Система санкционированного доступа

Титан обладает высокой прочностью и жесткостью , сравнимой с твердостью стали, коррозийно стоек (последнее свойство выше чем у нержавеющей стали), почти в два раза легче стали. Однако в морской воде в контакте с медными сплавами и нержавеющей сталью подвержен электрохимической коррозии. Его теплопроводность в 4 раза ниже, чем у стали, электропроводность - в 30 раз слабее, чем у меди. Для штамповки применяют листы марки ВТ1-0 ОСТ1 90013-71, причем изготовление деталей несущей конструкции затрудняется из-за быстрого износа оборудования. Стоимость титана и его сплавов значительно выше стоимости стали. ВТ1-0 применяют для изготовления несущих конструкций, к которым предъявляют требования высокой прочности, коррозионной стойкости, а также производства элементов, работающих в условиях высоких температур до 573^о…623^оК.

Пресс-материал АГ-4 ГОСТ 20437-75 производится на основе модифицированной феноло-формальдегидной смолы и минерального наполнителя. В зависимости от последнего материал выпускается в виде спутанного волокна или ленты, покрытых смолой. АГ-4 имеет высокие механические и электрические свойства, мало зависящие от температуры и влажности; из него изготавливают детали РЭС, работающие при повышенной влажности и температуре, требующие высокой механической прочности и электроизоляции, элементов, эксплуатируемых в условиях тропического климата.Основную роль в несущей конструкции ССД играет корпус, в связи с этим прочность конструкции будет зависеть от материала корпуса. Обычно ответственные детали несущих конструкций выполняют из сталей.

Для этих целей используется сталь углеродистая качественная конструкционная марок 05,08, 10, 15, 10, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60, с содержанием углерода от 0,06 до 0,65 %. Обозначение марки соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. По степени раскисления выпускается сталь спокойная (в обозначении не указывается) полуспокойная - пс марок 08пс, 10пс, 15пс, 20пс, и кипящая - кп марок 05кп, 10кп, 15кп, 20кп.

Поставляется горячекатаная и калиброванная - круглая, квадратная, шестигранная, в виде листов, полос, лент, проволоки и др.

По качеству отделки поверхности выпускается материал следующих групп:

- I - особо высокой отделки - холоднокатаный, поверхность без следов коррозии и цветов побежалости, Rа 0,8…1,6, на лицевой стороне дефекты не допускаются;

- II - высокой отделки - холоднокатаный, без следов коррозии, цвета побежалости не более 50 мм от края;

- III - повышенной отделки - холоднокатаный, поверхность без следов коррозии, допускаются цвета побежалости по всей поверхности;

- IV - обычной отделки - горячекатаный, поверхность травленая или не травленая, допустимы следы изгиба, общая рябизна, тонкий не отделившийся слой окалины;

При листовой штамповке предусмотрены стали: по способности вытяжки для глубокой - Г и нормальной - Н вытяжки, при требовании контроля штампуемости - ШТ.; по точности проката - лист нормальный - Б и повышенной - А точности; по плоскостности - особо высокой - ПО, высокой - ПВ, улучшенной - ПУ и нормальной - ПН точности. Исходя из вышеуказанного запишем сортамент и марку стали для изготовления корпуса:

Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74

Лист 5-II - Г-10КП ГОСТ 16523-70 - лист холоднокатаный, нормальной точности (Б), нормальной плоскостности (ПН) толщина 1,5 мм из стали категории 5 по контролируемым свойствам, качество поверхности по группе II , для глубокой вытяжки (Г) марка стали 10КП, свойства и качество поверхности по ГОСТ 16523-70.

Их анодных покрытий по стали наибольшее применение нашли цинковое и кадмиевое, которые защищают сталь от коррозии. У цинкового покрытия скорость коррозии в промышленной атмосфере ниже, чем у кадмиевого и составляет 1…1,5 мкм/год. Покрытие обладает декоративными свойствами, цвет серый или серебристо-серый. Хроматирование увеличивает декоративность, цвет зеленовато-желтый с радужными оттенками или черный с зеленоватым оттенком (черное хроматирование).

Выбор материалов для производства печатной платы нашего устройства необходимо производить исходя из условий его эксплуатации и условий проведения испытаний на прочность.

Материал печатной платы должен обладать механической прочностью на изгиб и растяжение. Кроме этого материал печатной платы должен иметь диапазон рабочих температур не меньший, чем у всего устройства.

В качестве материала для печатной платы следует выбрать стеклотектстолит на эпоксидной основе т.к. он обладает лучшими параметрами по следующим показателям (см. таблицу 4.8):

- Относительная диэлектрическая проницаемость;

- Тангенс угла диэлектрических потерь;

- Объемное удельное сопротивление;

- Интервал рабочих температур;

- Коэффициент теплопроводности;

- Тепловой коэффициент линейного расширения;

Таблица 4.8 - Параметры материалов печатных плат

Параметр	Гетинакс	Текстолит на капроновой основе	Стеклотектстолит на эпоксидной основе
1	2	3	4
Плотность без фольги, кг/м3	1300…1400	1300…1500	1600…1900
Относительная диэлектрическая проницаемость	4,5…6	4,5…6	5…6
Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте f=106 Гц	0,008…0,02	0,03…0,04	0,005…0,02
Объемное удельное сопротивление, Ом*см	1012…1014	1012…1014	1014…1015
Интервал рабочих температур, оС	-60…+80	-60…+70	-60…+100
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)	0,25…0,3	0,23…0,34	0,34…0,74
ТКЛР, 10-6 К-1	22	22	8…9

Печатные платы изготовлены из одностороннего фольгированного стеклотекстолита СФ-2-35Г.

