Главная Коллекция "Revolution" Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника Разработка конструкции и технологии изготовления электронной системы управления вентиляторами компьютера

Разработка конструкции и технологии изготовления электронной системы управления вентиляторами компьютера

Исследование технологического и конструкторского процесса создания электронной системы управления вентиляторами компьютера. Разработка комплекса конструкторских и технологических документов. Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 26.11.2016
Размер файла 114,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Факультет компьютерного проектирования

Кафедра ЭТТ

Курсовой проект

по дисциплине

«Конструирование и технология электронных средств»

на тему «Разработка конструкции и технологии изготовления электронной системы управления вентиляторами компьютера»

Минск 2009

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте будет рассмотрен технологический и конструкторский процесс создания электронной системы управления вентиляторами компьютера, будет создан комплект конструкторских и технологических документов.

Для выполнения проекта будут использоваться пакеты САПР: AutoCAD 2005, Microsoft Word 2007 - для оформления конструкторской документации, P-CAD 2002 - для проектирования и трассировки печатной платы изделия.

В курсовом проекте решаются следующие задачи:

- составляется техническое задание на изделие;

- анализируются исходные данные и основные технические требования к разрабатываемой конструкции;

- выбирается и обосновывается элементная база, установочные изделия и требуемые материалы конструкции;

- выбираются способы и средства экранирования;

- рассчитываются конструктивные параметры изделия;

- обосновывается выбор средств САПР;

- разрабатывается технологический процесс.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 Наименование и работа

1.1.1 Разработка системы управления вентиляторами компьютера

1.2 Цель и назначение разработки

Целью разработки является создание системы управления тремя вентиляторами компьютера: для охлаждения процессора, воздуха внутри системного блока и жесткого диска.

Назначение разработки - создание конструктивно законченного устройства для устранения излишнего шума вентиляторов.

Разработка должна обеспечить создание базовой модели системы управления вентиляторами компьютера.

Дальнейшее развитие разработки должно выполняться путем создания модификаций базовой модели, отличающихся элементной базой и другими показателями.

Система управления вентиляторами компьютера предназначена для работы при температурах от +10 до +35°С, относительной влажности воздуха до 80% и атмосферном давлении от 84 до 106 кПа.

1.2.6 Изделие предназначено для мелкосерийного изготовления.

1.3 Источники разработки

1.3.1. Источниками разработки является схема электрическая принципиальная системы управления вентиляторами компьютера.

1.4 Технические требования

1.4.1 Состав изделия и требования к конструктивному исполнению устройства

1.4.1.1 Состав комплекта приведен в таблице 1. Таблица 1- Состав комплекта

Наименование

Количество

Назначение

Комплект эксплуатационной документации

1

Обеспечение правильной эксплуатации и обслуживания системы управления

1.4.2 Требование к конструкции

1.4.2.1 Система управления вентиляторами компьютера должна изготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТ, соответствовать требованиям настоящего ТЗ, ТУ и комплекта конструкторской документации.

1.4.2.2 По внешнему виду система должна соответствовать опломбированному и утвержденному образцу.

1.4.2.3 Корпус должен быть изготовлен из пластмассы.

1.4.2.4 Корпус должен иметь защитное покрытие и не иметь дефектов, портящих внешний вид изделия (вмятин, царапин, трещин и других механических повреждений).

1.4.2.5 На корпус должны быть нанесены условные функциональные обозначения (символы), поясняющие назначение органов индикации, по ГОСТ 25874-83.

1.4.2.6 Система должна эксплуатироваться в производственных помещениях категории Д по СРиП 11-90-81.

1.4.3 Требование к параметрам и характеристикам

1.4.3.1 Система управления вентиляторами компьютера предназначена для подключения к блоку питания компьютера, использующего рабочее напряжение 12В постоянного тока.

1.4.4 Требования к надежности

1.4.4.1 Система по обеспечению надежности должна удовлетворять требованиям ОСТ 4.205.029-83.

1.4.4.2 По нормам надежности система должна удовлетворять требованиям ГОСТ 21317-87. Время наработки на отказ должно быть не менее 13000 часов. Среднее время восстановления блока должно быть не более 60 минут.

1.4.4.3 По устойчивости к климатическим и механическим воздействиям система должна соответствовать требованиям группы С1 ГОСТ 20790-82.

1.4.5 Эстетические и эргономические требования

1.4.5.1 Требования по технической эстетике и эргономики должны соответствовать ОСТ 4.270.000-83.

1.4.6 Требования к патентной чистоте

1.4.6.1 Патентная чистота системы должна быть обеспечена в отношении стран СНГ и стран - возможных импортеров изделия.

1.4.7 Требования к климатическим и механическим воздействиям

1.4.7.1 Система должна быть выполнена для климатического исполнения УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69.

1.4.7.2 Время подготовки системы к эксплуатации после транспортировки и хранения не должно превышать 1 часа.

1.4.7.3 Рабочий режим в системе должен устанавливаться не более чем через 1 минуту после включения.

1.4.7.4 Ремонт блока должен производиться в специализированной ремонтной организации или по месту эксплуатации высококвалифицированным радиомехаником.

1.4.8 Требования к маркировке и упаковке

Маркировка РИП должна соответствовать требованиям ГОСТ 26828-86.

Маркировка устройства и входящих составных частей должна содержать :

товарный знак или наименование предприятия-изготовителя;

полное торговое наименование по ГОСТ 26794-85;

порядковый номер изделия и составных частей;

необходимые поясняющие и предупреждающие надписи, выполненные по ГОСТ 12.2.006-87.

дату изготовления.

Упаковка должна быть выполнена в виде картонного ящика с пенопластовыми вкладышами.

