Разработка конструкции и технологии изготовления радиомикрофона

курсовая работа

5) разработка технологической схемы сборки

1.4 Источники разработки

Перечень литературных источников

Разработка изделия производится на основе следующих литературных источников:

1) Журнал «Радио» - начинающим, стр. 54-55, №1, 2012 г;

2) Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для ВУЗов;

3) Борисов, А. Назаров - Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию.

Конструкторские аналоги

Разрабатываемый радиомикрофон беспроводной, поэтому при сравнении с проводными аналогами он удобнее в использовании.

1.5 Технические требования

Состав изделия и требования к его конструкции

Радиомикрофон состоит из:

- блока, в котором размещена ФЯ, состоящая из печатной платы и радиоэлементов расположенных на ней.

Параметры корпуса:

- габаритные размеры - диаметр не белее 40 мм, длина не более 100 мм. (100Ч d40);

- материал корпуса - алюминий;

- масса модуля не более 300 г.

Показатели назначения

Изделие в заданных условиях эксплуатации должно обеспечивать следующие значение функциональных показателей:

- диапазон рабочих частот передачи - от 88…..108 МГц;

- напряжение питания - 3В;

- ток потребления - 2,5 мА.

Требования к надёжности

Вероятность безотказной работы изделия за 8 часов должна быть не ниже 0.99.

Среднее время наработки на отказ изделия должно быть не менее 1000 ч.

Требования к уровню унификации и стандартизации

Уровни стандартизации и унификации изделия, определяемые коэффициентами стандартизации и унификации должны быть не менее 0,7.

Требования к безопасности

Изделие должно быть электробезопасным в условиях производства, эксплуатации, обслуживания и ремонта.

Эстетические, эргономические требования

Устройство должно отвечать современным требованиям эргономики и технической эстетики предъявляемым к радиомикрофону.

Условия эксплуатации (использования)

Функциональные показатели, приводимые в разделе 1.5.2. должны быть обеспечены в следующих условиях эксплуатации:

- диапазон рабочих температур от минус 10°С до +55?С;

- относительная влажность до 80% при Т = 25?С;

- диапазон вибрационных частот от 10 до 30 Гц;

- виброускорение 19,6 м/с2;

- пониженное атмосферное давление до 61 кПа.

Дополнительные требования

Дополнительные требования к изделию не предъявляются.

Требования к транспортировке и хранению

Транспортировка изделия допускается автомобильным транспортом без ограничения расстояния в заводской упаковке, исключающей повреждение изделия при транспортировке.

Хранение должно производиться в капитальном, отапливаемом помещении на стеллажах в заводской упаковке.

1.6 Стадии разработки

Разработка должна быть выполнена в соответствии с календарным планом, представленным в таблице 1.1.

"right">Таблица 1.1

Содержание работ

Дата завершения

1

Оформление технических требований, схемотехническая отработка конструкции

28.09.12

2

Разработка конструкции изделия

10.10.12

3

Расчет показателей качества конструкции

09.11.12

4

Расчет технологичности конструкции

30.11.12

5

Оформление конструкторской документации

1.7 Комплектность документации, порядок приёмки, сроки

Комплект документов должен включать:

- расчетно-пояснительная записка;

- графический материал;

2. Схемотехническая отработка конструкции

2.1 Описание принципа работы радиомикрофона

Основа устройства (рис. 2.1) LC-гeнератор, собранный на транзисторе VТ1 по схеме "ёмкостной, трёхточки"

Рисунок 2.1

Номиналы конденсаторов C3C5 и топология катушки индуктивности L 1 выбраны такими, чтобы частота генерации составила около 100 МГц, т. е. примерно в середине УКВ ЧМ диапазона 88...108 МГц. Конденсатор С1 соединяет базу транзистора с линией питания по высокой частоте.

Электретный микрофон ВМ 1 преобразует звуковой сигнал в электрический, который через резистор А2 и конденсатор С2 поступает на базу транзистора VТ1. В результате ток через тpaнзистор изменяется, что при водит к изменению частоты и амплитуды генерируемого сигнала, т.е. осуществляется eгo амплитудная и частотная модуляция звуковым сигналом. К отводу катушки L 1 подключают антенну отрезок изолированного провода толщиной 0.5...1 мм и длиной 30...40 см. Сигнал гeнepaтopa можно принимать на радиовещательный УКВ приёмник указанного выше диапазона на расстоянии нескольких десятков метров. Все элементы кроме выключателя и батареи питания, монтируют на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 2.2

Рисунок 2.2

Смонтированная плата показана на рис. 2.3.

Рисунок 2.3

Питать устройство можно от батареи, состоящей из двух гальванических элементов типоразмера АА. ААА, AG 13 напряжением по 1,5 В каждый или одного литиевого элемента серии САхххх с напряжением 3 В. Применены резисторы МЛ-Т: C2-23, Р1 4, конденсаторы К10-17, причём конденсаторы C3-C5 должны иметь ТКЕ ПЗЗ, МПО или МЗЗ это повысит стабильность частоты гeнepaтopa, ТКЕ остальных может быть любым. Замена тpaнзистора S9014С любым ceрий КТ368, КТ399, 2SC9014, S9018 с коэффициентом передачи тока коллектора не менее 50. Можно применить транзисторы серий КТ326, КТ363, но в этом случае необходимо изменить на противоположные полярности подключения питающего напряжения и микрофона. Выключатель питания малогабаритный, например, В3009, В3037. Электретный микрофон любой с двумя выводами, но лучшие результаты получены с указанным на схеме.