При выборе припоя следует учитывать , что припой должен быть легкоплавким, недорогим и технологичным. Кроме этого припой должен обладать хорошей адгезией к меди, а также иметь малое переходное сопротивление. Выберем наиболее распространенный оловянно -свинцовый припой марки ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Характеристики этого припоя приведены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Характеристика припоя марки ПОС. - 61

Характеристика	Значение
Температура полного расплавления, 0С	190
Электросопротивление, мкОм/м	0,12
Прочность паяемых соединений, МПа	30…40

Для электрических соединений между платой и другими элементами, а также между элементами устройства необходимо использовать провода. Они должны быть изолированными, для предотвращения коротких замыканий и коррозии. Выберем в качестве такового провод марки МНВ, который является стойким к воздействию влаги и повышенной температуры.

Проанализировав ТЗ на наше изделие делаем вывод о том, что панель должна иметь не только защитное, но и декоративное покрытие, должна быть довольно прочной, т.к. входит в состав несущей конструкции. Для этой цели лучше подходит сплав алюминия с медью и магнием (дюралюминий), который обладает хорошей обрабатываемостью давлением, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью и прочностью. Сортамент - лист Д16 АТ - 2,0 ГОСТ 21631-76. Буква А в обозначении говорит о том, что лист из алюминиевого сплава с нормальным плакированием, Т - закаленная и, естественно, состаренная. Цифра 2,0 - толщина в мм. Для защитных покрытий по алюминию и его сплавам рекомендуется: Ан. Окс. хром гр ж, Ан. Окс. хром, Ан. Окс. нхр, Ан. Окс. ч. Для защитно-декоративных покрытий - Ан. Окс. краситель, Аноцвет 351, краситель.

Анодно-оксидное покрытие - защитное покрытие пленкой окислов основного материала, полученной в электролите. Свойства пленки зависят от основного материала и электролита.Покрытия по алюминию и его сплавам имеют пористое строение и сравнительно высокую твердость. При наполнении красителями возможно получение широкой гаммы цветов. Следовательно, для передней панели применим анодно-оксидное покрытие с добавкой черного красителя. В конструкции системы санкционированного доступа необходимо использовать крепежные винты. Т. к. винт имеет резьбу, то сталь должна быть повышенной износостойкости, прочной, а так же с достаточной вязкостью сердцевины. Этим требования соответствует среднеуглеродистая качественная сталь 45. После изготовления детали ее необходимо закалить в масле и отпустить, или закалить токами высокой частоты.

Сортамент - стальной горячекатаный прокат диаметром 14мм. Покрытие должно защищать винт от механических воздействий, обладать стойкостью к окислительной атмосфере, обладать высокой износостойкостью и декоративными свойствами. Этими свойствами обладает хромовое покрытие, которое является катодным по отношению к сталям и защищает их механически. Для эстетического вида этому покрытию необходимо придать светло-серый цвет (молочный). Обозначение этого покрытия - Хмол 9.

Материалы, применяемые в данной конструкции, сведены в таблицу 4.10:

Выбранные материалы являются унифицированными и их номенклатура ограничена до минимально возможной, чтобы обеспечить применение типовых технологических процессов и малую себестоимость конструкции.

Таблица 4.10 - Применяемые материалы

Наименование детали	Марка материала	Покрытие
Корпус	Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74	М9.Н6.Х
Печатная плата	СФ-2-35Г	ПОС- 61 ГОСТ 21931-76
Крепежные винты	Пруток Ст.45 ГОСТ 1050-74	Хмол 9

3.3 Выбор материалов конструкции

Выбор материалов конструкции производится согласно требованиям, изложенным в ТЗ. Материалы конструкции должны обладать следующими свойствами:

иметь малую стоимость;

легко обрабатываться;

быть легкими;

обладать достаточной прочностью и жесткостью;

сохранять свои физико-химические свойства в процессе эксплуатации;

удовлетворять требованиям технической эстетики;

Приступая к проектированию прибора, конструктор прежде всего должен выбрать материал деталей, определить параметры их изготовления и способы соединения как сборочных единиц, так и в сборке прибора и его устройств. Выбор материала на начальной стадии проектирования характерен как для машиностроения, так и для приборостроения [11].

Техническая характеристика и работоспособность приборов во многом зависит от правильности выбора материалов для отдельных деталей. В приборостроении применяют обширную номенклатуру технических материалов. Специфика их работы состоит в том, что они испытывают разнообразные внешние воздействия: механическую нагрузку, электрические и магнитные поля, световые потоки, радиационное облучение и т.д. Часто эти факторы действуют одновременно, поэтому при выборе материалов для отдельных деталей приборов приходится учитывать до 20-30 характеристик разных свойств материалов.

При выборе материала для детали прибора необходимо предварительно сформулировать требования, к материалу исходя из конкретных условий работы данной детали, представить весь ее технологический цикл обработки и влияние этого цикла на характеристики собираемого материала [11]. Все применяемые в приборостроении материалы делят на металлические и неметаллические. Металлические в свою очередь, подразделяют на конструкционные сплавы общего назначения (черные и цветные металлы) и специальные сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные материалы, сплавы с малым и заданным температурным коэффициентом расширения, сплавы с особыми упругими свойствами и т.д.). Неметаллическими могут быть материалы органического и неорганического происхождения. К первым относятся пластмассы и волокнистые изоляционные материалы, ко вторым стекла, слюда, керамика. Иногда классифицируют материалы по их применению: оптические, контактные, смазочные и т.д.

Покрытия в приборостроении помогают улучшить характеристики применяемых в приборостроении материалов. Детали с покрытиями лучше противостоят вредному действию коррозийно-агрессивных сред, атмосферы, изнашиванию, циклическим контактным нагрузкам и т.д.. Они имеют хорошие декоративные свойства. По выполняемым функциям покрытия подразделяют на защитные, защитно-декоративные, декоративные и специальные. По виду наносимого материала - на металлические, неметаллические, неорганические, неметаллические полимеры и лакокрасочные. Особое место среди покрытий занимает покрытие для защиты от коррозии.

ГОСТ 9.306-5 на покрытия металлические и неметаллические органические классифицирует покрытия по способу получения, функциональным и декоративным свойствам, а также способу дополнительной обработки покрытия. Покрытия классифицирую еще в зависимости от условий эксплуатации.