На таре должны быть нанесены манипуляционные знаки "Боится сырости", "Соблюдение интервала температур", по ОСТ14192-77 и знак высоты штабелирования по ОСТ4.Г0.417.209-82.

1.4.8.5 При поставке изделия на экспорт все надписи выполняются на языке, оговоренном в договоре на поставку.

1.4.9 Требования к транспортированию и хранению

1.4.9.1 Упакованные изделия перевозить только в закрытом

транспорте.

Требования к виду транспорта не предъявляются.

Условия транспортирования изделия должны соответствовать следующим требованиям:

температура воздуха от минус 10 С до плюс 40 С;

относительная влажность воздуха 95% при температуре плюс 30 С;

атмосферное давление от 84 до 106 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.).

Размещение и крепление упакованных изделий в транспортных средствах должно обеспечивать их устойчивое положение, исключить возможность ударов их друг о друга.

Система должна храниться в предназначенной для нее таре в закрытых складских помещениях при температуре от плюс 5 С до плюс 35 С и влажности 85% на подставках.

Расстояние между стенами, полом хранилища и изделием должно быть не менее 100 мм, а между отопительными устройствами не менее 0,5 м.

1.5 Требования электробезопасности

1.5.1 Общие требования безопасности к конструкции блока должны соответствовать ГОСТ 12.2.003-74.

1.5.2 Устройство по способу защиты человека от поражения электрическим током относится к классу В1 согласно ГОСТ 12.2.004.0-75.

Конструкция устройства должна исключать возможность неправильного присоединения его сочленяемых токоведущих и составных частей.

В качестве источника питания должна применяться сеть постоянного тока с напряжением 12 В.

1.5.5 Органы индикации должны быть снабжены надписями, соответствующими их принадлежности и назначению.

1.5.6 Присоединительные разъемы электрических цепей должны быть снабжены надписями, соответствующими их принадлежности и назначению.

1.5.7 В эксплуатационных документах по требованиям техники безопасности должны быть соблюдены правила технической эксплуатации электроустановок потребителем и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем.

2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ

В данном курсовом проекте по имеющейся схеме электрической принципиальной необходимо разработать конструкцию и технологию изготовления системы управления вентиляторами компьютера, которая предназначена для устранения их излишнего шума.

2.1 Анализ схемы электрической принципиальной

По командам, формируемым программно на линиях порта LPT компьютера, он обеспечивает раздельное шестнадцатиступенчатое регулирование частоты вращения трех вентиляторов, изменяя подаваемое на них напряжение от 5…5,5 В до 11,7…11,8 В, что соответствует изменению частоты вращения от 40 до100% максимальной.

Счетверенный транзисторный оптрон U1предназначен для гальванической развязки цепей порта LPT и цепей управления вентиляторами. Ток через излучающие диоды оптронов ограничен резисторами R1-R4. Три канала управления вентиляторами, подключаемыми к вилкам Х2, Х4 и Х5, построены по одинаковым схемам, однако в одном из них (управляющим вентилятором №1) предусмотрен узел защиты на микросхеме DD1. Вилку Х3 соединяют с имеющейся в каждом компьютере стандартно кабельной розеткой, предназначенной для питания дисководов.

Работу каналов устройства рассмотрим на примере первого, построенного на счетчике DD2.1, диодах VD3-VD6 и транзисторах VT1,VT4. Цикл начинается по окончании общего для всех каналов импульса начальной установки, формируемого программно на линии DATA1 порта LPT и поступающего на входы R их счетчиков через оптрон U1.1 на вход CN счетчика начинают поступать счетные импульсы, с каждым из которых изменяется состояние выходов счетчика. Резисторы R11-R14 и диоды VD3-VD6 образуют преобразователь кода в напряжение пропорциональное числу импульсов, поступивших на вход счетчика в данном цикле. Оно поступает на вентилятор через усилитель на транзисторах VT1 и VT4. Поскольку циклы регулирования повторяются с периодом приблизительно 3 с, напряжение на вентиляторе большую часть времени остается неизменным, пульсации сглаживает конденсатор С4.

На нулевой ступени регулирования (счетных импульсов нет) вентилятор вращается с минимальной частотой, которую устанавливают подстроечным резистором R37. Максимальную частоту вращения (пришло 16 импульсов) регулируют подстроечным резистором R24.

Узел защиты на микросхеме DD1 представляет собой два реле времени: первое - на элементах R9, C1, VD1, DD1.2, DD1.4, второе - на R10, C2, VD2, DD1.3, DD1.5, DD1.6. Пока на вход элемента DD1.1 регулярно поступают импульсы установки счетчиков в исходное состояние, конденсаторы С1 и С2 периодически подзаряжаются, уровни напряжения на выходах элементов DD1.4 и DD1.6 и в точке соединения диодов VD15, VD17 низкие. Диод VD16 закрыт, узел защиты не влияет на работу канала управления вентилятором.

Если управляющая программа не была запущена или в ее работе произошел сбой, вентилятор №1 (как правило, он охлаждает процессор) должен вращаться с достаточной для эффективного охлаждения скоростью. В подобной ситуации импульсы начальной установки отсутствуют, и в зависимости от уровня сигнала на линии DATA1 на выходе элемента DD1.1 установлен постоянный высокий и низкий уровень. Приблизительно через 8 с после прекращения импульсов один из конденсаторов С1, С2 разрядится и на выходе подключенной к нему цепочки логических инверторов будет установлен высокий уровень. Через диод VD15 или VD17 он поступит на делитель напряжения из резисторов R36, R43, R44. С подвижного контакта переменного резистора R43 через R35 и открывшийся диод VD18 напряжение поступит на базу транзистора VТ1, что приведет к увеличению частоты вращения вентилятора №1. С возобновлением импульсов начальной установки конденсаторы С1 и С2 зарядятся и нормальная работа канала управления восстановится.