Налаживание начинают с установки потребляемого тока 1,5...2,5 мА подборкой резистора А3.

Затем, перестраивая УКВ радиоприёмник вблизи частоты 96 МГц, настраиваются на сигнал радиомикрофона. Частоту гeнepaтopa можно изменять подборкой конденсатора С3, уменьшение eгo ёмкости приводит к росту частоты генератора, и наоборот. Изменение частоты потребуется, если приёму будет мешать сигнал радиовещательной станции. Установку частоты можно упростить, заменив конденсатор С3 на два соединённых параллельно. Один постоянной ёмкости (20...22 пФ), eгo устанавливают на место С3, второй подстроечный (4...20 пФ), eгo можно установить со стороны печатных проводников. Подойдут подстроечные конденсаторы КТ4-21б, КТ4-25б с номинальным напряжением 100В (диаметр корпуса 5 мм). Приёмник настраивают на частоту, свободную от сигналов радиостанций, и подстроечным конденсатором перестраивают на эту частоту генератор.

2.2 Конструкторско-технологический анализ элементной базы

Выбор элементной базы производится на основе качественного анализа групп резисторов, конденсаторов, транзистора, микросхем и т.д. по справочным данным на эти элементы.

"right">Таблица 2.1

Тип элемента

Обозн.

К-во шт.

Масса не более г.

Установочные размеры

Темпер. диапазон ?С

Диапазон вибровоз-действий Гц

Вибропе-регрузка, g

Площадь мм2

Объем мм3

1

Конденсатор K10-17б- 1000пФ-50В

C1

1

1.0

33,75

168,75

от -60 до +125

1-3000

20

2

Конденсатор K10-17б-0,1мкФ-50В

C2

1

1.0

33,75

168,75

от -60 до +125

1-3000

20

3

Конденсатор К10-17б-33пФ

C3

1

0.5

16,8

67.2

от -60 до +125

1-3000

40

4

Конденсатор K10-17б-10пФ-50В

C4

1

0.5

16,8

67.2

от -60 до +125

1-3000

40

5

Конденсатор K10-17б-47пФ

C5

1

0.5

16,8

67.2

от -60 до +125

1-3000

40

6

Конденсатор К10-17б-0.1мкФ-50В

C6

1

1.0

33,75

168,75

от -60 до +125

1-3000

20

7

Микрофон CZN-15E

ВМ1

1

15.0

73.9

495.12

от -25 до +60

1-3000

40

8

Транзистор S9014C

VT1

1

14.0

20.98

80.97

от -55 до +150

1-3000

40

9

Переключатель В3009-125В

SA1

1

28.0

18.2

123.76

от -50 до +60

1-3000

20

10

Батарея CR123A-3В

GB1

1

17.0

201.06

7238.23

от -30 до +65

1-5000

40

11

Резистор С2-23-0-250 -1.5кОм-

R1

1

0.12

4.15

24.93

от -55 до +125

1-3000

40

12

Резистор С2-23-0-250 -10кОм

R2

1

0,12

4.15

24.93

от -55 до +125

1-3000

40

13

Резистор С2-23-0 -36кОм

R3

1

0,12

4.15

24.93

от -55 до +125

1-3000

40

14

Резистор С2-23-0-56Ом

R4

1

0.12

4.15

24.93

от -55 до +125

1-3000

40

Всего на плате

14

78,98

482,39

8745,65

По данным таблицы 2.1 рассчитаем суммарную установочную массу элементов mpэ, суммарную установочную площадь элементов Spэ и суммарный установочный объем элементов Vpэ.

1) Считаем суммарные значения массы, установочной площади и объёма:

Суммарная масса всех радиоэлеменетов составляет: mpэ = 78,98 г

Суммарная площадь: Spэ = 482,39 мм2

Суммарный объём:Vpэ = 8745,65 мм2

Коэффициенты дезинтеграции характеризуют относительное изменение материальных показателей конструкции в целом (массы, объема, площади) по сравнению с соответствующими показателями элементной базы при создании конструкции

Коэффициенты дезинтеграции

Из таблицы 2.2 возьмем значения относительных показателей качества для ФЯ.

"right">Таблица 2.2

Коэффициент дезинтеграции массы ФЯ: 1,33

Коэффициент дезинтеграции объёма ФЯ: 3,67

Коэффициент дезинтеграции площади ФЯ: 2,51

Произведем оценку массогабаритных характеристик изделия с учетом коэффициентов дезинтеграции:

Ожидаемая масса 105,04 г.

Ожидаемый объем 21951,58 мм3

Ожидаемая площадь 1770,38 мм2

Ожидаемая площадь для платы управления Sрэ = 1770,39 мм2

Площадь платы по ТЗ Sпл = 2400 мм2

Ожидаемый объем 21951,58 мм3

Объем платы по ТЗ Vпл = 24000 мм3

Все элементы смогут быть размещены на плате с выбранными геометрическими размерами.

Сравнив полученные данные с требованиями технического задания к конструкции, можно сделать вывод о том, что данная элементная база подходит для создания конструкции, имеющей массогабаритные показатели, удовлетворяющие требованиям технического задания.