При выборе покрытий следует учитывать изменение размеров деталей, а так же изменение свойств материала детали в процессе нанесения покрытий и разность потенциалов между металлом покрытия и деталью, и между покрытиями сопрягаемых деталей.

Корпус должен обеспечивать требуемую жесткость и прочность при малой массе, поэтому в процессе его производства чаще всего применяют прокат толщиной до 2мм в виде листов, лент, гнутых профилей из сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов [11]. Рассмотрим марки некоторых типовых представителей номенклатуры материалов, применяемых в производстве корпусов.

Сталь 10 КП ГОСТ 1050-74 - низкоуглеродная, конструкционная, высокой пластичности; хорошо сваривается и деформируется в холодном состоянии. Применяется для изготовления статически умеренных нагруженных деталей и узлов, когда при их производстве необходимы значительные пластические деформации: гибка, высадка, холодная штамповка, обработка и др.

Наиболее высокопластичный из алюминиевых сплавов - альминиево-марганцовый АМц ГОСТ 4784-74, обладающий повышенной коррозийной стойкостью. Как и другие алюминиевые сплавы, он в три раза легче стали; для обеспечения мягкости и вязкости при штамповке и гибки применяется в отожженном состоянии; рекомендуется для изготовления деталей, когда необходима высокая пластичность и свариваемость.

Более прочный и более жесткий, чем АМц, сплав Д16 используется в виде плакированных листов (при изготовлении они покрываются с двух сторон тонкими листами мягкого коррозийно-стойкого алюминия). Из Д16 производятся несущие конструкции, постоянно не соприкасающиеся в морской водой, воспринимающие средний механические нагрузки и работающие при нормальных температурах.

Титан обладает высокой прочностью и жесткостью , сравнимой с твердостью стали, коррозийно стоек (последнее свойство выше чем у нержавеющей стали), почти в два раза легче стали. Однако в морской воде в контакте с медными сплавами и нержавеющей сталью подвержен электрохимической коррозии. Его теплопроводность в 4 раза ниже, чем у стали, электропроводность - в 30 раз слабее, чем у меди. Для штамповки применяют листы марки ВТ1-0 ОСТ1 90013-71, причем изготовление деталей несущей конструкции затрудняется из-за быстрого износа оборудования. Стоимость титана и его сплавов значительно выше стоимости стали. ВТ1-0 применяют для изготовления несущих конструкций, к которым предъявляют требования высокой прочности, коррозионной стойкости, а также производства элементов, работающих в условиях высоких температур до 573^о…623^оК.

Пресс-материал АГ-4 ГОСТ 20437-75 производится на основе модифицированной феноло-формальдегидной смолы и минерального наполнителя. В зависимости от последнего материал выпускается в виде спутанного волокна или ленты, покрытых смолой. АГ-4 имеет высокие механические и электрические свойства, мало зависящие от температуры и влажности; из него изготавливают детали РЭС, работающие при повышенной влажности и температуре, требующие высокой механической прочности и электроизоляции, элементов, эксплуатируемых в условиях тропического климата.

Основную роль в несущей конструкции ССД играет корпус, в связи с этим прочность конструкции будет зависеть от материала корпуса. Обычно ответственные детали несущих конструкций выполняют из сталей.

Для этих целей используется сталь углеродистая качественная конструкционная марок 05,08, 10, 15, 10, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60, с содержанием углерода от 0,06 до 0,65 %. Обозначение марки соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. По степени раскисления выпускается сталь спокойная (в обозначении не указывается) полуспокойная - пс марок 08пс, 10пс, 15пс, 20пс, и кипящая - кп марок 05кп, 10кп, 15кп, 20кп.

Поставляется горячекатаная и калиброванная - круглая, квадратная, шестигранная, в виде листов, полос, лент, проволоки и др.

По качеству отделки поверхности выпускается материал следующих групп:

- I - особо высокой отделки - холоднокатаный, поверхность без следов коррозии и цветов побежалости, Rа 0,8…1,6, на лицевой стороне дефекты не допускаются;

- II - высокой отделки - холоднокатаный, без следов коррозии, цвета побежалости не более 50 мм от края;

- III - повышенной отделки - холоднокатаный, поверхность без следов коррозии, допускаются цвета побежалости по всей поверхности;

- IV - обычной отделки - горячекатаный, поверхность травленая или не травленая, допустимы следы изгиба, общая рябизна, тонкий не отделившийся слой окалины;

При листовой штамповке предусмотрены стали: по способности вытяжки для глубокой - Г и нормальной - Н вытяжки, при требовании контроля штампуемости - ШТ; по точности проката - лист нормальный - Б и повышенной - А точности; по плоскостности - особо высокой - ПО, высокой - ПВ, улучшенной - ПУ и нормальной - ПН точности. Исходя из вышеуказанного запишем сортамент и марку стали для изготовления корпуса:

Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74

Лист 5-II - Г-10КП ГОСТ 16523-70 - лист холоднокатаный, нормальной точности (Б), нормальной плоскостности (ПН) толщина 1,5 мм из стали категории 5 по контролируемым свойствам, качество поверхности по группе II , для глубокой вытяжки (Г) марка стали 10КП, свойства и качество поверхности по ГОСТ 16523-70.

Их анодных покрытий по стали наибольшее применение нашли цинковое и кадмиевое, которые защищают сталь от коррозии. У цинкового покрытия скорость коррозии в промышленной атмосфере ниже, чем у кадмиевого и составляет 1…1,5 мкм/год. Покрытие обладает декоративными свойствами, цвет серый или серебристо-серый. Хроматирование увеличивает декоративность, цвет зеленовато-желтый с радужными оттенками или черный с зеленоватым оттенком (черное хроматирование).

Выбор материалов для производства печатной платы нашего устройства необходимо производить исходя из условий его эксплуатации и условий проведения испытаний на прочность.

Материал печатной платы должен обладать механической прочностью на изгиб и растяжение. Кроме этого материал печатной платы должен иметь диапазон рабочих температур не меньший, чем у всего устройства.

