроком службы и положением детали в приборе или в пространстве.

Класс коррозионной нагрузки характеризует среднестатистическое состояние атмосферы в месте эксплуатации изделия, определяющее коррозионное воздействие атмосферы на него. Эти классы позволяют выбрать мероприятия, необходимые для защиты от коррозии.

Класс коррозионной нагрузки указывают комбинацией обозначений вида и степени нагрузки. Вид нагрузки определяет специфические загрязнения воздуха, вызывающие коррозию изделия, и обозначается буквой от А до D. Степень нагрузки зависит от климатической зоны, категории установки и содержания примесей и обозначается цифрой от 1 до 5

Выбор материала и защита поверхности

Выбор материала зависит от требований, связанных с выполнением функции прибора, и от коррозионных свойств. При этом необходимо принимать во внимание пару взаимодействующих материалов. Интенсивность коррозии зависит от разности потенциалов, возникающей в месте касания металлов.

При выборе материалов с учетом их электрохимических потенциалов необходимо руководствоваться следующим:

- разность потенциалов двух металлов должна быть малой;

- металлы следует покрывать защитными слоями, изолирующими их друг от друга;

- площади касания различных металлов должны быть малыми, так как увеличение этих площадей приводит к удалению контактной коррозии.

Нанесение металлического покрытия.

Металл, имеющий более положительный потенциал по сравнению с контактирующим с ним металлом, необходимо покрыть защитным металлическим слоем в месте касания и вокруг него. Выбор металла для защитного слоя производится с учетом электрохимических потенциалов, технологии нанесения покрытия, условий коррозионного воздействия, а также класса коррозионной нагрузки; запланированного срока службы; материала и расположения детали; требуемого вида поверхности; способа получения защитного слоя.

Изоляция

Электрический контакт между двумя касающимися металлами может быть предотвращен с помощью использования, например, металлических клеев вместо электрически проводящих соединений или - в случае механически малонагруженных соединений - с помощью окраски.

Защита от воздействия вспомогательных материалов

Вспомогательные материалы, используемые при изготовлении детали, могут оказывать агрессивное воздействие как на эту деталь, так и на другие детали. Особенно активны при этом формальдегид, кислоты, хлориды. Мерами защиты могут быть ограничение воздействия (например, многократная промывка печатных плат от травильного раствора или использование бескислотных флюсов), нанесение защитных покрытий (например, покрытие печатных плат лаком), выбор рациональной конструкции узла (например, отдельное расположение батарей).

Кадмирование и цинкование

Из соображений экономичности для защитных покрытий наиболее часто используют цинк и кадмий. Коррозионная стойкость цинковых и кадмиевых покрытий может быть значительно повышена последующим пассивированием (хроматированием или фосфатированием). Контактным способом наносят серебро, никель, хром и олово, которые могут быть осаждены на основной металл из водных растворов. Вследствие ограничения запасов и постоянно повышающейся стоимости кадмия в электротехнике для покрытий наиболее часто используется цинк. Но полностью заменить кадмий цинком невозможно, так как последний очень чувствителен к коррозионным воздействиям, появляющимся внутри прибора при относительной влажности выше 75-80%. При использовании оцинкованных деталей необходимо, кроме того, предотвращать их длительный контакт с конденсатом при эксплуатации, транспортировке и хранении. В общем случае при выборе защитного покрытия следует учитывать коррозионные свойства отдельных слоев и агрессивных сред, которые могут появиться внутри прибора.

Окраска

Обычно окраску осуществляют в два приема: вначале наносят грунтовый, а затем покровный слой. Грунт предназначен для пассивации защищаемой поверхности, а также для обеспечения надежной связи покровного слоя с основным материалом. Покровный слой состоит из слоев грунтовой краски и лака, причем грунтовая краска предназначена для надежного соединения грунта с покровным слоем, служащим для непосредственной защиты от воздействий окружающей среды, а также для подготовки к нанесению лакового слоя.

