Новости

Разработка конструкции таймера

Работа добавлена:






Разработка конструкции таймера на http://mirrorref.ru

Разработка конструкции таймера

1 Обоснование конструкции и выбор материалов

Проектируемая конструкция таймера предназначена для эксплуатации в лабораторных, капитальных жилых и других помещений подобного типа. Она не требует специальных способов защиты от внешних воздействий (температура, влага и так далее), следовательно, основными требованиями, предъявляемыми к конструкции таймера, являются высокая надежность, ремонтопригодность, высокие эргономические и эстетические параметры, низкая стоимость.

Проектирование таймера основано на модульном принципе. Таймер выполнен на двух отдельных печатных платах (ПП), одна из которых включает в себя бесконтактный силовой ключ и источник питания, а вторая сам таймер. Разбиение на две ПП связано с  технологическими особенностями. ПП таймера является двухсторонней и ее возможно изготовить только по аддитивной технологии фотоэлектролитическим способом. ПП источника питания и силового ключа возможно изготовить односторонней по субтрактивной технологии фотохимическим способом. ПП таймера изготовляется по третьему классу точности, ПП источника питания и силового ключа – по первому. Соединение платы осуществляется через разъем. ПП таймера выполнена из стеклотекстолита с адгезивным слоем СТЭК (ТУ 16-503.201-80). ПП силового ключа и источника питания изготовляется из стеклотекстолита фольгированного гальваностойкого СФ-1-35 Г (ГОСТ 10316-78).

Корпус и наружная панель таймера из ударопрочного полистирола УПМ-1003 (ОСТ 6-05-406-80). Формообразование производится методом литья под давлением. Применение полистирола объясняется невысокой его стоимостью, высокой технологичностью  и малой массой. Выбор метода формообразования обусловлен соображениями снижения себестоимости корпуса в условиях производства, оговоренных техническим заданием. К передней панели прикреплен светофильтр, зеленый, из полиметилмета-крилата ЛСОН (ОСТ 6-01-67-77). Светофильтр изготавливается литьем под давлением и приклеивается к передней панели клеем К-300-81 ОСТ 4 ГО.029204. Надписи на корпусе и передней крышке выполнены эмалью ЭП 572, белой ТУ 6-20-2539-76 [7,8].

Для крепления элементов на корпусе таймера применяются «самонарезающие» винты (ГОСТ 10618-80), что снижает трудоемкость сборки [9].

2 Расчет надежности таймера

Надежность является комплексным свойством изделия. Для описания различных сторон этого свойства на практике пользуются показателями надежности, представляющими собой количественные характеристики одного или нескольких свойств, определяющих надежность изделия.

Используются как единичные, так и комплексные показателями надежности. Единичные показатели характеризуют только одно из свойств, а комплексные - несколько свойств, составляющих надежность  изделия. К единичным показателям надежности можно отнести показатели: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Основными комплексными показателями, составляющих надежность изделия, являются: эксплуатационные коэффициенты. Отметим основные определения, связанные с данными показателями надежности.

Под безотказностью понимается свойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого промежутка времени или наработки при данных условиях эксплуатации. Под наработкой в данном случае понимают продолжительность работы изделия, выраженную в часах или других единицах в зависимости от вида функционального назначения изделия. В качестве работоспособного состояния понимают состояние изделия, при котором оно способно выполнять предписанные ему функции, имея значения выходных параметров в пределах норм, оговоренных в технической документации.

При проектировании любой РЭА необходимо уже на ранних стадиях проектирования оценивать необходимые показатели надежности. В практике оценки надежности РЭА экспериментально установлено, что на начальных этапах проектирования функцию распределения времени возникновения внезапных отказов с некоторым приближением можно описать с помощью экспоненциального закона.

Надежность РЭА характеризуется степенью ее безотказности во времени. Поскольку отказ является случайной величиной времени, то и надежность характеризуется случайной функцией времени. Следовательно вероятность безотказной работы адекватна вероятности работы изделия. Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени изделие находится в работоспособном состоянии.

Под вероятностью безотказной работы изделия в течение времени  при заданном времени безотказной  работы   понимают вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в пределах заданного промежутка времени работы (наработки) отказа не возникнет.

Поскольку любая РЭА состоит из элементов, то ее надежность зависит от надежности этих элементов. На практике из-за большой стоимости и сложности испытания всего РЭА рассчитывают вероятность безотказной работы ее элементов, а затем на основе их рассчитывается вероятность безотказной   работы всей радиоэлектронной аппаратуры.

Относительное изменение скорости отказов представляет собой интенсивность отказов. Теоретическим путем найти величину  нельзя. Поэтому пользуются экспериментальными данными, полученными в результате испытаний большого количества элементов и при длительном времени испытании как отношение числа отказавших элементов к произведению количества испытываемых элементов на время испытания.

Расчет надежности таймера производится на ЭВМ. Результаты расчета приведены в приложении А. Из приведенного расчета видно, что таймер удовлетворяет требованиям надежности.