В качестве материала для печатной платы следует выбрать стеклотектстолит на эпоксидной основе т.к. он обладает лучшими параметрами по следующим показателям (см. таблицу 4.8):

- Относительная диэлектрическая проницаемость;

- Тангенс угла диэлектрических потерь;

- Объемное удельное сопротивление;

- Интервал рабочих температур;

- Коэффициент теплопроводности;

- Тепловой коэффициент линейного расширения .

Таблица 4.8 - Параметры материалов печатных плат

Параметр	Гетинакс	Текстолит на капроновой основе	Стеклотектстолит на эпоксидной основе
1	2	3	4
Плотность без фольги, кг/м3	1300…1400	1300…1500	1600…1900
Относительная диэлектрическая проницаемость	4,5…6	4,5…6	5…6
Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте f=106 Гц	0,008…0,02	0,03…0,04	0,005…0,02
Объемное удельное сопротивление, Ом*см	1012…1014	1012…1014	1014…1015
Интервал рабочих температур, оС	-60…+80	-60…+70	-60…+100
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)	0,25…0,3	0,23…0,34	0,34…0,74
ТКЛР, 10-6 К-1	22	22	8…9

Печатные платы изготовлены из одностороннего фольгированного стеклотекстолита СФ-2-35Г.

При выборе припоя следует учитывать , что припой должен быть легкоплавким, недорогим и технологичным. Кроме этого припой должен обладать хорошей адгезией к меди, а также иметь малое переходное сопротивление. Выберем наиболее распространенный оловянно -свинцовый припой марки ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Характеристики этого припоя приведены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Характеристика припоя марки ПОС. - 61

Характеристика	Значение
Температура полного расплавления, 0С	190
Электросопротивление, мкОм/м	0,12
Прочность паяемых соединений, МПа	30…40

Для электрических соединений между платой и другими элементами, а также между элементами устройства необходимо использовать провода. Они должны быть изолированными, для предотвращения коротких замыканий и коррозии. Выберем в качестве такового провод марки МНВ7, который является стойким к воздействию влаги и повышенной температуры.

Проанализировав ТЗ на наше изделие делаем вывод о том, что панель должна иметь не только защитное, но и декоративное покрытие, должна быть довольно прочной, т.к. входит в состав несущей конструкции. Для этой цели лучше подходит сплав алюминия с медью и магнием (дюралюминий), который обладает хорошей обрабатываемостью давлением, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью и прочностью. Сортамент - лист Д16 АТ - 2,0 ГОСТ 21631-76. Буква. А в обозначении говорит о том, что лист из алюминиевого сплава с нормальным плакированием, Т - закаленная и, естественно, состаренная. Цифра 2,0 - толщина в мм.

Для защитных покрытий по алюминию и его сплавам рекомендуется: Ан. Окс. хром гр ж, Ан. Окс. хром, Ан. Окс. нхр, Ан. Окс. ч. Для защитно-декоративных покрытий - Ан. Окс. краситель, Аноцвет 351, краситель.

Анодно-оксидное покрытие - защитное покрытие пленкой окислов основного материала, полученной в электролите. Свойства пленки зависят от основного материала и электролита.

Покрытия по алюминию и его сплавам имеют пористое строение и сравнительно высокую твердость. При наполнении красителями возможно получение широкой гаммы цветов. Следовательно, для передней панели применим анодно-оксидное покрытие с добавкой черного красителя.

В конструкции системы санкционированного доступа необходимо использовать крепежные винты. Т. к. винт имеет резьбу, то сталь должна быть повышенной износостойкости, прочной, а так же с достаточной вязкостью сердцевины. Этим требования соответствует среднеуглеродистая качественная сталь 45. После изготовления детали ее необходимо закалить в масле и отпустить, или закалить токами высокой частоты.

Сортамент - стальной горячекатаный прокат диаметром 14мм. Покрытие должно защищать винт от механических воздействий, обладать стойкостью к окислительной атмосфере, обладать высокой износостойкостью и декоративными свойствами. Этими свойствами обладает хромовое покрытие, которое является катодным по отношению к сталям и защищает их механически. Для эстетического вида этому покрытию необходимо придать светло-серый цвет (молочный). Обозначение этого покрытия - Хмол 9.

Материалы, применяемые в данной конструкции, сведены в таблицу 4.10:

Выбранные материалы являются унифицированными и их номенклатура ограничена до минимально возможной, чтобы обеспечить применение типовых технологических процессов и малую себестоимость конструкции.

Таблица 4.10 - Применяемые материалы

Наименование детали	Марка материала	Покрытие
Корпус	Б-ПН-1,5 ГОСТ 19904-74	М9.Н6.Х
Печатная плата	СФ-2-35Г	ПОС- 61 ГОСТ 21931-76
Крепежные винты	Пруток Ст.45 ГОСТ 1050-74	Хмол 9

4. Выбор и обоснование методов и способов по защите замка от внешних воздействий

4.1 Выбор и обоснование способов по защите от коррозий ,влаги, электрических пробоев и нагрузок

В процессе эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры под влиянием внешней среды происходит разрушение металлов и сплавов. Это явление называется коррозией. Оно заключается в окислении металла и превращении его в соответствующее химическое соединение [11].

Для защиты металлов конструкции от коррозии, получения требуемой декоративной отделки или придания поверхностному слою необходимых свойств применяются различные виды покрытий.Покрытия подразделяются по назначению на три группы: защитные, защитно-декоративные и специальные.

Защитные покрытия предназначаются для защиты основного материала деталей от коррозии и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.Защитно-декоративные покрытия используются для защиты от вредного влияния окружающей среды деталей, требующих красивой внешней отделки.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают основной материал деталей от влияния особых сред.

В зависимости от способа получения покрытия и материала различают металлические и неметаллические покрытия.

К металлическим относятся следующие покрытия: гальванические, нанесенные горячим способом, диффузионные и металлические на диэлектриках.