Как показывает практика, коррозия деталей из черных металлов, особенно мелких, начинается на кромках, так как слой краски на них недостаточен. Здесь появляется подоплечная коррозия, которая постепенно приводит к отслоению защитного покрытия. Подобный процесс развивается в заклепках, резьбовых и сварных швах. Для предотвращения таких явлений необходима дополнительная защита кромок.

Преждевременное старение и разрушение пластмассовых деталей может наблюдаться при поглощении ими влаги, под действием агрессивных сред и тепловых нагрузок (сопровождающихся размягчением и охрупчиванием материалов), бактерий, термитов, плесени и т.д. Поэтому необходимо изучение свойств этих деталей в экстремальных внешних условиях.

9.2 3АЩИТА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЛАГИ

Приборы требуют защиты от влаги для предотвращения от корродирования, которое влечет за собой сокращение срока службы, уменьшение надежности, изменение электрических, и механических параметров, вплоть до отказа. Одним из средств защиты приборов и конструктивных элементов от влаги является герметизация, которая может быть осуществлена только при использовании металлов для герметичных корпусов и неорганических материалов в качестве герметиков. В последнее время по экономическим причинам все более широкое применение находят пластмассы. Однако пластмассы в большей или меньшей степени влагонепроницаемы, что требует их очень тщательного отбора в каждом конкретном случае использования.

Как правило, все материалы, особенно пластмассы, имеют требуемые свойства только при определенных температурах и влажности. При слишком большой влажности пластмассы могут набухать, при слишком сухой атмосфере - охрупчиваться. При падении температуры ниже точки росы, возможно также осаждение воды.

В разрабатываемой конструкции защита от воздействия влаги предусмотрена нанесением лакокрасочных покрытий.

9.3 ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УДАРА

Защиту от электрического удара для электронных приборов и устройств подразделяют на защиту от непосредственного касания при нормальной работе и защиту от косвенного касания в случае ошибки.

Электронные приборы и устройства аппаратуры связи, электронные измерительные приборы и бытовые устройства, кроме общих требований к электрическим установкам, должны дополнительно отвечать также и специальным требованиям к их безопасности.

Защита от прямого касания при нормальной работе

Все детали (например, проводники), во время работы, находящиеся под напряжением, должны быть изолированы, экранированы или расположены так, чтобы была предотвращена возможность их касания обслуживающим персоналом. Кожухи и экраны приборов должны быть выполнены так, чтобы их нельзя было снять без использования инструментов.

В электронных приборах все находящиеся под напряжением выводы, касание которых опасно, должны быть соответствующим защищены и расположены на определенном безопасном расстоянии от других токоведущих элементов, касание которых возможно. Защита должна быть гарантирована при касании элементов в любой последовательности. Отверстия в корпусах должны быть выполнены так, чтобы была обеспечена степень защиты, требуемая для данного прибора. Правильность расположения отверстий в электронных бытовых приборах проверяют с помощью испытательных оправок.

Защита от косвенного касания в случае ошибки

Открытые для касания детали электронных приборов и устройств, не находящиеся под напряжением (например, корпуса) должны быть выполнены так, чтобы даже в аварийном случае на этих деталях не могло появиться опасное напряжение. Для всех электротехнических устройств и электронных приборов номинальным напряжением U=1кВ (для переменного тока) и U=1,5кВ (для постоянного тока) необходимое последовательное выполнение требований в соответствии с классом их защиты. Защитные мероприятия не требуются: для приборов с установившемся током короткого замыкания 20 мА; для приборов с батарейным электропитанием и преобразователем напряжения, если выходная мощность преобразователя не превышает 2 Вт при его внутреннем сопротивлении не менее 10 кОм; для элементов приборов, которых можно касаться только при снятии напряжения и в которых приняты меры для предотвращения подачи напряжения на касаемые детали (например, на детали внутри выдвижных блоков); для металлических деталей крепления проводов и кабелей.

