Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

азимутальный конструкция надежность

В работе выполнено обоснование выбора конструкции азимутального блока и ее описание, сделан тепловой расчет с выбором способа охлаждения, расчет на вибропрочность, расчет размерной цепи, расчет надежности, расчет экономической целесообразности разрабатываемого устройства, произведена разработка чертежей в системе AutoCAD: схемы электрической принципиальной с перечнем элементов, сборочного со спецификацией, корпуса, передней панели, а также рассмотрены используемые в работе САПР.

Введение

С ростом производства и внедрения новых технологий растут проблемы по контролю надежности, работоспособности аппаратуры. Главным фактором успеха сегодня становится повышение качества и скорости проектирования с максимально быстрым доведением продукта до рынка. Существует большое число методов расчета качества продукции. На некоторых предприятиях, разрабатывающих комплексы, состоящие из огромного числа узлов сложной аппаратуры, применяются методы непосредственной проверки отдельных узлов перед сдачей заказчику. Одной из составляющих контроля является проверка узлов специально разработанными для них пультами проверки. Такие пульты обеспечивают проверку параметров работоспособности, правильности сборки узлов. В свою очередь пульты проверки имеют достаточно простую конструкцию, но обладающую всеми необходимыми параметрами для тестирования разработанного устройства.

В связи с развитием и распространением компьютерных технологий в современной сфере конструирования компьютеры используются повсеместно. Проектирование проводится на ЭВМ и только потом происходит реализации проекта в жизнь. Проектирование аппаратуры в настоящее время может производиться не целыми отделами, как это происходило раньше, а несколькими специалистами. Это стало возможно с появлением и внедрением мощных пакетов САПР. На сегодняшний день системы автоматизированного проектирования позволяют добиться отличных результатов с наименьшей трудоемкостью, уменьшают время и облегчают процесс разработки. При этом возникает проблема поиска специалистов в области САПР. Современные САПР - это многофункциональные программные пакеты, позволяющие выполнять все необходимые расчеты в процессе конструирования, в частности это расчеты на механические воздействия, расчеты по обеспечению тепловых режимов. По мнению подавляющего большинства специалистов в области рынка программного обеспечения, нынешние тенденции таковы, что основными критериями выбора базовой САПР являются такие показатели, как быстродействие, устойчивость в работе, повышенный комфорт и комплексность решаемых задач.

В наше время организации переходят к модели проектировщика-универсала, который сочетает в себе квалификацию одновременно и конструктора, и технолога. САПР обеспечивают такой подход к производству, обеспечивая конструкторскую, технологическую работу, процесс подготовки производства, что позволяет небольшим организациям снизить сроки проектирования, улучшить качество проектов за счет более точного учета различных факторов, согласованности различных частей проекта, сократить ошибки в конструкторской документации.

1. Техническое задание

1. Общие требования.

1.1. Пульт проверки должен соответствовать требованиям стандарта

ОСТ4 Г0.070.207-80 и требованиям общих технических условий (ОТУ).

1.2. Требования к конструкции.

1.2.1. Пульт проверки должен устанавливаться в блок по направляющим и закрепляться с помощью винтов.

1.2.2. Размеры крепёжных отверстий пульта проверки в блоке определяются конструктором, разъёмы и гнезда располагаются на передней панели пульта проверки.

1.2.3. Конструкция пульта проверки должна представлять собой шасси с закрепленными на нем платами

1.2.4. На передней панели расположены тумблер S1, переключатель S2, разъем Х3, гнезда Х8 (+10 В), Х1 (+27 В), «земля», резистор R4, световые индикаторы Н1…Н15 [приложение, принципиальная схема].

1.3. Требования к параметрам.

1.3.1. Пульт должен быть работоспособным после замены в нем сменных частей изделия на однотипные.

1.3.2. Пульт должен соответствовать требованиям при длительной непрерывной работе.

1.3.3. Рассеиваемая мощность в пульте не более 20 Вт.

1.3.4. Температура орпусов элементов не более 70 єС.

1.4. Требования по устойчивости к внешним воздействиям.

1.4.1. Пульт должен соответствовать требованиям после воздействия изменения температуры среды от минус 50 єС до 50 єС.

1.4.2. Пульт должен соответствовать требованиям в условиях воздействия среды относительной влажности 98% при температуре (30±5) єС.

1.4.3. Пульт должен соответствовать требованиям в условиях воздействия инея и росы.