2.2 Основные технические требования к разрабатываемой конструкции

Данное изделие предназначено для эксплуатации в лабораторных, капитальных, жилых и других подобных помещениях в районах с умеренным и холодным климатом, т. е. система управления вентиляторами компьютера будет изготавливаться в климатическом исполнении УХЛ 4.2 в соответствии с ГОСТ 15150-69.

Значения температуры воздуха при эксплуатации следующие:

- верхнее рабочее значение +35 0С;

- нижнее рабочее значение +10 0С;

- верхнее предельное значение +40 0С;

- нижнее предельное значение +1 0С.

Для обеспечения теплового режима, элементы, которые сильно нагреваются необходимо оборудовать радиаторами.

Система управления вентиляторами компьютера должна изготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТ 18831-73 . По внешнему виду, качеству отделки и конструкции система управления вентиляторами компьютера должна соответствовать опломбированному и утвержденному в установленном порядке образцу. Передняя панель, регуляторы управления и другие детали наружной поверхности прибора не должны иметь дефектов, портящих его внешний вид. На систему управления должны быть нанесены условные графические обозначения, поясняющие назначение органов управления по ГОСТ 25874-83. Регулятор на лицевой панели должен быть надежно закреплен и иметь легкий плавный ход.

3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ, УСТАНОВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ И МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИИ

Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом изложенных в ТЗ условий и требований. Эксплуатационная надежность элементной базы в основном определяется правильным выбором типа элементов при проектировании и при использовании в режимах, которые не превышают предельно допустимые.

Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:

а) технические параметры:

- номинальные значения параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;

- допустимые отклонения величин ЭРЭ от их номинальных значений;

- допустимые рабочие напряжения ЭРЭ;

- допустимые рассеиваемые мощности ЭРЭ;

- диапазон рабочих частот ЭРЭ.

б) эксплуатационные параметры:

- диапазон рабочих температур;

- относительная влажность воздуха;

- давление окружающей среды;

- вибрационные нагрузки;

- другие (специальные) показатели.

Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются: унификация ЭРЭ, масса и габариты ЭРЭ, наименьшая стоимость, надежность. Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, а также при конструировании изделия в целом позволяет значительно сократить сроки и стоимость проектирования, сократить на предприятии-изготовителе номенклатуру применяемых деталей и сборочных единиц, увеличить применяемость и масштаб производства и т. д., что, в конечном счете, приведет к снижению себестоимости выпускаемого изделия.

Руководствуясь выше изложенным, в качестве инвертора DD1 выбираем микросхему CD4049UBD, в качестве счетчиков DD2 и DD3 - CD4520BM фирмы Texas Instruments. Оптрон U1 - HCPL-316J фирмы Agilent Technologies. Все микросхемы в корпусах SO16. Танталовые конденсаторы С1…С6 выбираем серии TC от производителя Samsung, керамический С7 - серии GRM в корпусе типоразмера 0805 компании Murata. Все резисторы выбираем компании Murata серии CR05 в корпусах типоразмера 0805, кроме переменных подстроечных резисторов R24, R26…R28, R37,R38 серии СП3-38б (традиционные корпуса со штыревыми выводами) и переменного регулировочного резистора R43 серии СП3-4аМ отечественного производства. Все диоды выберем импортные для поверхностного монтажа SM4001. Транзисторы импортные VT1…VT3 - UN2114, VT4…VT6 - MMBT3904LT1 в корпусах SOT23. Вилки Х1 - B5B-PH-KL компании Emboss Tape; X2, X4, X5 - WF-3; X3 - MPW-4 фирмы Tyco Electronics.

Выбранная элементная база является унифицированной. Выбор материалов конструкции разрабатываемого изделия проводим согласно требованиям, изложенным в техническом задании. Используемые в изготовлении изделия материалы должны иметь не высокую стоимость, но достаточный уровень качества, для успешной реализации готовым устройством своих функций. Исходя из этого, в качестве материала печатной платы выбираем фольгированный стеклотекстолит FR4 фирмы Isola, третьей группы жесткости со следующими условиями окружающей среды:

- относительная влажность равна 98%;

- давление равно 53,6 кПа;

- температура окружающей среды равна от -60 0С до +100 0С.

Корпус изделия изготовлен из пластмассы.

Внешний вид материалов панелей должен отвечать требованиям технической эстетики.

4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ, МЕТОДА И ПРИНЦИПА КОНСТРУИРОВАНИЯ

При внутренней компоновке необходимо иметь в виду следующие требования:

- между отдельными элементами, узлами, блоками, приборами существует паразитные электрические взаимосвязи, которые могут очень существенно изменить характер полезных взаимосвязей и нарушить нормальное функционирование изделия;

- тепловые поля, возникающие в РЭС вследствие перегрева отдельных элементов, не должны ухудшать технические характеристики РЭС;

- при конструировании РЭС надо выполнить компоновку изделия так, чтобы был легкий доступ к деталям, узлам и блокам в конструкции для контроля, ремонта и обслуживания.

Так как проектируемое устройство является маломощным, то перегрева отдельных элементов не происходит и устройство не нуждается, с этой точки зрения, в особой компоновочной схеме.

Для уменьшения взаимовлияния паразитных обратных связей в устройстве применены следующие конструктивные меры:

- связанные по схеме каскады расположены в непосредственной близости друг от друга для уменьшения длины соединительных проводников;

- печатные проводники на верхнем и нижнем слое расположены взаимно перпендикулярно, для уменьшения площади из взаимного перекрытия, что ведет к уменьшению паразитной емкости.

- входные каскады максимально удалены от выходных, для предотвращения попадания сигнала с выхода на вход для предотвращения самовозбуждения усилителя.