Степень защиты не должна снижаться в результате работы прибора или воздействий со стороны окружающей среды. Так, в электронных приборах резьбовые соединения должны быть дополнительно застопорены с помощью пружинных шайб, а паяные - путем закрутки или загиба концов проводов в отверстиях для пайки, чтобы защита от касания не могла быть снижена при случайном ослаблении этих соединений.

Классы защиты

Классом защиты определяются мероприятия, в результате которых должно быть предотвращено появление опасных в отношении касания напряжений на деталях электротехнических и электронных устройств и приборов, при нормальных условиях, не находящихся под напряжением. При этом различают класс защиты I (защитное заземление, для чего предусматриваются, например, места подключения защитного проводника, соединители (штекеры) с защитным контактом и т.д.), класс защиты II (защитная изоляция) и класс защиты III (защитное пониженное напряжение). В разрабатываемой конструкции защита от поражения электрическим током предусмотрена защитной изоляцией.

9.4 ЗАЩИТА ОТ ДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Эффективной защитой от воздействия электрических полей является экранирование, которое снижает энергию внешнего электромагнитного поля, а также помехи и влияние прибора на внешнюю среду. Причинами паразитных наводок на прибор являются внешние источники помех, а также образование межкаскадных связей под влиянием электростатических и электромагнитных полей.

В зависимости от типа и частоты поля различают экранирование электрических и магнитных полей высокой и низкой частот. Часть электромагнитной энергии отражается от поверхности экрана, часть проникает в него. В свою очередь, определенная доля энергии, проникшая в экран, отражается от его другой стенки, остальная энергия проходит сквозь экран насквозь. Достигаемое при этом ослабление поля называется экранирующим действием, отношение напряженностей полей за экраном и перед ним - эффективностью экранирования, а выражаемый в децибелах логарифм величины, обратной этому коэффициенту, - затуханием экранирования.

Корпус блока управления замком электромеханическим выполнен из листовой стали, что обеспечивает защиту элементов схемы от внешних электромагнитных полей.

9.5 ЗАЩИТА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Механические нагрузки, которые испытывают приборы и окружающая среда, обусловлены, в частности, динамическими воздействиями на них в виде колебаний и ударов. Защита от этих нагрузок возможна с помощью демпфирования, изоляции и гашения колебаний с помощью дополнительных масс. Целями мероприятий по защите от воздействия механических нагрузок являются: обеспечение выполнения прибором, испытывающим механические нагрузки, заданной ему функции; повышение точности, надежности и срока службы приборов, защита обслуживающего персонала от шума и вибраций.

При воздействии определенных входных величин на систему прибор-место установки появляющиеся деформации рабочих элементов, напряжения конструктивных элементов или колебания соседних деталей не должны превышать заданных значений.



10. РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Под технологичностью конструкции (ГОСТ 18831-73) понимают совокупность её свойств, проявляющихся в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий того же назначения при обеспечении заданных показателей качества. Отработка конструкций на технологичность в соответствии с ГОСТ14.201-73 включает:

1) комплекс работ по снижению трудоемкости и себестоимости изготовления изделий:

- повышение серийности посредством стандартизации, унификации и группирования изделий и их элементов по конструктивным признакам;

- ограничение номенклатуры элементов и применяемых материалов;

- преемственность освоенных в производстве конструктивных решений;

- снижение массы изделий;

- применение высокопроизводительных типовых технологических процессов и средств технологического оснащения;

2) комплекс работ по снижению трудоемкости, цикла и стоимости ремонта при эксплуатации:

- рациональным выполнением конструкций, обеспечивающим удобство технического обслуживания и ремонта;

- повышением надежности и ремонтопригодности конструкции.

Вид изделия, объем выпуска, тип производства и уровень развития науки и техники являются главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции изделия. Для оценки технологичности конструкции используются многочисленные показатели, которые делятся на качественные и количественные. К качественным относятся взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность и инструментальную доступность конструкции.

Количественные показатели согласно ГОСТ14.201-73 классифицируются следующим образом:

1) базовые (исходные) показатели технологичности конструкций, регламентируемые отраслевыми стандартами;

2) показатели технологичности конструкций, достигнутые при разработке изделий;

3) показатели уровня технологичности конструкций, определяемые как отношение показателей технологичности разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей.