Определим виброперегрузку:

Так как по ТЗ виброускорение составляет 19,6 м/с2, то виброперегрузка будет равна

19,6/9,8 = 2

где а - виброускорение [м/с2]

g - ускорение свободного падения.

Вывод:

Каждый элемент в отдельности в предельных условиях эксплуатации имеет виброперегрузку большую 2g и минимальный диапазон вибрационных воздействий от 1 до 600Гц. Значит виброперегрузка и диапазон виброчастот указанные по предельным условиям эксплуатации для каждого элемента из выбранной элементной базы удовлетворяют техническому заданию. Все элементы технологически совместимы, так как, для всех применен способ монтажа в отверстие. Все элементы конструктивно совместимы, так как элементы примерно одинакового типоразмера.

2.3 Разукрупнение схемы электрической принципиальной

Независимо от назначения и функциональной сложности изделия разукрупнение РЭС на конструктивно-технологические единицы (КТЕ) имеет ряд общих принципов, главными из которых являются:

- конструктивная и функциональная законченность КТЕ;

- минимальное количество внешних электрических соединений при условии выполнения конструктивной и функциональной законченности;

- максимальная сложность КТЕ на низших структурных уровнях, причем функциональная сложность ограничивается технологией производства процентом выхода годных изделий и стоимостью.

Оценка разукрупнения

Рассмотрим два варианта компоновки:

Рисунок 2.4

Оценку разукрупнения производим по формализованному показателю разукрупнения:

Вариант 1

Компоновка на одной КТЕ

Вариант 2

Компоновка на двух КТЕ

По теории лучший вариант будет тот, у которого формализованный показатель качества больше.

Наибольшее значения показателя = 3,2,поэтому выбираем вариант 1.

3. Разработка конструкции модуля радиомикрофона

3.2 Выбор системы охлаждения модуля радиомикрофона

Поскольку способ охлаждения в значительной мере определяет структуру конструкции РЭС, уже на ранних стадиях разработки важно правильно выбрать способ охлаждения. Способ охлаждения выберем с помощью диаграммы (Рисунок 3.1).

Допустимый перегрев конструкции

75 - 55 = 20°С

min температура РЭ

- поверхностная плотность теплового потока

Где S площадь модуля

м2

- поправочный коэффициент на давление окружающей среды

Р = РПОТР (1-з) = 3• 0.0025(1- 0,4) = 0,0045 Вт.

Берем десятичный логарифм от Pos

Далее по диаграмме определяем способ охлаждения. Подставляя полученную точку (0,78; 5) (участок 1), можно утверждать, что рассчитываемая конструкция обеспечивает нормальный тепловой режим при естественном воздушном охлаждении.

Рисунок 3.1

Указанные на рисунке 3.1 зоны относятся к следующим способам охлаждения:

1 - естественное воздушное;

2 - естественное и принудительное воздушное;

3 - принудительное воздушное;

4 - принудительное воздушное или жидкостное;

5 - принудительное жидкостное;

3.3 Выбор материалов конструкции

Выбор материала основания печатной платы

Выбор материала для управляющей части радиомикрофона производить среди основных материалов для производства ПП - гетинакс и стеклотекстолит.

Выбор печатный платы произведен на основании комплексного показателя качества.

Комплексный показатель качества представляет собой сумму взвешенных дифференциальных и нормированных показателей качества

весовой коэффициент

нормированный показатель качества

Для рассчетов используются следующие показатели качества приведенные в таблице 3.1

"right">Таблица 3.1

№ п/п

Материал

Плотность материала кг/м3

Разрушающее напряжение при изгибе перпендикулярно слоями не менее МПа

Разрушающее напряжение при растяжении, не менее МПа

Значение допустимого рабочего напряжения при ширине зазора 0,5 мм В

1.

Стеклотекстолит ГОСТ 12652-74

1600

350

220

350

2.

Гетинакс ГОСТ 2718-74

1300

135

120

250

Произведём выравнивание влияния дифференциальных показателей. При увеличении пробивного, разрушающего и допустимого рабочего напряжения качество материала платы повышается. А при увеличении плотности материала качество ухудшается, так как это ведет к увеличению массы платы в целом и напрямую отразится на показателе вибропрочности. Поэтому показатель плотности заменим обратной величиной. Данные заносим в таблицу

"right">Таблица 3.2

Материал

(кг/м3)-1

МПа

МПа

В

Стеклотекстолит

0,00063

350

220

350

Гетинакс

0,00077

135

120

250

Выполним нормирование значений показателей качества путём деления каждого на максимальное значение своего подпункта.

"right">Таблица 3.3

Материал

(кг/м3)-1

МПа

МПа

В

Стеклотекстолит

0,82

1

1

1

Гетинакс

1

0,39

0,55

0,71

Введем весовые коэффициенты по десятибальной шкале:

- плотность материала -2

- разрушающее напряжение при растяжении - 2

- разрушающее напряжение при растяжении - 2

- значение допустимого рабочего напряжения - 4

Рассчитываем значение комплексного показателя качества для каждого материала.

Стеклотекстолит:

Гетинакс:

Так как при выравнивании влияния дифференциальных параметров выбрана тенденция на увеличение показателей (чем больше, тем лучше), то лучшим вариантом будет показатель с наибольшим значением, то есть стеклотекстолит.

Для основания печатной платы выбираем 2-х слойный стеклотекстолит.

Выбор материала для корпуса модуля радиомикрофона

Выбор материала для корпуса радиомикрофона производить среди алюминия и меди

Выбор корпуса произведен на основании комплексного показателя качества.

