Конструирование и технология изготовления звукового сигнализатора отключения сетевого напряжения (стр. 8 из 11)

Достоинства:

– максимальное увеличение до 10 крат;

– стереоизображение с высокой разрешающей способностью;

– антибликовый экран;

– регулируемое освещение;

– низкая утомляемость оператора.

Все вышеперечисленное позволяет добиться высокого качества изготовления проектируемого изделия.

Основными документами при разработке технологических процессов являются технологические карты. В картах указывается структура технологического процесса и его содержание, последовательность выполнения операций, применяемое оборудование, режимы обработки и тому подобное. Применяются технологические карты трех видов: маршрутные, технологического процесса и операционные.

Маршрутные карты представляют собой технологический документ, содержащий описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия по всем операциям различных видов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастки, материальных и трудовых нормативах, в соответствии с установленными нормами. Эти карты определяют последовательность прохождения обрабатываемого изделия по цехам. Они применяются в единичном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда не требуется точной деталировки технологического процесса и обрабатываемое изделие твердо не закреплено за операциями на длительное время.

Маршрутные карты содержат сведения о материале и маршрутах заготовки, цехах и мастерских, в которых производится обработка, а так же перечень операций, оборудования, технологической оснастки, профессий и разряды рабочих, а так же нормированные сведения.

Маршрутные карты технологического процесса сборки печатной платы приведены в приложении. Технологический процесс разработан в соответствии с ОСТ 4ГО.019.432

3.4 Инженерные расчеты

3.4.1 Расчет надежности

Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени.

Все устройства с точки зрения надежности делят на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Восстанавливаемым считается устройство, работа которого после отказа может быть восстановлена в результате проведения необходимых восстановительных работ. Устройство, работа которого после отказа полностью невозможна или нецелесообразна, называется невосстанавливаемым. Разрабатываемое устройство является восстанавливаемым.

В технических условиях на аппаратуру устанавливают допустимые пределы изменения основных параметров. Если происходит нарушение нормальной работы, при котором наступает полное нарушение (прекращение) работоспособности системы (элемента), или параметры выходят за пределы установленных допусков, то такое состояние называют отказом. Различают отказы внезапные и постепенные. Внезапные отказы возникают в результате скачкообразного изменения параметров устройств (например, пробой диэлектрика, сгорание резистора). Постепенные отказы возникают вследствие медленного изменения параметров устройств за счет действия различных дестабилизирующих факторов. Деление отказов на внезапные и постепенные условно. Эти понятия отражают только скорость изменения параметров во времени.

Надежность – это мера способности аппаратуры работать безотказно. Количественно надежность устройств выражается показателями надежности. Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов. Важным показателем надежности является вероятность безотказной работы аппаратуры в течении заданного периода времени.

Результаты расчетов надежности позволяют решать различные задачи конструирования РЭА:

- выбирать из различных вариантов системы лучшую по надежности;

- принять или отклонить конструкцию до ее практического выполнения, не расходуя средств на ее изготовление и испытания;

- определить пути повышения надежности создаваемой конструкции.

Надежность РЭА можно повысить в процессе конструирования следующими методами:

- применением наиболее надежных и перспективных элементов со сроком службы и техническим ресурсом не менее заданных в техническом задании на аппаратуру;

- снижением уровня электрической нагрузки элементов;

- снижением рабочей температуры в изделии;

- защитой элементов и всей конструкции от воздействий окружающей среды;

- повышением стабильности параметров элементов относительно воздействий окружающих условий;

- введением предохранителей и защитных устройств;

- упрощением схем и конструкций;

- заменой дискретных элементов интегральными схемами;

- резервированием.

При расчете надежности звукового сигнализатора отключения сетевого напряжения приняты следующие допущения:

- интенсивности отказов всех элементов постоянны;

- отказы элементов изделия являются событиями случайными и независимыми друг от друга;

- все элементы и узлы с точки зрения надежности соединены последовательно, т.е. отказ каждого элемента является отказом изделия в целом;

- при расчете надежности учитывались только внезапные отказы ЭРЭ, паек и узлов (при определении интенсивности отказов при хранении учтены и постепенные отказы).