В данном курсовом проекте, реализуется базовый метод конструирования, характеризующийся следующими чертами:

- в основу метода положено деление РЭА на конструктивно и схемно-законченные части.

- разновидности метода (функционально-узловой, функционально-модульный, функционально-блочный) основываются на принципах агрегатирования, функциональной и размерной взаимозаменяемости, схемой и конструкторской унификации.

Базовый метод на сегодняшний день является наиболее применимым методом конструирования, так как, на этапе разработки он позволяет вести работу над многими узлами и блоками одновременно, а на этапе производства сокращает сроки освоения серийного производства РЭА, в результате чего, при эксплуатации повышает эксплуатационную надёжность РЭА, облегчает обслуживание, улучшает ремонтопригодность.

5. ВЫБОР СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ТЕПЛОЗАЩИТЫ, ГЕРМЕТИЗАЦИИ, ВИБРОЗАЩИТЫ И ЭКРАНИРОВАНИЯ

5.1 Выбор способов и средств теплозащиты

Тепловое излучение - процесс распространения электромагнитными волнами определенного спектрального диапазона 0,3…800 мкм. Возбудителями электромагнитных волн является заряженная магнитная частица, т.е. электроны и ионы.

В зависимости от назначения РЭА применяются следующие методы отвода тепла:

1) естественное охлаждение;

2) принудительное воздушное охлаждение;

3) принудительное жидкостное охлаждение;

4) охлаждение, основанное на изменении агрегатного состояния вещества;

5) термоэлектрическое охлаждение.

Эффективность того или иного метода охлаждения определяется интенсивностью протекающих процессов теплоотдачи.

При выборе метода охлаждения необходимо учитывать большое количество факторов: интенсивность теплового потока, условия теплообмена с окружающей средой, условия эксплуатации, нормы эксплуатации и другие. Основным критерием выбора способа охлаждения является значение плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена. Второй критерий - допустимый перегрев элемента.

Анализируя условия эксплуатации и рассеиваемую мощность элементов, приходим к выводу о необходимости применения для данного устройства открытого корпуса с естественным охлаждением.

5.2 Выбор способов и средств герметизации

Герметизация - один из основных способов защиты элементов РЭА.

Выделяют несколько типов герметизации:

- индивидуальная - защита непосредственно элементов РЭА, допускает замену компонентов при выходе их из строя и ремонт изделия;

- общая - более простой и дешевый способ, но ремонт возможен лишь при демонтаже корпуса, что связано с определенными трудностями;

- частичная - пропитка и заливка компонентов и всего РЭА лаками или компаундами на органической основе. Данный способ не обеспечивает герметичности в течение длительного времени;

- полная - использование металлических, металлостеклянных и керамических корпусов с воздушным заполнением; характерна достаточно высокая степень непроницаемости;

- разъемная - применяется для защиты блоков РЭС, требующих замены компонентов при ремонте, регулировке и настройке.

Принимая во внимание то, что разрабатываемое устройство предполагается эксплуатировать в достаточно мягких условиях (климатическое исполнения УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69), а также то, что конструкция данного изделия предполагает замену некоторых ЭРЭ при выходе их из строя, то для данного устройства целесообразно применить разъемную герметизацию.

5.3 Выбор способов и средств виброзащиты

Вибрации подвергается РЭА, установленная на автомобильном, железнодорожном, воздушном транспорте, в производственных зданиях.

Диапазон частот вибраций, действующих на РЭА достаточно высок: например, для наземной аппаратуры, перевозимой автомобильным транспортом, частота достигает 120 Гц при ускорении, действующем на приборы до 6g. Поэтому РЭА должна обладать определенной вибропрочностью и виброустойчивостью.

Как уже упоминалось, разрабатываемое изделие предназначено для эксплуатации в капитальных, жилых и других подобных помещениях. В данных условиях воздействие вибрации, ударов, линейных нагрузок минимально, поэтому применение специальной виброзащиты нецелесообразно и лишь увеличит трудоемкость изготовления себестоимость разветвителя. Защита от механических воздействий будет обеспечена базовыми мерами:

а) плата крепится переменным резистором к корпусу, чего достаточно для стойкости печатной платы к воздействию механических нагрузок;

б) при транспортировке изделия укладывается в специальную тару с пенопластовыми амортизаторами, что обеспечит неповреждение устройства при транспортной тряске.

5.4 Выбор способов и средств экранирования

При работе вблизи источников электрического тока или вблизи магнитных полей, аппаратура испытывает на себе их воздействие. При отсутствии должных технических решений при её конструировании эти воздействия могут пагубно сказаться на работе устройства, вплоть до выхода его из строя.

Поэтому на этапе проектирования аппаратуры конструктор должен предусмотреть защиту изделия от воздействия полей, т. е. экранирование. Оно необходимо для того, чтобы воспрепятствовать действию электрических и магнитных полей на внутренние компоненты.

Данное устройство не является значительным источником собственных электромагнитных помех, поэтому плата помещена в пластмассовый корпус.

6. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЯ

6.1 Компоновочный расчет блока

Компоновка - размещение в пространстве или на плоскости различных элементов (радиодеталей, микросхем, блоков и приборов) - одна из важнейших задач при конструировании. Основная задача, решаемая при компоновке, - это выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение веса и расположения в пространстве элементов и изделий СМЭ.

Исходными данными для компоновки платы установочный объем ЭРЭ Vуст, установочная площадь Sуст, , масса.

Необходимые данные для каждого ЭРЭ из перечня элементов системы управления приведены в таблице 6.1.1.