Для расчетов используются следующие показатели качества приведенные в таблице 3.4

"right">Таблица 3.4

№ п/п

Материал

Плотность материала кг/ м3

Удельное сопротивление 10-7,Ом•м

Модуль упругости МПа

Удельная теплоемкость кал/г•°С

1.

Алюминий

2700

0,279

70

0,22

2.

Медь

8960

0,169

115

0,09

Произведём выравнивание влияния дифференциальных показателей. При увеличении удельной теплоемкости качество материала платы повышается. А при увеличении плотности материала качество ухудшается, так как это ведет к увеличению массы платы в целом и напрямую отразится на показателе вибропрочности. Поэтому показатель плотности заменим обратной величиной. Данные заносим в таблицу

"right">Таблица 3.5

Материал

(кг/м3)-1

10-7, (Ом•м)-1

МПа

кал/г°С

Алюминий

0,00037

0,279

70

0,22

Медь

0,00011

0,169

115

0,09

Выполним нормирование значений показателей качества путём деления каждого на максимальное значение своего подпункта.

"right">Таблица 3.6

Материал

(кг/м3)-1

10-7,(Ом•м) -1

МПа

кал/г•°С

Алюминий

1

1

0,6

1

Медь

0,3

0,6

1

0,4

Введем весовые коэффициенты по десятибальной шкале:

- плотность материала - 4;

- удельное сопротивление - 2;

- модуль упругости - 2;

- удельная теплоемкость - 2.

Рассчитываем значение комплексного показателя качества для каждого материала.

Алюминий:

Медь:

Так как при выравнивании влияния дифференциальных параметров выбрана тенденция на увеличение показателей (чем больше, тем лучше), то лучшим вариантом будет показатель с наибольшим значением, то есть алюминий.

Определение геометрических размеров печатной платы

Чтобы определить геометрические размеры ПП необходимо учитывать:

1. X1 = X2 = Y1 = Y2 = д,

где д - толщина печатной платы

2. Наличе разъемов

Из условий ТЗ печатная плата имеет прямоугольную форму, на ПП должны быть размещены РЭ и краевые поля, показанные на рисунке 3.2

Y1

32 6 32 32 23 33

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Х1 Х2 Y2

Рисунок 3.2

Расчет:

Х1 = Х2 = дпл = 1.5мм

Размер по Х:

Lх = Lплх+2 дпл = 55+2•1.5 = 58 мм

Y1 = Y2 = 2мм

Размер по Y:

Ly = Lплy+2Y = 32+2•2 = 36мм

Нормальный ряд

Lх +L y = 60Ч40мм

Ожидаемая площадь для платы управления Sрэ = 1770,39 мм2

Площадь платы по ТЗ Sпл = 2400 мм2

Все элементы смогут быть размещены на плате с выбранными геометрическими размерами

Расчет элементов печатной платы

Расчету подлежат диаметры монтажных отверстий и переходных площадок, минимальная ширина проводников на падение напряжений на проводниках, обусловленные сопротивлением проводников. Расчеты геометрических размеров элементов проводятся с целью коррекции изменения размеров элемента в процессе изготовления платы - техническая погрешность.

Выбор класса точности обусловлен, прежде всего элементной базой. Элемент с наименьшим расстоянием между выводами VD4 и оно составляет 2,54 мм. Следовательно, оптимальным будет выбор 1класса точности.

1. Минимальный диаметр переходного отверстия dпо

dпо?Kдт•hпл

hпл - толщина ПП

hдт = 0,5 - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, для ПП 1-го класса точности.

dпо?0,5•1,5 = 0,75 мм

2. Диаметр монтажного отверстия:

dмо? dв+2hr+Д+дд

где dв - диаметры выводов равные 0,53 мм.

hr = 0.05мм - толщина гальванического осаждения меди в отверстия,

Д = 0,5мм - необходимый зазор между выводом радиоэлемента и поверхностью отверстия,

дд = 0,12мм - погрешность диаметра монтажного отверстия,

dмо = 1,25мм, выбираем dмо = 1,5 мм.

3. Минимальный диаметр контактной площадки:

где bн = 0,3мм - ширина пояска контактной площадки,

до = 0,07мм - погрешность расположения отверстия,

дкп = 0,15мм - погрешность расположения контактной площадки,

дф = 0,06 - погрешность фотошаблона,

hф = 0,05мм - толщина фольги,

dкп = 2,425 мм

4. Минимальная ширина проводника:

bп.р ? t+ дф +1.5•hф = 0,735, выбираем 0,75 мм

где t = 0,6 ширина проводника соответствующая 1-му классу точности.

5. Минимальное расстояние между проводниками:

S = lо.л -(bп.р+2•дс.п) = 0,115 мм

где lо.л = 0,5мм - расстояние между осевыми линиями проводников, предусмотренное топологией печатной платы,

дс.п = 0,05мм - погрешность смещения проводников.