К неметаллическим относятся покрытия эмалями, лаками, грунтовками. К ним же можно отнести и противокоррозионные покрытия пластмассами.

Покрытия выбираются в зависимости от функционального назначения деталей, материала, способа изготовления и условий дальнейшей эксплуатации.

Специальные покрытия обладают следующими свойствами: улучшение светопоглощающей или отражательной способности поверхности, улучшение электропроводности, а также многими другими.

Гальванические покрытия представляют собой пленки, осаждаемые на металле при выделении из растворов солей металлов под действием электрического тока. Вследствие этого, деталь покрывается чистыми металлами и сплавами.

Химическое покрытие представляет пленку определенного химического состава, которая образуется на поверхности металла в результате действия на него химических реагентов. Наибольшее распространение получили окисные и фосфатные пленки.

Цинковое покрытие применяют для защиты деталей от коррозии. Оно обладает высокими защитными свойствами в атмосферных условиях. Имеет серебристо_белый цвет. Обладает средней твердостью, выдерживает изгибы. Оно не пригодно для деталей, работающих на трение, плохо подвергается пайке и сварке.

Кадмиевое покрытие применяют для защиты деталей, эксплуатируемых в среде насыщенной морскими испарениями и в морской воде. Имеет серебристо_белый цвет. Оно мягкое, обладает высокой эластичностью, хорошо паяется и сваривается. Его применяют для деталей из стали, меди и ее сплавов, требующих плотной сборки, хорошей притираемости с одновременной защитой от коррозии.

Никелевое покрытие применяют для защитной, защитно-декоративной и специальной отделки стальных, медных и алюминиевых деталей, контактных пружин и токопроводящих деталей из меди и ее сплавов. Покрытия противостоят действию слабых кислот и щелочей.

Хромовое покрытие применяют для защитно-декоративной отделки деталей и повышения их износостойкости. Это покрытие имеет прочное сцепление с основным металлом, отличается высокой твердостью и термостойкостью, хорошо полируется. Многослойное хромовое покрытие применяют для повышения коррозионной стойкости, а также для деталей, требующих специальной декоративной обработки.

Серебряное покрытие применяется для токонесущих и контактирующих деталей, работающих при трении под токами высокой частоты. Его можно легко паять с применением бескислотного флюса, оно обладает хорошим сцеплением с основным металлом, хорошо полируется. Для декоративного эффекта отделки применяют оксидирование серебряного покрытия в черный цвет.

Окисное химическое покрытие стали применяют для защиты деталей от коррозии и их декоративной отделки только в условиях умеренного климата внутри помещения. Цвет пленки -- черный с синеватым или коричневым оттенком. Для нержавеющих и высоколегированных сталей, деталей, имеющих паяные швы, окисные покрытия не применяются.

Фосфатное покрытие применяют для защиты деталей от коррозии, получения электроизоляционного слоя на трансформаторных пластинах. Это покрытие применяют для защиты от коррозии деталей, работающих внутри помещения, а также как грунтовку под лакокрасочное покрытие для эксплуатации в атмосфере.

Лакокрасочные покрытия основаны на образовании пленки из органического вещества и пигмента, определяющего цвет покрытия. Эти покрытия, нанесенные на поверхность металла в виде одного или нескольких слоев эмали или лака, после высыхания образуют непрерывные защитно-декоративные пленки. Выбор лакокрасочного покрытия определяется условиями эксплуатации, материалом покрываемого изделия, качеством и цветом его поверхности, требуемой точности покрытия, допустимой температурой сушки изделия.

Для улучшения внешнего вида покрытия, заполнения всех неровностей и углублений применяют шпаклевку [11]. Она должна прочно приставать к грунту, легко шлифоваться, быть достаточно эластичной и при сушке не давать трещин. Для гладко обработанных деталей шпаклевка не применяется.

Последующие слои краски и эмали, наносимые на загрунтованную или зашпаклеванную поверхность, придают покрытию устойчивость и улучшают внешний вид изделия.

Для получения глянца на окрашенной поверхности, применяют лакировку. Дополнительной лакировкой придают лакированной поверхности зеркальный блеск.

Исходя из вышеуказанных требований и разновидности покрытия можно сделать вывод о том, что для нашего устройства, в качестве защитного покрытия можно выбрать лакокрасочное покрытие эмалью МЛ--12 ГОСТ 9754-76. Оно применяется для деталей, эксплуатируемых на открытом воздухе умеренного климата, а также промышленной атмосфере. Эта эмаль сушится при температуре 120 градусов, наносится краскораспылителем на предварительно загрунтованную поверхность. В качестве грунтовки используется химическое оксидное покрытие. Оно используется для деталей сложной сварной конфигурации.

Обеспечение заданной прочности конструкции при минимальной массе выполняется с помощью следующих конструктивных решений:

- выбором наиболее прочных материалов;

- обеспечением равнопрочности сечений элемента конструкции путем удаления малонагруженного материала;

- обеспечение равнопрочности сечений элемента конструкции благодаря одинаковому сечению детали при работе на растяжение/сжатие или равнопрочности сечения при изгибе;

- выбором конструкции с максимальным моментом сопротивления;

- заменой работы элементов конструкции на изгиб работой на растяжение/сжатие;

- дополнительным креплением узлов и компонентов с помощью держателей, клея, мастик, заливкой пенопластом и т. д.

Проблема обеспечения электрической прочности РЭА, особенно актуальна для мощной аппаратуры, в которой используются высокие питающие напряжения, а также для элементов в интегральном исполнении и печатных плат, где зазоры между токоведущими дорожками малы и напряженность электрического поля может достигать больших значений при небольших напряжениях. Кроме того, пробивное напряжение снижается при повышении температуры диэлектрика, при сорбции влаги пылью и полимерными материалами.