При выборе показателей технологичности согласно ГОСТ14.202-73 учитывают, что они могут быть:

1) по значимости - основными и дополнительными;

2) по количеству характеризуемых признаков - частными и комплексными;

3) по способу выражения - абсолютными и относительными.

Номенклатура показателей технологичности конструкций выбирается в зависимости от базы изделия, специфики и сложности конструкции, объема выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации. Значения относительных частных показателей технологичности должны находиться в пределах 0< К< 1.

Номенклатура показателей технологичности сборочных единиц и блоков РЭС установлена отраслевым стандартом ОСТ 4ГО. 091. 175. В соответствии с ним все блоки РЭС условно разбиты на четыре класса:

- радиотехнические, к которым относятся приемно-усилительные приборы и блоки, источники питания, генераторы сигналов, телевизионные блоки;

- электронные, к которым относятся логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники, где число ИМС больше или равно числу ЭРЭ;

- электромеханические, к ним относятся механизмы привода, отсчётные устройства, кодовые преобразователи;

- коммутационные - к этим устройствам относятся соединительные, распределительные блоки, коммутаторы.

В нашем случае устройство относится к электронным. Анализ устройства на технологичность проводится с целью проверки, насколько изделие обеспечивает следующие требования:

- максимальное использование в конструкции изделия стандартных, нормализованных и заимствованных деталей и узлов;

- механизацию и автоматизацию отдельных технологических операций и всего процесса в целом;

- применение наиболее прогрессивных методов выполнения заготовительных, сборочных и контрольных операций;

- обоснованное определение классов чистоты и точности изготовления деталей и узлов;

- минимальное количество применяемых марок и типоразмеров материалов;

- применение типовых технологических процессов;

- использование стандартной и нормализованной технологической оснастки и оборудования.

Анализ и отработка конструкции изделия на технологичность должны проводится с учетом программы его выпуска и конкретных условий завода-изготовителя. Для оценки технологичности конструкции применяется система относительных частных показателей К_i и комплексный показатель К, рассчитываемый по средневзвешенной величине относительных частных показателей с учетом коэффициентов _i, характеризующих весовую значимость частных показателей, то есть степень их влияния на трудоемкость изготовления изделия.

Блок управления гальванической ванной для хромирования относится к электронным блокам и для него определяются 7 основных показателей технологичности (см. таблицу 10.1), каждый из которых имеет свою весовую характеристику ц_i. Величина коэффициента весомости зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:

где q - порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.

Таблица 10.1 - Состав блока

Наименование элементов	Количество, шт.	Количество выводов, шт
Конденсаторы Микросхемы Резисторы Диоды Тиристоры Оптопары Транзисторы Индикаторы Разъемы	8 4 31 7 2 2 5 3 2	13 32 62 21 6 12 12 27 8
Итого:	64	193

Таблица 10.2 - Показатели технологичности конструкции РЭС

Порядковый номер (q) показателя	2 Показатели технологичности	Обозначение	Степень влияния, i
1	Коэффициент применения микросхем	Км.с.	1.0
2	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа	Км.м.	1.0
3	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу	Км.п.ИЭТ	0.8
4	Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля	Ка.р.к.	0.5
5	Коэффициент повторяемости ИЭТ	Кпов.ИЭТ	0.3
6	Коэффициент применения типовых технологических процессов	Кт.п.	0.2
7	Коэффициент прогрессивности формообразования деталей	Кф	0.1

Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности:

Коэффициент технологичности находится в пределах 0< К< 1.

Коэффициент применения микросхем и микросборок:

где К_э.мс - общее число дискретных элементов, замененных микросхемами (примем в среднем 80 элементов на 1 ИС);

Н_ИЭТ - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы.

К ИЭТ относятся резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъемы, реле и другие элементы.

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

где Н_м.м количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается осуществить автоматизированным и механизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке ИЭТ и последующей пайке волной припоя;

Н_м - общее количество монтажных соединений. Для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяются по количеству выводов.