4. Расчет показателей качества конструкции

ФЯ размещена в корпусе и закрепляется с помощью установочных элементов на направляющие блока. Поверхности корпуса и нагретой зоны приняты за изометрические с температурами tк и tз. Суммарную мощность источников тепла обозначим P,Вт. Тепло с поверхности нагретой зоны конвекцией узк, теплопроводностью через элементы крепления узт и излучением через воздушные промежутки узл передаётся на стенки корпуса уст. Передача тепла с корпуса окружающей среде tс осуществляется за счет конвекции укк и излучения укл.

tнз - температура нагретой зоны (температура на поверхности печатной платы);

tс - температура окружающей среды;

tвк - температура внутри корпуса;

tк - температура корпуса;

уэк - конвективная проводимость нагретой зоны;

узт - кондуктивная проводимость нагретой зоны;

уэл - лучевая проводимость нагретой зоны;

уст - проводимость стенки корпуса;

укк - конвективная проводимость корпуса;

укл - лучевая проводимость корпуса.

Для расчета теплового режима необходимо перейти от реального изделия к тепловой модели. Тепловая модель показана на рисунке 4.1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Рисунок 4.1; 1 - ФЯ, 2 - корпус, 3 - крепеж

Воспользуемся принципом электротепловой аналогии и перейдем от тепловой модели к тепловой схеме. Тепловая схема показана на рисунке 4.2

Рисунок 4.2

tнз - температура нагретой зоны (температура на поверхности печатной платы);

tс - температура окружающей среды;

tвк - температура внутри корпуса;

tк - температура корпуса;

уэк - конвективная проводимость нагретой зоны;

узт - кондуктивная проводимость нагретой зоны;

уэл - лучевая проводимость нагретой зоны;

уст - проводимость стенки корпуса;

укк - конвективная проводимость корпуса;

укл - лучевая проводимость корпуса.

4.1 Расчет среднеповерхностной температуры корпуса.

1. Расчет ведется методом последовательных приближений.

м2

2. Характерный размер:

0,129м = 129 мм

3. Произвольный перегрев в первом приближении:

?tЧ = 10?C.

4.Температура на поверхности корпуса:

tкЧ = tс + ?tЧ = 55 + 10 = 65?C

5.Средняя температура окружающей среды:

tсрЧ = 0,5•( tс + tкЧ) = 0,5•(55 + 65) = 60?C.

6. Значения теплофизических параметров носителя по таблице [1]

коэффициент теплопроводности: л = 2,9•10 -2 [];

коэффициент кинематической вязкости: н = 18,97•10 -6 [];

коэффициент объемного расширения:

в = = = 3•10 -3 [?C -1]

7. Критерий Грасгофа:

GrЧ = в•g • •( tкЧ - tс ) = 3•10 -3 • 9,8 • • (65 - 55) = 175,38 •104

где g = 9,8 [] - ускорение свободного падения.

8. Произведение Грасгофа на Прандтля:

Pr = 0,7 - критерий Прандтля.

(GrЧ•Pr) = 175,38 •104 • 0,7 = 122,766 •104.

9. Значения коэффициентов, характеризующих движение теплоносителя из таблицы 4.2:

Коэффициент, отвечающий за форму тела: C = 0,54.

Коэффициент, отвечающий за тип обтекания: n = 0,25.

"right">Таблица 4.2

10. Критерий Нуссельта:

Nu = C•(Gr•Pr)n = 0,54•(122,766 •104)0,25 = 17.9

11. Конвективный коэффициент теплопередачи при естественной вентиляции в неограниченном пространстве в первом приближении:

бкЧ = Nu• = 17,9• = 4,024 []

12. Лучевой коэффициент теплопередачи в первом приближении по номограмме [2]

блнЧ = 6,8 []

Так как номограмма построена для степени черноты равной 0,8, необходима корректировка результата:

13. блЧ = блнЧ • ,

где епр - приведенная степень черноты в неограниченном пространстве:

14. епр = = = 0,92

е1 = 0,92 - для красок различных цветов;

е2 = 1- для воздуха.

Отсюда лучевой коэффициент теплопередачи в первом приближении:

15.блЧ = 6,8• = 7,82 []

16. Тепловая проводимость корпуса

конвективная проводимость корпуса:

уккЧ = Sкор ? бкЧ = 0,1005 •4,024 = 0,404[];

17. Лучевая проводимость корпуса:

уклЧ = Sкор ? блЧ = 0,1005• 7,82 = 0,785 [];

18. Суммарная тепловая проводимость корпуса:

уксЧ = уккЧ + уклЧ = 0,404 + 0,785 = 1,187 []

19. Расчетное значение перегрева в первом приближении:

?tрсчЧ = = = 0,003?C

20. Проверка условия выполнения расчета:

|?tрсчЧ - ?tЧ| = |0,003 - 10| = 9,997? 1-2?C = > условие не выполнено, расчет продолжается.

Значение перегрева во втором приближении: ?tЧЧ = ?tрсчЧ = 0,003?C.

21. Температура корпуса:

tкЧЧ = ?tЧЧ + tс = 0,003 + 55 = 55,003?C

22. Средняя температура окружающей среды:

1. tсрЧЧ = 0,5•(tс + tкЧЧ) = 0,5•(55 + 55,003) = 55,0015?C

Значения теплофизических параметров [1]:

л = 2,865•10 -2 [ ]; н = 18,475•10 -6 [ ];

в = = = 3,048•10 -3 [ ?C -1 ].

2. Критерий Грасгофа во втором приближении:

GrЧЧ = в•g • • ( tкЧЧ - tс )

GrЧЧ = 3,048•10 -3 • 9,8 • • ( 55,003 - 55 ) = 0,56•104

3. Произведение Грасгофа на Прандтля:

(GrЧЧ • Pr) = 0,56•104 • 0,7 = 3,92• 103

4. Значения коэффициентов, характеризующих движение теплоносителя по таблице 4.2:

C = 0,54; n = 0,25.