Явление образования под действием электрического поля проводящего канала в диэлектрике, называется электрическим пробоем. У твердых диэлектриков кроме пробоя по объему, возможен пробой по поверхности в окружающей среде. Напряжение такого пробоя зависит от природы, окружающей диэлектрик среды, содержания влаги, формы проводников, наличия загрязнений на поверхности диэлектрика и наличия веществ, способных поглощать влагу (например, разнообразные пыли). Для повышения пробивного напряжения платы покрывают лаком, исключают острые углы при трассировке печатных проводников, производят сушку плат перед нанесением лака, следят за содержанием пыли и влаги в газовой среде технологических помещений.

Обеспечение электрической прочности тесно связано с проблемой влагозащиты. На выбор способа влагозащиты большое влияние оказывает объем производства. При массовом производстве необходимо использовать высокопроизводительные методы: обволакивание, опрессовки полимерами, обработку корпусных деталей штамповкой, прессованием, литьем под давлением.

4.2 Выбор способов и методов теплозащиты ,герметизации , вибро и экронирования

4.2.1 Выбор способов теплозащиты

Теплозащитой называется создание таких условий при которых количество тепла, рассеиваемое РЭС в окружающую среду будет равно мощности тепловыделения аппаратуры Теплозащита необходима для того чтобы аппаратура нормально функционировала в заданном диапазоне температур Причина отказов аппаратуры при отсутствии теплозащиты заключается в различных физических процессах которые при повышении температуры либо развиваются лавинообразно либо приводят к усиленному старению материалов поэтому при проектировании устройства особое внимание нужно уделять защите его от воздействия тепла те. обеспечить тепловой режим устройства Для этого выбирают способ охлаждения элементы и устройства охлаждения оценивают вероятность обеспечения заданного теплового режима [12] Для выбора способа охлаждения рассмотрим какие виды охлаждения существуют

Отвод тепла от нагретой поверхности элементов конструкции может производиться

контактным способом (за счет теплопроводимости);

естественным воздушным охлаждением;

жидкостным охлаждением;

испарением жидкости;

за счет использования эффекта Пельтье;

за счет излучения

Сущность контактного способа состоит в том что от нагретой части конструкции тепло передается через контакт к более холодной которая в свою очередь может таким же путем передавать тепло к еще более холодной части или той части конструкции которая обладая лучшими условиями отдачи тепла в окружающую среду обеспечит хороший теплообмен Качество контактного способа теплообмена зависит от ряда факторов Прежде всего важно качество контакта между двумя поверхностями частей конструкции которое определяется его электрическим сопротивлением Чем меньше электрическое сопротивление контакта тем меньше его термическое сопротивление и следовательно тем лучше осуществляется передача тепла Если охлаждающая часть конструкции не имеет условий для хорошего теплообмена с окружающей средой то использовать ее для охлаждения теплонагруженной части нельзя Чем меньше теплопроводимость охлаждающей части конструкции тем больше времени понадобится для устранения процесса теплообмена Охлаждающая часть конструкции обычно выполняется из меди или алюминия Недостаток этого способа охлаждения заключается в том что охлаждающая часть конструкции может сама перегреваться и контакт с ней будет перегреваться Этот способ охлаждения можно применять для отвода тепла от наиболее теплонагруженных элементов схемы (мощных транзисторов и микросхем) но не для охлаждения всей аппаратуры

К естественному воздушному охлаждению относится охлаждение внешней средой поверхности прибора вентиляция естественным проникающим через плоскость прибора окружающим воздухом и естественно испарительное охлаждение испарениямиЕстественное охлаждение прибора осуществляется за счет свободной конвенции окружающего воздуха омывающего наружные стенки приборного корпуса Естественная вентиляция осуществляется за счет свободной конвенции окружающего воздуха поступающего во внутреннюю полость прибора Отверстие закрывают стенкой перфорированным листом или жалюзи В сравнении с другими видами охлаждения естественная вентиляция благодаря своей простоте имеет значительное преимущество Однако возможности такой вентиляции ограниченны рассеиванием тепла с единицы поверхности прибора Кроме того этот способ охлаждения применим лишь в том случае если внешнее давление окружающей среды не ниже чем 56000Па К принудительному охлаждению относится принудительная продувка внутренней зоны прибора воздухом наружный обдув его поверхности перемешивание воздуха внутри герметичного прибора

Принудительная вентиляция осуществляется потоком холодного воздухах с необходимым скоростным напором Напор воздуха создается вентиляторами или встречным потоком воздуха при движении объекта Такая вентиляция может быть местной или общейПервая осуществляется вентиляторами установленными внутри прибора в местах наибольшего выделения тепла или непосредственно у входных или выходных вентиляторных отверстий вторая при подключении комплекса приборных стоек к общей вентиляционной системе По характеру работы принудительная вентиляция делится на приточную вытяжную и приточно-вытяжную Приточная вентиляция осуществляется нагнетанием в прибор охлажденного воздуха очищенного от пыли и нормальной влажности._ При этом нагретый воздух вытесняется из прибора естественно через выходные отверстия

Вытяжная вентиляция осуществляется вытяжкой нагретого воздуха из прибора со свободным замещением его более холодным При этом воздух поступающий снаружи, должен быть очищен от пыли для чего входные отверстия покрывают пылезащитным фильтром Этот вид вентиляции по сравнению с предыдущей более эффективен так как вентилятор работает в среде более холодного а следовательно более плотного воздуха Приточновытяжная вентиляция осуществляется нагнетанием в прибор охлажденного воздуха с одновременной вытяжкой из него нагретого воздуха Этот способ более эффективен но сложен по исполнению

Недостатками методов охлаждения (принудительного) является использование вентиляторов что увеличивает габариты и вес конструкции увеличивает ее сложность

Жидкостное охлаждение используется в тех случаях когда необходимо интенсифицировать теплоотвод при одновременном снижении уровня шума