Таблица 13. Значения интенсивностей отказов

Наименование и тип ЭРЭ	Количество ЭРЭ, Ni	Интенсивность отказов
		*10-6,1/ч	Ni* 10-6, 1/ч
Резистор постоянный С1–4	6	0,03	0,18
Резистор постоянныйС2–33Н	1	0,034	0,034
Конденсатор полярный К50–12	3	0,15	0,45
Транзистор КТ315Б	2	0,0015	0,003
Транзистор КТ361Б	1	0,0015	0,0015
Диод КД102Б	1	0,04	0,04
Светодиод L-934SRC-E	1	0,06	0,06
Стабилитрон КС213В	1	0,05	0,05
Звукоизлучатель НРМ14АХ	1	0,7	0,7
Плата печатная	1	0,7	0,7
Пайка	37	0,01	0,37
Всего:	55	2,59

Общая интенсивность отказов устройства с учетом условий эксплуатации найдём по формуле:

,

где

и - поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов;

- поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры;

- поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха;

– поправочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности элемента и коэффициента нагрузки.

Для лабораторных условий:

, , , , = 1,0.

Среднее время наработки на отказ T_ср, вычисляется по формуле:

Полученное время превышает заданную наработку на отказ (10 000 ч).

Вероятность безотказной работы устройства за время t по формуле:

P(t)=еxp(-λ_изд*t)=exp(-t/T_ср).

Вероятность безотказной работы для времени, t=5000 ч.:

P(t) = 0,9995

Полученные результаты говорят о высокой надежности сконструированного преобразователя.

График зависимости вероятности безотказной работы от времени представлен на рисунке 28.

Рис. 31. Зависимость вероятности безотказной работы от времени эксплуатации

Вывод: Полученное среднее время наработки до отказа превышает указанное в техническом задании, следовательно, требования по надежности выполняются.

3.4.2 Расчет теплового режима

Практически все радиоэлементы схемы излучают тепловую энергию. Резисторы рассеивают тепло, выделяющееся в их резистивном слое. Транзисторы рассеивают тепло, выделяющееся в их коллекторном переходе. Конденсаторы нагреваются из-за потерь в диэлектрике. В какой-то степени нагреваются даже соединительные провода и проводники на печатной плате.

Нормальное функционирование РЭА возможно лишь при условии поддержания температур ее элементов в определенных пределах. Изменение теплового режима оказывает влияние на характеристики элементов и может привести к возникновению физико-химических процессов, выводящих элемент из строя. При этом дестабилизирующими тепловыми воздействиями являются рассеиваемые при работе элементов мощности, изменения температуры внешней среды и тепловые потоки от окружающих прибор объектов. Поэтому на этапе конструкторского проектирования РЭА при выборе вариантов конструкции и компоновки наряду с задачами обеспечения монтажно-коммутационных требований, помехоустойчивости, технологичности, вибропрочности необходимо решать задачи обеспечения нормального теплового режима.

Применение новой элементной базы, позволяющей уменьшить массу и объем устройств, во многих случаях увеличивает удельные рассеиваемые мощности, что заставляет искать новые пути решения задач обеспечения теплового режима. Часто требования к тепловому режиму приводят к необходимости использования систем охлаждения и термостатирования, конструкции которых во многом определяют конструкцию самой аппаратуры, причем массогабаритные показатели и энергопотребление системы охлаждения могут быть соизмеримы или превышать соответствующие характеристики функциональных устройств.

Из выше сказанного вытекает, что проблемы комплексной микроминиатюризации, унификации конструкций, повышения надежности и автоматизации конструкторского проектирования РЭА неразрывно связаны с разработкой эффективных систем охлаждения и методов проектирования конструкций, обеспечивающих нормальный тепловой режим.

При конструировании устройств процессы теплообмена должны рассматриваться на всех уровнях компоновки – от функциональных узлов до многоблочных конструкций и отсеков. Выбор систем охлаждения каждого уровня должен проводиться с учетом возможности отвода теплоты и наличия фоновых перегревов на более высоком конструктивном уровне. Поэтому, если это возможно, тепловое проектирование следует начинать с верхних уровней и при переходе на более низкий иметь для рассматриваемого модуля достоверную информацию о тепловых воздействиях со стороны других модулей.