5. Критерий Нуссельта:

Nu = C•(GrЧЧ • Pr)n = 0,54•(3,92•103)0,25 = 4,27.

6. Конвективный коэффициент теплопередачи при естественной вентиляции в неограниченном пространстве во втором приближении:

бкЧЧ = Nu • = 4,27 • = 0,948 [ ].

7. Лучевой коэффициент теплопередачи по номограмме [2]

блнЧЧ = 6,5 []

8. Лучевой коэффициент теплопередачи во втором приближении:

блЧЧ = блнЧЧ • = 6,5 • = 7,475 [ ].

9. Тепловая проводимость корпуса:

уккЧЧ = Sкор ? бкЧЧ = 0,1005 • 0,948 = 0,0952 [ ];

10. уклЧЧ = Sкор ? блЧЧ = 0,1005 • 7,475 = 0,751 [ ];

11. уксЧЧ = уккЧЧ + уклЧЧ = 0,0952 + 0,751 = 0,846 [ ].

12. Расчетное значение перегрева во втором приближении:

конструкторский технологический схемотехнический радиомикрофон

?tрсчЧЧ = = = 0,053?C

13. Проверка условия выполнения расчета:

|?tрсчЧЧ - ?tЧ | = |0,053 - 0,003| = 0,05 ? 1-2?C = > условие выполнено, расчет закончен.

14. Среднеповерхностная температура корпуса:

tк = tс + ?tрсчЧЧ = 55 + 0,053 = 55,053?C.

4.2 Расчет среднеповерхностной температуры нагретой зоны.

Метод тепловой характеристики.

Необходимо построить график зависимости Дtк от Р, эта зависимость как правило линейна и поэтому строят её лишь по двум точкам. Первая точка (0;0) и присутствует всегда.

1. Находим площадь поверхности нагретой зоны

= 2·(60·40+60·5+5·40) = 0,006 м2

где: Lx = 60мм

Ly = 40мм

Lz = 5мм

геометрические размеры печатной платы с ЭРЭ.

2. Определяем характерный размер:

м

3. Находим средний зазор между нагретой зоной и корпусом, при этом толщину стенки учитывать не будем:

мм

4. Произведем оценку соотношений:

5. Задаём перегрев нагретой зоны

6. Температура нагретой зоны

?C

7. Находим среднюю температуру воздуха внутри корпуса

?C

8. Определяем теплофизические параметры теплоносителей

Коэффициент объёмного расширения воздуха

°С-1

9. Находим критерий Грасгофа

10. Определим произведение Грасгофа на Прандтля

Pr = 0.7, Gr •Pr = 14,425•0,7 = 10,1

11. Рассчитываем конвективно-кондуктивный коэффициент

где k - коэффициент учитывающий влияние конвекции

k = 1; при и Gr·Pr?103

k = 0.18•(Gr•Pr)n; при и Gr·Pr?103

где: n - коэффициент, отвечающий за тип обтекания.

10,1)0.25 = 0,32

0.001 = 9,184Вт/м2

12. Определим конвективную проводимость нагретой зоны:

13. Определим приведенную степень черноты для ограниченного пространства

14. Определим коэффициент теплопередачи по номограмме Вт/м2?С, т.к. номограмма построена для , введем коррекцию

15. Находим лучевую проводимость между нагретой зоной и корпусом

16. Определим проводимость без установочных элементов

17. Определяем кондуктивную проводимость втулок, на которых расположена печатная плата:

где: Sст = (1.5•60) = 90мм2 = 0,09м2

Суммарная проводимость

0,213+0,83+0,013+ 23,94 = 24,996 Вт

Мощность, которую при выбранном значении перегрева, корпус может рассеять:

Координаты второй точки (0,149;0,006)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

0 0.005 0,15 P, Вт

Рисунок 4.3

Так как по заданию мощность 0,0045 Вт, то по графику зависимости видно, что перегрев нагретой зоны

Температура нагретой зоны будет равна:

?C

Вывод: Изделие работает в нормальном тепловом режиме так t н.з ниже температуры наименее теплостойкого элемента.

4.2 Определим виброперегрузку

В процессе изготовления, транспортировки и эксплуатации РЭС подвергаются различным механическим воздействиям: линейным ускорениям, вибрациям и ударам.

Аппаратура считается вибропрочной, если она сохраняет работоспособность после воздействия механических нагрузок. Для виброустойчивой (вибропрочной) аппаратуры при любых оговоренных в техническом задании внешних механических воздействиях должны выполняться следующие два условия:

- отсутствие резонанса в изделии для наименее стойкого элемента (>2);

- допустимые виброционные перегрузки на резонансной частоте не должны превышать виброперегрузку приведенную в изделии.

В качестве элемента конструкции с минимальной резонансной частотой, следует выбрать печатную плату, так как её прочность значительно меньше других элементов конструкции.

Для расчета используем модель пластины с равномерно распределенной массой, закрепленную на четырех стойках (рисунок 4.4). Принятый способ закрепления обосновывается тем, что при изгибающих колебаниях основного тела, вдоль каждой стороны платы укладывается половина волны, узлы перемещения совпадают с точками закрепления платы. Поэтому наличие точек закрепления не сказывается на параметрах колебаний.