1.4.4. Пульт должен соответствовать после испытаний на прочность при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот от

2. Обоснование выбора конструкции и ее описание

Пульт проверки азимутального блока предназначен для проверки работоспособности азимутального блока:

-для проверки правильности сборки электромонтажа;

-для проверки выдачи сигналов кодов Грея.

Разрабатываемый пульт проверки будет иметь низкий коэффициент заполнения 0.2, тогда как обычно он равен (0.5 - 0.75). Это связано с тем, что данное устройство разрабатывается на стандартном шасси с известными размерами. Такое устройство пульта позволяет использовать его не только в лабораторных условиях, но и в полевых (имеется в виду эксплуатация на конечном изделии в «контейнере» устройства 01). Так же обеспечено необходимое пространство для установки других субблоков. Это могут быть как дополнительные схемы анализа сигналов, так и стандартный блок питания (используется исключительно редко при отсутствии питающей цепи с необходимыми параметрами).

Пульт проверки включает в себя две платы, укрепленные стандартным разъемом на 72 штыря с двумя направляющими на шасси, переднюю панель и корпус.

Передняя панель представляет собой пластину из сплава Д16Т с отверстиями для установки элементов и под крепежные винты. На передней панели расположены 15 световых индикаторов, отображающих работу проверяемого устройства - азимутального датчика, тумблер S1, который включает пульт проверки, и переключатель S2. На передней панели расположены гнезда для подключения питания +27 вольт, +10 вольт и гнездо для подключения «земли». Стандартное гнездо Х3 предназначено для подключения к проверяемому устройству для получения проверяемых сигналов. Потенциометр R4 служит для установки напряжения 10 вольт в электрическую систему пульта проверки. Передняя панель присоединяется к шасси при помощи четырех винтов М3. Для присоединения кожуха вверху панели два отверстия под винт М3. Так как материал, из которого изготовлена передняя панель это дюралюминий, то необходимо химическое оксидирование, затем покрытие краской ПФ115.

Шасси представляет собой литую конструкцию из алюминиевого сплава АЛ2 ГОСТ26.85-75, состоящую из двух уголков, соединенных между собой с одной стороны. При этом со стороны соединения основания шасси расположены две вертикальные пластины с тремя отверстиями каждая, причем одно из них имеет резьбу (для крепления в «шкаф»). Пластины расположены на уголках перпендикулярно вверх. Шасси имеет габариты, которые соответствуют габаритам направляющих в конструкции «шкафа», поэтому легко обеспечивается установка и использование изделия, изготовленного на этом шасси. На каждом из уголков шасси есть отверстия для крепления корпуса и дна. Недостатком данного шасси является большая масса.

При изготовлении корпуса наиболее оптимальным является использование готового проката, так как это наиболее дешевое производство.

Дюралюминий Д16Т принадлежит к так называемым недеформируемым и термически упрочняемым сплавам. Он не обладает хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяется везде, где необходима прочность и легкость. Существенным недостатком дюраля является его низкая коррозионная стойкость, для устранения которой используется химическое оксидирование. Готовые корпуса из дюралюминия нуждаются в тщательном лакокрасочном покрытии.

Корпус изготавливается из листового материала толщиной 1.5 мм с внутренним радиусом сгибов на углах 3 мм. Представляет собой конструкцию, закрывающую шасси с платами сверху, сзади и по бокам. В задней части с двух сторон корпус сваривается по ГОСТ 14771-76. вертикальными швами. В корпусе есть отверстия для крепления к шасси. В передней части корпуса находятся два загиба с отверстиями для крепления к передней панели в верхней ее части.

Снизу шасси закрывается пластиной из дюралюминия все требования к которой такие же как и у корпуса.

К шасси крепится плата, на которой расположены 3 разъема на 72 штыря. В разъемы вставляются две печатные платы (1 разъем предназначен для установки дополнительной платы). Таким образом платы ориентированы вертикально, параллельно плоскости передней панели. Соединение узлов и отдельных ЭРЭ на каркасе осуществляется жгутами из проводов МГШВ сечением от 1 мм² и проводами МГШВ.

Платы изготовлена из стеклотекстолита СТЭК1,5 ТУ16-503.201-80. Установка элементов проводится по ОСТ4.010.030-81. Все элементы паяются припоем ПОС 61 ГОСТ 21930-76. Покрытие крепежа производится эмалью ПФ-115 серо-голубой УХЛ2 ГОСТ 6465-76. Под установку стабилитрона 2Д156А на плате вытравливается площадка, а в ней сверлится отверстие. Плата изготавливается электрохимическим (полуаддитивным) методом с классом точности 3. Шаг координатной сетки 1.25 мм.