Таблица 6.1.1 - Исходные данные для компоновки платы системы управления

Тип элемента

Объем Vуст , см3

Установочная площадь Sуст,, см2

Масса, г

Количество

Конденсаторы

TC-16В- 4,7мкФ±20%

0,02

0,098

1

5

0805-16В-100мкФ± 10%

0,0025

0,025

0,5

1

TC-16В- 100мкФ±20%

0,09

0,3

4

1

Микросхемы

CD4049UBD

0,11

0,62

0,2

1

CD4520BM

0,11

0,62

0,2

2

Резисторы

0805

0,001

0,025

0,1

37

СП3-38б

6,21

4,14

15

6

СП3-4аМ

6,9

4,6

25

1

Оптрон HCPL-316J

0,11

0,62

0,2

1

Диод SM4001

0,038

0,14

0,1

17

Транзисторы

UN 2114

0,15

0,22

0,18

3

MMBT 3904LT1

0,15

0,22

0,3

3

Вилки

B5B-PH-KL

1,26

0,88

5

1

WF-3

0,95

0,65

4

3

MPW-4

2,53

2,07

8

1

Общая сумма

53,02

42,26

53,8

Из конструктивных соображений выбираем коэффициент заполнения объема корпуса равным 0,5. Ориентировочно определяем размеры платы:

, (6.1.1)

где -- суммарный объем, занимаемый ЭРЭ;

-- коэффициент заполнения.

Ориентировочно определяем реальный объем разрабатываемой конструкции по формуле

, (6.1.2)

где -- суммарный объем, занимаемый ЭРЭ.

Исходя из проведенных расчетов выбираем следующие окончательные габариты системы управления:

· длина 155 мм;

· ширина 48,5 мм;

· высота 125 мм.

Из расчета получили суммарную массу ЭРЭ, равную 53,8 г.

6.2 Расчет теплового режима

Реальный радиоэлектронный аппарат в теплофизическом отношении представляет собой очень сложную систему с большим количеством источников тепла. В связи с этим, процессы, протекающие в реальном аппарате, схематизируют, принимая ряд допущений. В результате этого получают тепловую модель аппарата, для которой и производят расчет теплового режима.

Расчет теплового режима РЭА заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей, а также теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

Произведем тепловой расчет перфорированного корпуса (т.к. система управления будет эксплуатироваться в перфорированном корпусе).

Исходные данные для расчета:

· габариты корпуса: 155Ч48,5Ч125 мм;

· суммарная площадь перфораций: 7518(155Ч48,5);

· давление окружающей среды: 100кПа;

· давление внутри прибора: 100кПа;

· коэффициент заполнения прибора: 0,5;

· температура окружающей среды: 22;

· мощность, рассеиваемая в блоке: Р=11,4 Вт: (Р=0,18х3+0,5х17+0,2х3+0,31х3+0,4+0,125х37+0,125х3+0,1х3+0,25).

1) Рассчитывается площадь поверхности корпуса блока:

, (6.2.1)

где и - горизонтальные размеры корпуса прибора, - вертикальный размер.

.

2) Определяется площадь условной поверхности нагретой зоны:

, (6.2.2)

где - коэффициент заполнения корпуса аппарата по объему.

.

3) Определяется удельная мощность корпуса блока:

, (6.2.3)

где - мощность, рассеиваемая в блоке.

.

4) Определяется удельная мощность нагретой зоны:

, (6.2.4)

.

5) Определяется коэффициент в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

, (6.2.5)

.

6) Определяется коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

, (6.2.6)

.

7) Определяются коэффициенты и в зависимости от давления вне () и внутри () корпуса блока по формулам:

, (6.2.7)

, (6.2.8)

,

.

8) Рассчитывается коэффициент перфорации:

, (6.2.9)

где - суммарная площадь перфораций.

.

9) Определяется коэффициент, являющийся функцией коэффициента перфорации:

, (6.2.10)

.

10) Рассчитывается перегрев корпуса блока:

, (6.2.11)

.

11) Определяется перегрев нагретой зоны:

, (6.2.12)

.

12) Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

, (6.2.13)

.

13) Рассчитывается температура корпуса:

, (6.2.14)

где - температура среды, окружающей блок.

.

14) Определяется температура нагретой зоны:

, (6.2.15)

.

15) Определяется средняя температура воздуха в блоке:

, (6.2.16)

.

Результаты расчетов:

- Перегрев корпуса блока 16,9°С;

- Перегрев нагретой зоны 26,9°С;

- Средний перегрев воздуха в блоке 16,4°С;

- Температура корпуса 38,9°С;

- Температура нагретой зоны 48,9°С;

- Средняя температура воздуха в блоке38,1°С.

Из анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, принимая во внимание то, что встраиваемый блок системы управления в системный блок компьютера будет дополнительно охлаждаться за счет искусственного воздушного охлаждения компьютера. Т.е. рабочие температуры не превышают предельно допустимых величин. Таким образом, проектируемый прибор заключаем в перфорированный корпус.

6.3 Расчёт конструктивно-технологических параметров печатной платы

вентилятор управление электронный плата

Исходные данные для расчета ПП:

- толщина фольги hФ=18 мкм;

- максимальный постоянный ток через проводник Imax= 95 mА;

- допустимая плотность тока jдоп=20 А/мм2;

- удельное объемное сопротивление материала с=0,050 Ом·мм2/м;

- максимальная длина проводника l=0,18 м;

- напряжение питания Uпит=12 В;

- допустимое падение напряжения Uдоп=0,05•12=0,6 В;

Произведем расчет следующих параметров:

6.3.1 Определим минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления, мм:

, (6.3.1)

где Imax - максимальный постоянный ток через проводник, А;

jдоп - допустимая плотность тока, А/мм2;

t - толщина фольги, мм.

Подставляя значения в формулу (6.3.1) получаем:

мм.