Жидкий хладоген имеет более высокий коэффициент теплоотдачи те его скорость может быть снижена, что влечет за собой снижение уровня шума._ Однако поглощение выделенной теплоты окружающей средой требует применение жидкостно-воздушного теплообмена создающего шум, но расположенного вне охлаждаемого объекта Уровень шума можно уменьшить, используя теплообменник типа, жидкость Хладоген в жидкостных системах может быть изолирован от охлаждаемых элементов и транспортироваться с помощью трубопроводов либо непосредственно омывать охлаждаемый элемент._В качестве таких жидкостей в настоящее время применяются фторорганические жидкости Фреоны позволяют осуществить теплоотвод при сравнительно низких температурах Недостатком жидкостных систем охлаждения является их высокая сложность, а также и стоимость

В жидкостных испарительных системах охлаждения отвод тепла осуществляется за счет циркуляции охлаждающей жидкости через специальные каналы в шасси блоков через радиаторы а также каналы образованные в корпусах приборов

Теплоотвод за счет излучения возможен только в теплопрозрачных средах В жидкости он практически отсутствует При излучении тепловая энергия переносится электромагнитными волнами Количество энергии отводимой излучением пропорционально четвертой степени температуры тела Для увеличения интенсивности теплоотвода излучением можно увеличивать площадь излучения степень черноты поверхности или температуру поверхности излучающих компонентов

Способ охлаждения изделия ЭВА выбирается по графику на (рисунке 6.1). За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения принимается плотность теплового потока.

Рисунок 6.1 Рекомендации по выбору способа охлаждения, проходящего через поверхность теплообмена

, ^оС

100 1 2 3

0 500 1000 1500 , Вт/см²

Из графика:

1 - естественное воздушное охлаждение;

2 - естественное или принудительное охлаждение;

3 - принудительное охлаждение.

При расчете теплового режима исходим из данных ТЗ и некоторых дополнительных допущений:

- температура корпуса ССД считается изометрической, т.е. одинаковой в различных частях;

- величину однородных коэффициентов теплоотдачи всех внутренних поверхностей ССД считаем одинаковой;

- суммарная мощность P, рассеиваемая в блоке P = 3Вт;

- диапазон возможного изменения температуры окружающей среды Т_сmax, T_cmin; (Из раздела 1 имеем: T_cmax=60°C, T_cmin= минус 10°C);

- пределы измерений давления окружающей среды P_max, P_min; из ранее сказанного имеем P_max=106.7кПа, P_min=84кПа;

- время непрерывной работы T; будем считать, что режим работы длительный, т. е. T велико;

- допустимые температуры элементов Ti;

- коэффициент заполнения блока Kv=0,65;

- размеры корпуса электронного блока согласно ТЗ: L₁=205 мм, L₂=140 мм, L₃=35 мм.

Определим площадь условной поверхности теплообмена:

, (6.1)

где L₁, L₂, L₃- соответственно длина, ширина и высота блока; Kv - коэффициент заполнения объёма корпуса.

(6.2)

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:

, (6.3)

где P-суммарная мощность, рассеиваемая блоком с поверхности теплообмена; Kp - коэффициент, учитывающий давление воздуха. Для указанного диапазона давлений; Kp=1.

Вторым показателем служит минимально допустимый перегрев элементов в блоке:

dT=T_{i min}-T_c , (6.4)

где Ti min - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента; Tc - температура окружающей среды.

Для естественного охлаждения:

T_c=T_{c max} (6.5)

Согласно данным, приведённым в подразделе 4.1, наименее теплостойкими элементами являются конденсаторы типа К50-27 и К50-35. Для них T_max=75°С.

Таким образом:

dT_c=75-40=35°C

Далее, используя график зависимости dT_c=f(q), приведённый на рисунке 6.1, выбираем предпочтительный способ охлаждения.

Рассчитанным выше значениям q и dT соответствует область, для которой целесообразно применение естественного воздушного охлаждения. Таким образом, для охлаждения системы санкционированного доступа выбираем естественное воздушное охлаждение. Такое охлаждение является наиболее простым, надёжным и дешёвым способом охлаждения и осуществляется без затрат дополнительной энергии.

4.2.2 Выбор способов и методов герметизации

Герметизацияизоляция от воздействия внешней среды По назначению герметизация делится на следующие группы [14]

- пылезащитная;

- водозащитная;

- влагозащитная;

- вакуумная

Пылезащитная герметизация предназначена для защиты узлов и блоков аппаратуры от проникновения в них пылиПроникающая способность мелкодисперсной пыли достаточно большая и швы защищаемой конструкции должны быть достаточно плотными

Водозащитная герметизация для обычных условий эксплуатации выполняется без больших затруднений Если объект рассчитывается для работы при повышенном давлении воды то получение водонепроницаемой конструкции усложняется с увеличением давления Водонепроницаемая конструкция обладает хорошей теплозащитой

Влагозащитная герметизация рассчитывается на такую плотность швов при которой они не должны пропускать влажного воздуха

Вакуумная герметизация предполагает защиту от влажного воздуха но и от агрессивных сухих газов Такая защита является наиболее сложной и дорогостоящей

Так как наше устройство имеет климатическое испытание УХЛ по ГОСТ 1515069 то герметизацию от воды и агрессивных сухих газов можно не производить Нам необходимо провести только влагозащитную герметизацию

Для обеспечения надежности функционирования РЭА при воздействии влаги требуется применять влагозащитные конструкции которые разделяются на две группы монолитные и полые [15] Монолитные пленочные оболочки используются в основном как технологическая защита без корпусных элементов подлежащих герметизации в составе блока а также компонентов с улучшенными частотными свойствами Монолитные оболочки из органических материалов выполняющие функции несущих конструкций изготавливается методом опрессовки пропитки обволакивания и заливки

В нашем же случае не нужно предусматривать применение влагозащитных конструкций так как все элементы нашей схемы и конструкции выдерживают воздействия относительной влажности до 98 %

4.2.3 Выбор способов и методов виброзащиты

В процессе производства эксплуатации и хранения РЭА могут испытывать те или иные механические динамические воздействия которые качественно делятся на удары вибрации и линейные ускорения

Под вибрацией РЭС обычно понимают длительные знакопеременные процессы в ее конструкции которые влияют на работу РЭА [16]