Модель Плата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.4

Так по ТЗ виброускорение состовляет 19.6 м/с2, то виброперегрузка будет равна

Где a - виброускорение [м/с2]

g - ускорение свободного падения

a,b - размеры платы, mпл,mэл - масса платы и сумма элементов.

1. mпл = (a•b•h)•с = (5,8•3,5•0,15)•1,85 = 5,63 г.

где: a = 5,8 см - длина пластины;

b = 3,5 см - ширина пластины;

h = 0,15 см - высота пластины;

с = 1,85 г/см3 - плотность материала.

г.

2. Определяем цилиндрическую жёсткость пластины:

где: E = 30.2•109 Н/м2 - модуль упругости;

е = 0.22 - коэффициент Пуассона.

Е и - табличные параметры материала платы (СФ1-35-1.5);

3. Коэффициент, учитывающий условия на сторонах:

где p = 0, q = 0,514, r = 5,14 - коэффициенты из таблицы.

4. Площадь пластины:

Sп = a•b = 0,058•0,035 = 0,00203 м2.

5. Собственная частота колебаний печатной платы

Гц

6. Проверим выполнение условия:

> 2

833 > 60

Условия выполняются.

Рассчитаем допустимую виброперегрузку и сравним с ТЗ.

1. Допустимый статистический перегиб печатной платы

Zдоп = д?l2min = 0,011•0,00122 = 0,000013 мм

2. Виброскорость

V = 2р?f0 • Zдоп = 2•3,14•833•0,000013 = 0,068м/c

3. Виброускорение

а = 2р?f0•V = 2•3,14•0,068•833 = 358,2м/с2

4. Допустимая виброперегрузка на резонансной частоте

n? = а/g = 358,2/9,8 = 36,5

5. Условия вибропрочности

Nт.з = 19,6/9,8 = 2

n? = 36,5

n?>n т.з

36,5>2

Условие выполняется.

Вывод: Так как по ТЗ диапазон частот вибрационных воздействий от 10 до 30 Гц, то сравнивая частоту свободных колебаний с частотой резонанса, делаем вывод о том, что по данному критерию изделие является вибропрочным. Допустимая виброперегрузка больше чем в ТЗ, т.е условия выполняются.

Так как оба критерия выполняются, значит наша конструкция удовлетворяет требованиям вибропрочности по техническому заданию.

5. Качественная оценка технологичности конструкции

Качественная оценка характеризует технологичность конструкции в общем виде, используется с целью лучшего инженерного решения, не требующего количественной оценки. Для проведения качественной оценки технологичности необходимо рассмотреть качественные показатели.

Основные показатели.

1) Отсутствие дефицитных и драгоценных материалов ограниченного применения; В изделии отсутствуют дефицитные и драгоценные материалы ограниченного применения

2) Большинство деталей, компонентов, микросхем, радиоэлементов нормализованы и стандартны;

3) В изделии используются заготовки, требующие минимальной обработки для получения нужной детали;

4) Применение минимального количества марок номенклатур покупных изделий;

5) Отсутствие излишне высоких классов точности и чистоты обработки поверхности;

6) Возможность применения средств механизации и автоматизации с использованием прогрессивных методов производства;

7) Максимальное использование типовых, групповых или ранее освоенных методов производства;

8) Обеспечение сборки изделия без подгонки, подбора или дополнительной обработки;

9) Возможность независимой параллельной сборки и монтажа изделия;

10) Оптимальные затраты на специальную техническую оснастку;

11) Минимальные затраты времени и средств на техническое обслуживание и ремонт при эксплуатации.

1. В изделии отсутствуют дефицитные и драгоценные материалы ограниченного применения.

2. Детали и компоненты радиоэлементов нормализованы и стандартны.

3. В изделии не используются заготовки, требующие минимальной обработки для получения нужной детали.

4. Минимальное количество марок применяемых в изделии равно 7.

5. Излишне высокие классы точности и чистоты обработки поверхности отсутствуют.

6. Применение средств механизации и автоматизации с использованием прогрессивных методов производства возможно.

7. Максимальное использование типовых групповых или ранее освоенных методов производства равно 4.

8. Сборка изделия не требует подгонки,подбора или дополнительной обработки.

9. Независимая параллельная сборка и монтажа изделия отсутствуют.

10. Затраты на специальную техническую оснастку отсутствуют.

11. Минимальные затраты времени на техническое обслуживание и ремонт при эксплуатации равно 2 минуты.

6. Количественная оценка технологичности конструкции

Количественная оценка технологичности осуществляется с помощью системы конструкторских и производственных показателей, численные значения которых характеризует степень удовлетворенности требований технологичности конструкции.

Для расчета необходимы следующие данные в таблице 6.1

"right">Таблица 6.1

Обозначение

Наименование

Численное значение

nткм

Количество типоразмеров компонентов и микросборок.

8

nкм

Общее количество компонентов, микросхем и микросборок.

16

nмм

Количество марок материалов, применяемых в изделии.

3

N

Общее количество ЭРЭ и микросборок.

16

nур

Количество установочных размеров ЭРЭ, микросхем и компонентов.

7

nор

Количество оригинальных (нестандартных) ЭРЭ и конструктивных элементов.

2

nнаим

Число наименований микросхем, микросборок, ЭРЭ, конструктивов по спецификации изделия.

16

еэк

Площадь, занимаемая элементами компонентами, контактными площадками и соединительными проводниками в мм2.