Световые индикаторы Н1…Н15 устанавливаются на отдельной плате вместе с резисторами R6…R20. Плата клеится к передней панели клеем ВК-9 , при этом световые индикаторы вставляются в соответствующие отверстия.

Для надежности крепления плат, установленных на шасси, и обеспечения устойчивости при вибрациях платы их дополнительно крепят на дюралевую пластину, имеющую вид, изображенный на рис. 1. Верхними рожками пластина крепится к предусмотренным на плате отверстиям, нижним загибом с двумя отверстиями - к шасси.

Для достижения требуемой в ТЗ устойчивости блока к климатическим воздействиям все металлические элементы конструкции корпуса и передней панели оксидируются и покрываются эмалью серо-голубой ПФ-115 IV УХЛ2 ГОСТ6465-76.



Рис. 1.

Печатная плата и электромонтаж защищаются лаком УР 231 по РД107.9.4002-88.

При разработке конструкции пульта обеспечена ремонтопригодность. То есть при выходе из строя какой-то из плат есть возможность заменить ее простым способом - просто вставить новую плату в разъем взамен старой, правда понадобится перепайка некоторого количества проводов. Корпус крепится к основанию конструкции всего на восьми винтах, при необходимости его нетрудно снять.

3. Обеспечение тепловых режимов

Обеспечение теплового режима работы изделий электронной техники является одной из важнейших проблем конструирования радиоэлектронной аппаратуры.

Основная задача обеспечения необходимого теплового режима заключается в создании таких условий, при которых количество тепла, рассеянного в окружающую среду, будет равным мощности тепловыделения аппаратуры. Тогда температура нагретой зоны в приборе перестанет нарастать, и тепловые параметры при всех прочих равных условиях стабилизируется.

Повышение температуры изделия электронной техники значительно снижает надежность их работы. Например, если уменьшить рабочую температуру полупроводникового прибора на 20 %, то интенсивность отказов снизится в 3 раза. Повышенная температура эксплуатации изделий электронной техники является не только причиной отказов, но и значительно ухудшает их основные параметры.

Тепловой режим РЭА характеризуется двумя факторами:

Совокупность температур всех элементов, из которых собран радиоэлектронный аппарат, то есть его температурное поле, характеризует тепловой режим аппарата. Все элементы, из которых состоит аппарат, должны работать в нормальном тепловом режиме. Тепловой режим отдельного элемента считается нормальным, если выполняются два условия:

1 - температура элемента в условиях эксплуатации заключена в пределах, ограничивающих диапазон температур, допустимых для данного элемента;

2 - температура элемента такова, что будет обеспечена его работа с заданной надежностью (второе условие более общее).

Выполнение второго условия для конкретного элемента может быть связано с необходимостью обеспечения заданных количественных характеристик его надежности, постоянства температуры во времени, устойчивости работы схемы. Тепловой режим аппарата считается нормальным, если для всех элементов, смонтированных в аппарате, выполняются сформулированные выше условия.

Если первое условие, определяющее понятие «нормальный тепловой режим», применимо к аппаратуре различного функционального назначения, то второе условие необходимо формулировать для каждого вида аппаратуры, подчеркивая особенности режима его работы.

Обеспечение нормального теплового режима является одной из главных задач, решаемых при проектировании аппаратуры. Для решения этой задачи принимается ряд мер: выбирают определенные типы элементов в зависимости от условий эксплуатации аппаратуры; уменьшают мощности рассеяния элементов; вводят в аппаратуру специальные нагреватели, разогревающие ее при отрицательных температурах среды; применяют рациональное размещение элементов, узлов и блоков; выбирают форму и размеры отдельных конструктивных составляющих, термостатируют узлы и блоки, наконец, применяют специальные средства охлаждения отдельных элементов и аппаратуры в целом. Меры, применяемые для обеспечения нормального теплового режима элементов и аппаратуры, приводят к увеличению габаритных размеров, необходимости установки необходимого оборудования, перерасходу электроэнергии, увеличению веса и усложнению конструкции. Поэтому очень важно технически грамотно обосновать применяемые меры. Конструктор должен найти оптимальное решение, компромиссное между необходимостью обеспечить нормальный тепловой режим элементов и недопустимостью увеличения потребления энергии, веса, габаритов и т. д. Обоснование мер по охлаждению аппаратуры может быть получено путем расчета его тепловых режимов или экспериментирования на тепловых и реальных макетах РЭА.

3.1 Исходные данные и анализ задачи

Используем коэффициентный метод расчета стационарных температурных полей в радиоэлектронных аппаратах с герметичным корпусом по методике учебного пособия «Тепловые режимы электронной аппаратуры» Г. Н. Дульнева.