Ударкратковременное воздействие сопровождающееся колебанием системы на частоте в момент удара а после негона собственной частоте конструкции

Линейные ускорения характерны для всех объектов движущихся с переменной скоростью

Защита РЭА от механических воздействий осуществляется следующими группами методов

- уменьшается интенсивность источников механических воздействий (путем балансировки виброизоляции самого источника механических воздействий);

- уменьшение величины передаваемых РЭА воздействий (путем его виброизоляции демпфирования устранения резонанса);

- использование более прочных и жестких компонентов и узлов

Методы первой группы применяют специалисты по транспортным средствам

Методы второй и третьей группы используют конструкторы РЭА но методы активной виброзащиты имеют ограниченное применение при высокой сложности технических решений

Виброизоляция осуществляется путем установки между РЭА и основанием упругих опор образующих вместе с конструкцией РЭА сложную колебательную систему которая обладает свойствами демпфирования которое заключается в погашении механических колебаний за счет трения в материале конструкции упругой опоры (резине поролоне вибропоглащающем покрытии) сочленение амортизатора (сухом демпфере) Частотная селекция механических колебаний заключается в том что система виброизоляции в за резонансной области является фильтром нижних частот а при совпадении собственной частоты системы и частоты внешних воздействий приходит в резонансный режим

Наиболее перспективным и распространенным способом демпфирования конструкций РЭА является одноили двухсторонняя заливка или введение высокоэффективных вибропоглащающих материалов в структуру несущих оснований [16] Эти способы основаны на способности материалов этого вида рассеивать большое количество энергии при растяжении изгибе или сдвиге за счет упругих свойств. К недостаткам данных способов относятся следующие факторы худшая ремонтопригодность при заливке худший теплоотвод от залитых элементов сильная зависимость демпфирующих свойств от температуры возможность возникновения больших внутренних напряжений в компаунде при изменении температуры изменение свойств полимеров при воздействии радиации

Так как устройство управления эксплуатируется в стационарных условиях, то предполагаем, что для обеспечения виброзащиты необходимо применение виброизоляторов.

4.2.4 Выбор способов и методов экронирования

Между двумя электрическими цепями, находящимися на некотором расстоянии друг от друга могут возникнуть электромагнитные связи через

- электрическое поле;

- магнитное поле;

- электромагнитное поле излучения;

- провода соединяющие эти цепи

Поэтому при конструировании РЭА возникают следующие задачи

1. разрабатываемая аппаратура не должна мешать нормальному действию окружающей ее аппаратуры за исключением случаев принципиальной невозможности осуществления этого;

2. в разрабатываемой аппаратуре должны быть приняты меры к тому чтобы окружающая аппаратура ей не мешала

Для решения первых двух задач необходимо встраивать помехоподавляющие элементы (экраны фильтры развязывающие цепи) во все вероятные источники наводки Это гарантирует отсутствие наводок не только на данное устройство но и на все остальные

Подавление паразитных наводок сводится к полному устранению или устранению до допустимых величин паразитных связей между источниками и приемниками наводок

Способы такого ослабления элементарны

- размещение вероятных источников и приемников наводок на максимально возможном расстоянии друг от друга;

- правильная взаимная ориентация их деталей и контуров;

- сведение к минимуму их сопротивлений которые могут оказаться в цепях;

- изъятие посторонних проводов которые могут связать источник и приемник и тд

При недостаточности всех этих средств и мер приходится прибегать к экранированию

Экранированием называется локализация электромагнитной энергии в пределах определенного пространства достигаемая путем преграждения распространения ее всеми возможными способами и средствами

Различают магнитостатическое и электромагнитное экранирование и экранирование от электрических полей Магнитостатическое экранирование предназначено для защиты от постоянного тока и медленно изменяющегося переменного магнитного поля с помощью экранов изготовленных из ферромагнитных материалов (пермоллоя или стали) с большой относительной магнитной проницаемостью При наличии такого экрана линии магнитной индукции проходят в основном по его стенкам которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с воздушным пространством внутри экрана Качество экранирования зависит от магнитной проницаемости экрана. Этот вид экранирования используется редко [17]

Электромагнитное экранирование применяется для защиты от переменного высокочастотного магнитного поля и производится с помощью экранов изготовленных из немагнитных и ферромагнитных металлов Оно основано на использовании того же явления магнитной индукции которое приводит к возбуждению наведенных ЭДС и токов

Экранирование полей выполняется с помощью листового металлического экрана соединенного с корпусом прибора Физический смысл этого вида экранирования заключается в создании короткого замыкания на корпус для большей части паразитной емкости имеющейся между экранируемыми друг от друга точками Качество экранирования сильно зависит от качества соединения экрана с корпусом прибора и частей экрана друг с другом

Особенно важно не иметь соединительных проводов между частями экрана и корпусом Эффективность экранирования электрического поля не зависит от толщены и материала экрана Причиной этого является незначительная величина токов текущих по экрану

В процессе эксплуатации ССД будет подвергаться воздействию различных факторов, отрицательно влияющих на его надёжность. К ним относятся: нагрев и охлаждение, изменение давления, влажности, химического и биологического состава среды, попадание пыли и песка, находящихся в земной атмосфере, солнечная и искусственная радиация, вибрации и удары. Для повышения надёжности блока необходимо в той или иной степени защитить его от воздействия этих факторов. Таким образом, выбранные способы и методы защиты следующие:

- защитное покрытие корпуса - эмаль МЛ -12 ГОСТ 9754-76;

- охлаждение системы санкционированного доступа - естественное воздушное охлаждение;

- для обеспечения виброзащиты - применение виброизоляторов.

5 Расчетная часть

5.1 Расчет надежности

Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надежность изделия в основном закладывается в процессе его конструирования и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надежность обеспечивается применением правильных способов хранения изделия и поддерживается правильной эксплуатацией, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом. Опираясь на выше сказанное, следует определять необходимость специальных мер для повышения или стабилизации показателей надежности.

...