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

где Н_м.п.ИЭТ - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью автоматов и полуавтоматов;

Н_п.ИЭТ - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.

Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

где Н_а.р.к - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах;

Н_р.к - общее количество операций контроля и настройки. Две операции: визуальный контроль и электрический являются обязательными. Если в конструкции имеются регулировочные элементы, то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.

Коэффициент повторяемости ИЭТ:



где Н_{т.ор.ИЭТ} - количество типоразмеров оригинальных ИЭТ в РЭС. К оригинальным относится ИЭТ, разработанные и изготовленные впервые по техническим условиям РЭС; типоразмер определяется компоновочным размером и стандартом на элемент;

Н_т.ИЭТ - общее количество типоразмеров на элемент.

Коэффициент применения типовых технологических процессов:

где Д_т.п и Е_т.п - число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых технологических процессов;

Д и Е - общее число деталей и сборочных единиц в РЭС, кроме крепежа (винтов, гаек, шайб).

Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

где Дпр - детали, изготовленные по прогрессивному ТП (штамповка, прессование из пластмасс, литье и т.д.);

Д - общее число деталей (без учета нормализованного крепежа).

Для оценки уровня технологичности проектируемого изделия необходимо найти относительную величину достигнутого показателя Кк нормальному показателю К_н:

Таблица 10.3 Нормативные значения показателей технологичности

Классустройств	Разработка рабочей документации	Доработка рабочей документации
		Установочной серии	Установившегося серийного производства
1	2	3	4
Радиотехнические	0,6-0,75	0,7-0,8	0,75-0,85
Электронные	0,4-0,7	0,45-0,75	0,5-0,8
Коммутационные	0,35-0,55	0,5-0,7	0,55-0,75
Электромеханические	0,3-0,55	0,4-0,6	0,45-0,65

Так как К>К_норм.(0,92>0,7), то конструкция изделия технологична и можно приступать к разработке техпроцесса.



11. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ, ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

11.1 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СБОРКИ

После установления того, что проектируемое устройство обладает надлежащим уровнем технологичности, можно приступать к разработке технологической схемы сборки.

Технологическим процессом сборки называют совокупность операций, в результате которых детали соединяются сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия. Совокупность операций в результате осуществляется электрическое соединение элементов, входящих в состав изделия в соответствии сэлектрической принципиальной или электромагнитной схемами, называют электрическим монтажом.

Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, которая характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений.

Сборочная единица является более сложным сборочно-монтажным элементом, состоящим из двух или более деталей, соединенных разъемным или неразъемным соединением.

Расчленение изделия на сборочные элементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава, при разработке которой руководствуются следующими принципами:

1) схема сборочного состава составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;

2) сборочные единицы образуются при условии независимости их от сборки, транспортировки и контроля;

3) минимальное число деталей, необходимых для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;

4) минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образования сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;

5) схема сборочного состава строятся при условии образования наибольшего числа сборочных единиц;

6) схема должна обладать свойством непрерывности, то есть каждая последующая ступенька сборки не может быть осуществлена без предыдущей.

Включение в схему сборочного состава характеристик сборки превращает ее в технологическую схему сборки. Наиболее широко применяются схемы сборки “веерного типа” и с базовой деталью. На схеме сборки “веерного типа” указывается направление сборки деталей и сборочных единиц. Достоинством схемы является простота и наглядность, однако схема не отражает последовательности сборки во времени.

Схема сборки с базовой деталью указывает временную последовательность сборки. При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, то есть базовую деталь или сборочную единицу. В качестве базовой детали обычно выбирают ту деталь, поверхность которой будут в последствии использовать при установке в готовое изделие. В большинстве случаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и другие элементы несущей конструкции изделия. Направление движения деталей сборочных единиц на схеме показывают стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую деталь и изделие, называется главной осью сборки. Точки осей сборки, в которые подаются детали или сборочные единицы, обозначаются как элементы с...