3 Расчет параметров электрических соединений

Расчет параметров электрических соединений производится для ПП таймера. Результатами расчетов являются размеры ПП, то есть ширина проводников, расстояние между проводниками, диаметры контактных площадок и др.

Исходя из технологических возможностей производства по ОСТ 4.010.022-85 выбирается фотоэлектрохимический способ изготовления и третий класс точности ПП.

Определяем нормальное значение диаметров монтажных отверстий

,             (4.1)

гдеdэ – максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

dн.о – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, определяется по [10];

r – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, выбирается 0,1 по [10].

Рассчитаем диаметры монтажных отверстий для элементов  с диаметрами выводов 1,5 мм; 0,9 мм; 0,7 мм; по формуле (4.1)

;

;

.

Рассчитаем максимальный диаметр просверленного отверстия

              (4.2)

гдеd – допуск на отверстие, определяется по [10];

;

;

.

Рассчитываем минимальный эффективный диаметр контактной площадки по формуле

   (4.3)

гдеbm – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки определяется по [10];

d иp – допуски на расположение отверстий и контактных площадок, соответственно;

Подставляя значения в (4.3) находим:

;

;

.

Минимальный диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле

;     (4.4)

;

;

.

Максимальный диаметр контактных площадок

;             (4.5)

;

;

.

Определим минимальную ширину печатных проводников

;     (4.6)

гдеb1min – минимальная эффективная ширина проводника,b1min=0,18 мм для ПП третьего класса точности;

Максимальная ширина печатных проводников

    (4.7)

Рассчитываем минимальное расстояние между проводниками и контактной площадкой по формуле

    (4.8)

гдеL0 – расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

l – допуск на расположение проводников, определяется по [10];

Минимальное расстояние между контактными площадками по формуле

    (4.9)

Минимальное расстояние между двумя проводниками

   (4.10)

Из приведенного расчета видно, что плату таймера можно изготовить по третьему классу точности.

4 Тепловой расчет

Проведем проверочный тепловой расчет диода силового ключа КД202Р.

Расчет производится с использованием [11,12].

Рассчитаем среднюю поверхностную температуру корпуса диода по формуле

Тк.српмаксRп-к,     (4.11)

где Тп – температура перехода диода,С, берется из [13];

 Рмакс – максимальная мощность рассеиваемой  диодом, Вт;

Rп-к – тепловое сопротивление переход-корпус,С/Вт, берется из [13];

Тк.ср=150-3,51=146,5С.

Определяем переход между средней поверхностной температурой корпуса диода и окружающей средой

Т=Тк сро.с,     (4.12)

где То. с – температура окружающей среды,°С;

Т=146,5-40=106,5°С.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи конвекцией:

  (4.13)

где Тм=0,5(Тк срос);          (4.14)

N – коэффициент, значение которого берется из [11] в зависимости отL;

L – определяющий размер, в данном случае высота диода, так как он расположен на плате вертикально.

Рассчитаем Тм по формуле (4,14)

Тм=0,5(146,5+40)=93°С.

Рассчитаемк по формуле (4.13)

к =(1,42+1,410-393)1=12,1

Определим коэффициент теплоотдачи излучением

=fк срос),     (4.15)

где – коэффициент черноты поверхности диода, берется из [11]

f – табулированная функция, приведенная в /11/.

=0,86111,1=9,5

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле

=к+;      (4.16)

Рассчитываем мощность, которую может рассеять диод при полученном коэффициенте теплоотдачи, по формуле

Р=SТ,     (4.17)

гдеS – площадь поверхности диода, м2;

Подставляя значения в (4.17) находим:

Р=710-421,6106,5=1,6 Вт.

Из приведенного расчета видно, что тепловой режим диода обеспечивается нормально, так как мощность рассеиваемая им меньше мощности которую он может рассеивать при данных условиях Рмакс<P (1Вт<1,6Вт).

2. Разработка технологии сборки печатного узла таймера

2.1 Анализ технологичности конструкции печатного узла

Анализ технологичности конструкции связан с использованием количественной и качественной оценки, соответственно количественных и качественных показателей технологичности [14].

Приведем в начале качественный анализ.

Печатная плата проектируемого узла таймера имеет стандартные размеры, следовательно она технологична при изготовлении  и повышает технологичность всего узла при сборке. В конструкции таймера используются  элементы соответствующие условиям ГОСТ и ТУ, что так же улучшает технологичность конструкции.

Проведем количественный анализ технологичности конструкции печатного узла, рассчитав соответствующие коэффициенты.

Коэффициент повторяемости ЭРЭ

Кпов ЭРЭ=1-     (5.1)

где Нm.ЭРЭ – количество типоразмеров ЭРЭ;

 НЭРЭ – общее количество ЭРЭ.