6.3.2 Определим минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

мм, (6.3.2)

6.3.3 Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

, (6.3.3)

где dЭ - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ИЭТ;

ДdН.О - нижнее предельно отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия (берется из таблицы в соответствии с классом точности ПП и диаметром отверстия);

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ИЭТ, ее выбирают в пределах 0,1…0,4 мм.

ЭРЭ размещенные на плате имеют , , провода .

Подставляя значения в формулу (6.3.3) получим:

мм;

мм;

мм.

6.3.4 Диаметр контактных площадок. Для ДПП изготовляемых комбинированным позитивным методом при фотохимическом способе получения рисунка:

, (6.3.4)

где - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки;

дd и дp - допуски на расположение отверстий и контактных площадок;

- допуск на отверстие (в соответствии с классом точности =0,05 мм).

Подставляя значения в формулу (6.3.8) получаем:

мм,

мм,

мм.

Максимальный диаметр контактной площадки:

мм, (6.3.5)

мм,

мм,

мм.

6.3.5 Определим ширину проводников. Минимальная ширина проводников:

, (6.3.6)

где b1min - минимальная эффективная ширина проводника, для плат третьего класса точности b1min=0,2 мм.

Подставив значение в формулу (6.3.6) получаем:

мм.

Максимальная ширина проводников:

мм. (6.3.7)

6.3.6 Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимально расстояние между проводником и контактной площадкой:

; (6.3.8)

где L0 - расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

- допуск на расположение проводников, мм.

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

; (6.3.9)

мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

; (6.3.10)

мм.

Результаты расчетов:

- Ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления 0,25 мм.

- Минимальная ширина проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем 0,08мм.

- Номинальные значения диаметров монтажных отверстий:

мм; мм; мм.

- Диаметры контактных площадок: мм, мм, мм.

- Максимальные диаметры контактных площадок: мм,

мм, мм.

- Минимальная ширина проводников:0,257 мм.

- Максимальная ширина проводников: 0,277 мм.

- Минимально расстояние между проводником и контактной площадкой 1,24 мм.

- Минимальное расстояние между двумя контактными площадками 0,44 мм.

- Минимальное расстояние между двумя проводниками 2,19 мм.

6.4 Полный расчет надежности

За основу расчета надежности взят принцип определения показателя надежности системы по характеристикам надежности комплектующих элементов.

При расчете делается два предположения. Первое, это то, что отказы элементов являются статистически независимыми, что дает относительно реально существующую систему оценки и второе, это то, что систему рассматриваем как последовательную, то есть отказ одного элемента схемы ведет к отказу всей системы.

Исходными данными для расчета служат значения интенсивности отказа всех ЭРЭ и элементов конструкции.

Таблица 6.4.1 - Исходные данные для расчета надежности

N

п/п

Наименование

элементов

0i10-6,

1/час

Кол-во

эл-тов

0i10-6,

1/час

i, час

1

ИМС

0,08

4

0,32

0,6

2

Транзисторы

0,04

6

0,24

0,4

3

Диоды

0,02

17

0,34

0,4

4

Резисторы постоянные

0,005

37

0,185

0,6

5

Резисторы переменные

0,5

7

3,5

0,5

6

Конденсаторы керамические

0,005

1

0,005

0,5

7

Конденсаторы электролитические

0,06

6

0,36

0,5

8

Разъемы

0,5

18

9

0,6

8

Плата печатная

0,02

1

0,02

-

13

Соединения пайкой

0,04

385

15,4

-

14

Несущая конструкция

0,3

1

0,3

1

15

Провода

2,7

3

8,1

0,7

Суммарная интенсивность отказов рассчитывается по формуле:

, (6.4.1)

где i 0 - справочное значение интенсивности отказа i-го элемента;

i - обобщенный эксплуатационный коэффициент, i =2 для аппаратуры, эксплуатируемой в наземных стационарных условиях;

n - общее число элементов конструкции;

Средняя наработка на отказ данного изделия:

, (6.4.2)

.

Вероятность безотказной работы при t=2000 ч:

, (6.4.3)

.

Среднее время восстановления:

(6.4.4)

Вероятность восстановления:

(6.4.5)

.

где --заданное время восстановления.

Коэффициент готовности:

, (6.4.6)

.

Коэффициент ремонтопригодности:

, (6.4.7)

.

Вероятность безотказной работы с учетом восстановления:

, (6.4.8)

.

Доверительные границы для наработки на отказ:

, (6.4.9)

где n = 10...15 - число отказов достаточных для определения надежности;

= 0,9...0,99 - достоверность определения границ;

; (6.4.10)

N - число изделий, поставленных на испытание;

- время испытания;

2 - функция, определяемая в зависимости от числа степеней свободы и доверительной вероятности, примем 2 за 18,5 и 43,8.

Параметры надежности, полученные в результате расчета:

- средняя наработка на отказ 13238 ч;

- вероятность безотказной работы 0,86;

- среднее время восстановления 0,35 ч;

- вероятность восстановления 0,94;

- коэффициент готовности 0,99;

- коэффициент ремонтопригодности 2,6·10-5;

- вероятность безотказной работы с учетом восстановления 0,98848;

- доверительные границы для наработки на отказ 122451,5...289912,2.

7. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА САПР

Проектирование ЭС и создание оптимального технического решения в сжатые сроки связанно с трудностями, основными из которых являются:

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

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

Одним из путей преодоления этих трудностей является использование возможностей современных ЭВМ, что позволяет заменить радиоэлектронный узел его математической моделью, а затем отработать узел на ЭВМ при помощи этого математического комплекса.

Применение САПР при решении задач конструкторского проектирования позволяет:

- снизить трудоёмкость решения конструкторских задач;

- повысить качество полученных решений;

- провести оптимизацию модуля на всех иерархических уровнях.