1770

екп

Площадь коммутационной платы в мм2.

2400

nгв

Количество монтажных соединений, выполняемых с использованием гибких выводов и проволочных перемычек.

6

nмс

Общее количество монтажных соединений.

32

nвс

Число видов соединений с учетом конкретного способа их выполнения.

13

nпс

Число пар, соединяемых (любым видом соединений) конструктивных элементов изделия.

14

nоп

Общее число операций.

50

nгм

Число операций технологического процесса, предусматривающих использование групповых методов обработки.

0

nам

Количество монтажных соединений, которые могут выполняться механизированы и автоматизированы.

22

nак

Количество операций контроля и настройки, которые могут выполняться механизировано и автоматизировано.

0

Nк

Общее количество операций контроля и настройки.

60

nттп

Количество операций выполняемых по типовым технологическим процессам.

40

6.1 Расчет конструкторских показателей технологичности

1. Коэффициент повторяемости компонентов и микросборок:

Кпов. мс = 1 - = 1 - = 0,5

2. Коэффициент повторяемости материалов:

Кпов. м = 1 - = 1 - = 0,25

3. Коэффициент использования микросхем и микросборок:

Кисп. мс = 1 - = 1 - = 0,5

4. Коэффициент установочных размеров (шагов) ЭРЭ, компонентов и микросхем:

Кур = 1 - = 1 - = 0,53

5. Коэффициент стандартизации конструкции:

Кс = 1 - = 1 - = 0,875

6. Коэффициент использования площади коммутационной платы:

Кип = 1 - = 1 - = 0,263

6.2 Расчет производственных показателей технологичности

1. Коэффициент простоты выполнения монтажных соединений:

Кпмс = 1 - = 1 - = 0,812

2. Коэффициент ограничения числа видов сборочно-монтажных соединений:

Ковс = 1 - = 1 - = 0,72

3. Коэффициент использования групповых методов обработки:

Кигм = = = 0

4. Коэффициент автоматизации и механизации установки и монтажа изделий:

Кам = = 22/32 = 0,688

5. Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки электрических параметров:

Как = = = 0

6. Коэффициент применения типовых технологических процессов:

Кттп = = = 0,8

7. Комплексная оценка технологичности конструкции

Комплексная оценка технологичности производится по пятибальной системе.

Численные значения частных показателей технологичности переводятся при этом в балльную оценку:

Бi = 4 - ;

где: Кi - расчетное значение показателя разрабатываемого изделия;

КHi - нормативное значение показателя на данном уровне развития техники и технологии;

i - эквивалент одного балла.

Примечание: значения КHi и ?Кi взяты из «Методических указаний к выполнению технологической части дипломного проекта по радиотехническим специальностям» под редакцией Ю.И. Боченкова.

Полученные бальные значения показателей технологичности следует сравнить с рекомендуемым значением - 4 балла.

Конструкторские показатели:

Бпов. мс = 4 - = 4 - = 1,75

Бпов. м = 4 - = 4 - = 2,2

Бисп. мс = 4 - = 4 - = 1,5

Бур = 4 - = 4 - = 2,72

Бс = 4 - = 4 - = 3,9

Бип = 4 - = 4 - = 0,63

1) Производственные показатели:

Бпмс = 4 - = 4 - = 3,925

Бовс = 4 - = 4 - = 2,2

Бигм = 4 - = 4 - = 2,4

Бам = 4 - = 4 - = 3,4

Бак = 4 - = 4 - = 0,15

Бттп = 4 - = 4 - = 3,55

Результаты расчета технологичности конструкции радиомикрофона заносятся в таблицу 6.2

"right">Таблица 6.2

Наименование показателя

Обознач. Кi

Значение нормативн. пок-ля КНi

Эквивалент одного балла, ?Кi

Расчетн. частный пок-ль, Кр

Балльный пок-ль, Б

Конструкторские показатели технологичности

1.

Коэффициент повторяемости компонентов и микросборок

Кпов. мс

0,95

0,2

0,5

1,75

2.

Коэффициент повторяемости материалов

Кпов. м

0,7

0,25

0,25

2,2

3.

Коэффициент использования микросхем и микросборок

Кисп. мс

0,8

0,12

0,5

1,5

4.

Коэффициент установочных размеров (шагов) ЭРЭ,компонентов и микросхем

Кур

0,85

0,25

0,53

2,72

5.

Коэффициент стандартизации конструкции

Кс

0,85

0,25

0,875

3,9

6.

Коэффициент использования площади коммутационной платы

Кип

0,6

0,1

0,263

0,63

Производственные показатели технологичности

1.

Коэффициент простоты выполнения монтажных соединений

Кпмс

0,6

0,15

0,812

3,925

2.

Коэффициент ограничения числа видов сборочно-монтажных соединений

Ковс

0,9

0,1

0,72

2,2

3.

Коэффициент использования групповых методов обработки

Кигм

0,4

0,25

0

2,4

4.

Коэффициент автоматизации и механизации установки и монтажа изделий

Кам

0,87

0,3

0,688

3,4

5.

Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки

Как

0,5

0,13

0

0,15

6.

Коэффициент применения типовых технологических процессов

Кттп

0,6

0,15

0,8

3,55

Среднебалльный показатель технологичности:

Бср = , где N - количество показателей, участвующих в оценке.

Бср = = 2,8

Делись добром ;)