По спецификации ПД.5.544.002 определяем количество типоразмеров ЭРЭ и общее количество ЭРЭ и по формуле (5.1) определяем Кпов ЭРЭ

Кпов=1-=0,68

Коэффициент автоматизации подготовки ЭРЭ к монтажу

КапЭРЭ=     (5.2)

где  НапЭРЭ – количество ЭРЭ, подготавливаемых к монтажу автоматизированным способом.

В число таких ЭРЭ включают и те, которые не требуют специальной подготовки к монтажу.

Подготовки к монтажу не требуют реле (поз.1 согласно сборочному чертежу), разъем (поз.39). Все остальные элементы подготавливаются к монтажу в ручную, либо на ручных приспособлениях.

По формуле (5.2) рассчитываем КапЭРЭ

КапЭРЭ==0,03.

Коэффициент автоматизации установки ЭРЭ на печатную плату

КауЭРЭ=,     (5.3)

где  НауЭРЭ – количество ЭРЭ, которые могут быть установлены на печатную плату автоматизированным способом.

Автоматизированным способом могут устанавливаться элементы поз.15-17, 21-34.

По формуле (5.3) рассчитываем

КауЭРЭ==0,54.

Комплексный технический показатель

    (5.4)

где  Кii-й дополнительный технический показатель;

i – коэффициент значимости, приведен в [14].

Рассчитаем Ктех по формуле (5.4)

Ктех=.

Уровень технологичности по комплексному технологическому показателю

Куотех=,

где Ктехб – комплексный технический показатель базового изделия;

Куотех=.

Так как Куотех>1 (1,1>1), то проектируемая конструкция превосходит базовую по технологичности.

5.2 Разработка технологии сборки и монтажа сборочной единицы на печатной плате

Исходя из рассчитанных коэффициентов (Кпов=0,68, КапЭРЭ=0,03, КауЭРЭ=0,54), а так же программы выпуска изделияN=5000 шт выбирается схема технологического процесса (ТП), заключающаяся в комплексной подготовке ЭРЭ на специализированном заготовительном участке, ручной поточной установке элементов на печатную плату и последующей групповой пайке.

Комплексная подготовка ЭРЭ на специализированном заготовительном участке осуществляется следующим образом. Сначала производится групповое лужение выводов элементов на установке группового лужения   ГГ-1621, затем производится формовка и обрезка выводов ЭРЭ.

Выбранные приспособления по [15] приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Приспособления для формовки выводов ЭРЭ.

Наименование ЭРЭ (поз)

Обозначение приспособления

1

2

Реле (поз. 1)

Требует разработки

КЛС-1Е (поз. 6)

Требует разработки

КМ-5б (поз. 7-11)

П-78346-68

К50-6 (поз. 12,13)

П-56187-72

К53-1А (поз. 14)

Требует разработки

К155ЛА3, К155ЛА4, К155ИЕ2

(поз. 15-17)

П89405

К155ИЕ6, К155ИД1, (поз. 18,19)

П88318

ИН-8-2 (поз. 20)

Формуется в ручную

МЛТ-0,25 (поз. 21-31)

П-78-116-41

Д-220 (поз. 32)

0-72280-116

КД1-102Б (поз. 33)

П-78116-67

КД509А (поз. 34)

Требует разработки

МП38, МП42 (поз. 35,36)

Формуется в ручную

КТ315Б, КП103К (поз. 37,38)

УП-80639-01

После подготовки ЭРЭ производится их установка на печатную плату на конвейере, а затем групповая пайка на установке пайки АП - 4. После групповой пайки производится монтаж индикаторов ИН-8-2 и закрепление на плате разъем СНП58-48/94х9В-23-2-В (поз. 39 согласно сборочному чертежу).

Структурная схема технологического процесса сборки и монтажа печатного узла таймера, показана на рисунке 5.1. Маршрутные и операционные карты технологических процессов сборки и монтажа приведены в приложении Б.

Рисунок 5.1 Схема технологического процесса сборки и монтажа

Разработка конструкции таймера на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Реферат Разработка цифрового таймера на базе микропроцессора К1810ВМ88

2. Реферат Разработка конструкции шкафа настенного и технологического процесса его изготовления

3. Реферат Разработка конструкции интегральной микросхемы и технологического маршрута ее производства

4. Реферат Разработка исходной модели конструкции женского костюма для подиумного показа

5. Реферат Разработка конструкции шкафа многоцелевого назначения и технологического процесса его изготовления

6. Реферат Разработка конструкции и технологии изготовления электронной системы управления вентиляторами компьютера

7. Реферат РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА НА АВТОТРАНСПОРТЕ

8. Реферат Модернизация конструкции шаровой мельницы МШЦ-4500*6000 и разработка технологии изготовления патрубка загрузочного

9. Реферат Разработка конструкции и маршрута изготовления КМОП ИС делителя частоты с коэффициентом деления 24 и переменной скважностью на базе RS-триггера

10. Реферат Модуль Таймера микроконтроллера MSP430F2013