Конструкторский этап проектирования в САПР является комплексным, т. е. начинается с кодирования электрических принципиальных схем и заканчивается автоматическим изготовлением печатных модулей второго уровня.

В настоящее время для этих целей наиболее широко применяется система проектирования печатных плат P-CAD. В данном курсовом проекте при проектировании блока использовался Р-CAD 2002, который представляет собой пакет специализированных модулей, тесно связанных друг с другом и охватывающих все этапы разработки и изготовления однослойных и многослойных печатных плат.

Для разработки КД в курсовом проекте использовался AutoCAD 2005, позволяющий разрабатывать двумерные чертежи и рисунки, а также разрабатывать и моделировать объемные конструкции.

8. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

8.1 Анализ технологии конструкции

Технологичность - совокупность свойств изделия, которые проявляются в оптимальных затратах труда, средств, материалов, и времени при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделия. Для оценки технологичности электронных блоков применяют систему базовых коэффициентов, рекомендуемых отраслевыми стандартами. Каждый из коэффициентов технологичности имеет свою весовую характеристику цi, определяемую в зависимости от его порядкового номера в группе.

Таблица 8.1 - Показатели технологичности электронных модулей

qi

Коэффициент технологичности

Обозначение

цi

1

Коэффициент автоматизации пайки ЭРЭ

1,0

2

Коэффициент автоматизации установки ЭРЭ

1,0

3

Коэффициент снижения трудоемкости сборки и монтажа

0,8

4

Коэффициент автоматизации операций контроля и настройки

0,5

5

Коэффициент повторяемости ЭРЭ

0,3

6

Коэффициент применения типовых ТП

0,2

7

Коэффициент сокращения применения деталей

0,1

На основании этого рассчитываем следующие коэффициенты:

1. Коэффициент автоматизации пайки ЭРЭ:

, (8.1.1)

где - количество ЭРЭ, пайка которых осуществляется на автоматах;

-общее количество ЭРЭ в модуле.

.

2. Коэффициент автоматизации установки ЭРЭ:

, (8.1.2)

где - количество ЭРЭ, устанавливаемых на плату автоматизированными способами.

.

3. Коэффициент снижения трудоемкости сборки и монтажа:

, (8.1.3)

где - число, характеризующее вид монтажа (для смешанного ).

.

4. Коэффициент автоматизации операций контроля и настройки:

, (8.1.4)

где - число автоматизированных операций внутрисхемного тестирования модуля;

- число автоматизированных операций приемочного функционального контроля модуля;

- число операций контроля и настройки.

.

5. Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

, (8.1.5)

где - количество типоразмеров ЭРЭ в модуле.

.

6. Коэффициент применения типовых ТП:

, (8.1.6)

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

и - общее число деталей и сборочных единиц в РЭС, кроме крепежа.

.

7. Коэффициент сокращения применения деталей:

, (8.1.7)

где - число деталей в модуле.

.

8. Количество ЭРЭ сквозного и поверхностного монтажа:

, (8.1.8)

. (8.1.9)

9. Базовое значение комплексного показателя:

, (8.1.10)

где для .

10. Комплексный показатель технологичности:

, (8.1.11)

.

11. Уровень технологичности:

, (8.1.12)

Так как , конструкция модуля в достаточной степени отработана на технологичность.

8.2 Разработка технологической схемы сборки

Технологическим процессом сборки называется совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, блоки и изделия. Совокупность операций, в результате которых осуществляют электрическое соединение элементов, входящих в состав изделия в соответствии со схемой электрической принципиальной, называют электрическим монтажом.

Разработка технологического маршрута сборки и монтажа РЭА начинается с расчленения изделия на его части, т.е. на сборочные единицы или детали путем построения схем сборочного состава и технологических схем сборки.

Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, которая согласно ГОСТ 2101-68 характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений. Характерным признаком сборочной единицы является возможность её сборки отдельно от других сборочных единиц.

Построение таких схем позволяет установить последовательность сборки, взаимную связь между элементами и наглядно представить проект ТП.

Расчленение изделия на сборочные элементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава. Она служит затем основой для разработки технологической схемы сборки, в которой формируется структура операции сборки, устанавливается их оптимальная последовательность, вносятся указания по особенностям выполнения операций.

Наиболее широко применяется схема сборки «веерного» типа и с базовой деталью. На схеме сборки «веерного» типа стрелками показано направление сборки деталей и сборочных единиц. Достоинством схемы является простота и наглядность, однако схема не отображает последовательность сборки во времени.

Схема сборки с базовой деталью (рисунок 8.2.1) указывает временную последовательность сборочного процесса.

Рисунок 8.2.1 - Схема сборки с базовой деталью

При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, т.е. базовую деталь или сборочную единицу. В качестве базовой обычно выбирают ту деталь, поверхности которой будут впоследствии использованы при установке в готовое изделие. В большинстве случаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и др. Направление движения деталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую деталь и готовое изделие, называется главной осью сборки.

Технологическая схема сборки является одним их основных документов, составляемых при разработке технологического процесса сборки. Состав операций сборки определяют исходя из оптимального разделения монтажно-сборочного производства. Требования точности, предъявляемые с сборке РЭА, в большинстве своём ведут к необходимости концентрации процесса на основе программируемого механизированного и автоматизированного сборочного оборудования, что снижает погрешности сборки при существенном повышении производительности процесса.

Исходя из вышеизложенного выбираем в качестве технологической схемы сборки схему с базовой деталью. В качестве базовой детали была использована плата печатная, поверхности которой будут впоследствии использоваться для установки в готовое изделие.

Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ и ИМС на плату в ходе выполнения сборочных операций необходимо предварительно рассчитать ритм сборки, мин/шт:

, (8.2.1)

где ФД - действительный фонд времени за плановый период;

N - программа выпуска.

, (8.2.2)

где ДР - количество рабочих дней за плановый период;

С - количество рабочих смен;

Кр.п - коэффициент регламентированных перерывов.

мин,

мин/шт.

Рассчитаем трудоемкость для каждой сборочной операции, при условии 0,9<Ti /r<1,2:

(8.2.3)

Трудоемкость для первой сборочной операции:

Трудоемкость для второй сборочной операции:

8.3 Разработка маршрутного ТП и выбор оптимального

При разработке маршрутной технологии необходимо руководствоваться следующим:

- при поточной сборке разбивка процесса на операции определяются тактом выпуска;

- предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;

- на каждом месте должна выполняться однородная по характеру и технологически законченная работа;

- после наиболее ответственных операций сборки, а также после регулировки или наладки предусматривают контрольные операции;

- применяют более совершенные формы организации производства - непрерывные и групповые поточные линии, линии и участки гибкого автоматизированного производства.

Выбор технологического оборудования производится путем анализа затрат на реализацию технологического процесса в установленный промежуток времени при заданном качестве изделий.

При выборе оптимально варианта технологического процесса используют следующие технико-экономические критерии: технологическая себестоимость; производительность труда. Экономичный процесс - это процесс, который при заданных условиях обеспечивает минимальную технологическую себестоимость. Производительность соответствует наименьшим затратам живого труда и обеспечивает быстрый выпуск продукции.

Штучное время определяется по формуле:

, (8.3.1)

где К1 - коэффициент, зависящий от группы сложности аппаратуры и типа производства;

К2 - коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время и время обслуживания в процентах от оперативного;

К3 - коэффициент, учитывающий долю времени на перерывы в работе в процентах к оперативному времени и зависящий от сложности выполняемой работы и условий труда.

Подготовительно-заключительное время ТП.З рассчитывается по формуле:

, (8.3.2)

где ТП.З.СМ - сменная норма подготовительно-заключительного времени;

С - количество смен;

ДР - количество рабочих дней в плановый период.

Для выбора варианта ТП составляют два уравнения для вычисления суммарного :

, (8.3.3)

, (8.3.4)

где m - число операций по первому варианту, n - соответственно по второму варианту.

Штучно-калькуляционное время

, (8.3.5)

где Тп.з - подготовительно-заключительное время, которое затрачивается на ознакомление с чертежами, получение инструмента, на подготовку и наладку оборудования, оно затрачивается на всю программу выпуска.

После этого необходимо составить 2 варианта техпроцесса для выбора оптимального. Оптимальный - такой процесс, который при заданных условиях обеспечивает минимальную технологическую себестоимость.

Выбор коэффициентов зависит от условий и от типа производства. Так как годовая программа выпуска - 175000 штук и группа сложности - 2, то коэффициенты принимают следующие значения: К1= 1,12; К2=5,4; К3 в зависимости от условий работы.

Таблица 3.3.1 - Автоматизированый маршрутный ТП сборки (вариант 1)

№ операции

Наименование операции

Оборудование, оснастка

Топер,

мин

Тшт,

мин

Тп.з.,

мин

Тшт.-к,

мин

005

Комплектование

Стол рабочий

ОМ-1971,тара цеховая ГГ 7879-1358

1,0

1,21

1536

1,22

010

Транспортирование

ДМЩ-МА-488.00.00 тележка

1,0

1,21

1536

1,22

015

Нанесение паяльной пасты

Автомат INFINITI

0,43

0,53

12800

0,5

020

Установка ПМ-компанентов на плату

Полуавтомат ЕСМ96

1,22

1,51

10240

1,57

025

Пайка на установке ИК конвекционной пайки

Установка ИК конвекционной пайки Трасса-5610

0,09

0,11

10240

0,17

030

Установка компонентов со штыревыми выводами на плату

Полуавтомат УР-7

0,28

0,35

10240

0,41

035

Пайка волной припоя

Установка пайки УПВ-903Б

0,09

0,11

10240

0,17

040

Очистка платы

Линия промывки

ЛПП-901

0,43

0,53

10240

0,59

045

Визуальный контроль

Рабочее место для визуального контроля VS8

0,35

0,46

1536

0,47

050

Электрический контроль

Автомат MTS 180

0,35

0,43

12800

0,5

055

Маркировка

Стол рабочий

ОМ-1971, ГГ879-1578 приспособление для маркировки, тара цеховая ГГ 7879-1358

1,0

1,31

2560

1,32

Итого

6,22

7,64

83968

8,12

Таблица 3.3.2 - Ручной маршрутный ТП сборки (вариант 2)

№ операции

Наименование операции

Оборудование, оснастка

Топер,

мин

Тшт,

мин

Тп.з.,

мин

Тшт.-к,

мин

005

Комплектование

Стол рабочий

ОМ-1971,тара цеховая ГГ 7879-1358

1,0

1,21

1536

1,22

010

Транспортирование

ДМЩ-МА-488.00.00 тележка

1,0

1,21

1536

1,22

015

Нанесение паяльной пасты

Установка трафаретной печати Трасса 43025 НПП «Радуга»

4,25

5,26

1536

5,27

020

Установка ПМ-компанентов на плату

Манипулятор LM901

4,26

5,27

7680

5,31

025

Пайка на установке ИК конвекционной пайки

Установка ИК конвекционной пайки Трасса-5610

0,09

0,11

10240

0,17

030

Установка компонентов со штыревыми выводами на плату

Cтол светомонтажный Logpoint 6235,

Пинцет

ГОСТ 21241-89

0,66

0,87

1536

0,88

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2025, ООО «Олбест» Все наилучшее для вас