Конструкция блока заменяется ее физической тепловой моделью с размерами - длина, - ширина, - высота, в которой нагретая зона представляет собой параллелепипед, имеющий размеры - длина, - ширина, - высота, - мощность рассеяния в блоке.

= 0.175 м,

= 0.185 м,

= 0.162 м,

= 0.17 м,

= 0.07 м,

= 0.048 м.

Вт

Метод сводится к нахождению средней поверхностной температуры нагретой зоны. Нагретая зона представляет собой совокупность многих тел с дискретными источниками тепловой энергии. В тепловой модели нагретая зона - однородное тело с распределенным по объему источником энергии. Размеры нагретой зоны определяются (рис. 2). Причем величина определяется как расстояние между корпусами наиболее выступающих элементов на внешних сторонах плат.



Рис. 2.

Рассчитанную температуру необходимо сравнить с допустимой температурой корпуса наименее стабильного элемента (). То есть необходимо, чтобы < . Таким элементов является транзисторная матрица. В соответствии с ТЗ

3.2 Выбор способа охлаждения

Выбор способа охлаждения РЭА можно выполнить с помощью графика, изображенного на рис. 3. [1], характеризующего области целесообразного применения различных способов охлаждения. Эти области строятся по результатам обработки статистических данных для реальных конструкций, тепловых расчетов и данных испытания макетов.

Рис. 3. Области целесообразного применения различных способов охлаждения.

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

1. Рассчитываем поверхность корпуса блока по формуле:

,

.

2. Определяем удельную мощность корпуса по формуле:

,

.

3. Необходимо рассчитать , т.к. график областей целесообразного применения различных способов охлаждения построен в координатах и . Имеется два типа областей. Области, в которых можно рекомендовать применение определенного способа охлаждения, и области в которых с примерно одинаковым успехом можно применять два или три способа охлаждения. Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам охлаждения:

1 - естественное воздушное;

3 - принудительное воздушное;

5 - принудительное жидкостное;

9 - принудительное испарительное.

Области второго типа заштрихованы:

2 - возможно применение естественного и принудительного воздушного;

4 - возможно применение принудительного воздушного и жидкостного;

6 - возможно применение принудительного жидкостного и естественного испарительного;

7 - возможно применение принудительного жидкостного, принудительного или естественного испарительного;

8 - возможно применение принудительного жидкостного и принудительного испарительного.

Находим , а затем определяем по графику область целесообразного применения способа охлаждения. Выбираем область 1 - естественное воздушное охлаждение, которое является наиболее простым и распространенным способом охлаждения аппаратуры (рис. 3).

При естественном воздушном охлаждении выделяющаяся в аппаратуре тепловая энергия конвекцией и излучением передается корпусу аппарата и таким же путем рассеивается в окружающую среду. Этот охлаждения характеризуется сравнительно низкой эффективностью, но в данном расчете достаточно и его использования (как показали расчеты области целесообразного применения способа охлаждения по графику).

3.3 Тепловой расчет

1 Этап. Расчет температуры корпуса .

Расчет по методике П2-2 пример П2-1 стр. 209 [2]

3.3.1 Расчет площади наружной поверхности корпуса

,

.

3.3.2 Определение удельного теплового потока с поверхности корпуса.

.

3.3.3 Определение перегрева корпуса аппарата

Т. к. атмосферное давление среды H=760 мм рт. ст. больше 300 мм. рт. ст., то при определении перегрева и коэффициентов , , , необходимо воспользоваться графиками рис. 4. [рис. П2-1, 2] и формулой [П2-9 а, 2].



Рис. 4. Графики для расчета среднего перегрева корпуса аппарата.

По графикам находим: =0.97, =1, =0.98, =10C для H=3001500 =, где - температура окружающей среды, равная 50 C.

=7.6 C.

3.3.4 Определение температуры корпуса

,

=7.6 C+ 50 C= 57.6 C.

2 Этап. Расчет средней поверхностной температуры нагретой зоны .

Расчет по методике [П2-3, 2] пример [П2-2 стр. 218, 2]

3.3.5 Нахождение объемного коэффициента заполнения аппарата

, [П2-18, 2],

где - объем пустого аппарата; - объем занимаемый монтажными платами, шасси, модулями.

,

,

.

Отсюда .

3.3.6 Нахождение толщин зазоров между корпусом аппарата и нагретой зоной

, , , [П2-19, 2],

м, м, м.

3.3.7 Нахождение основания , высоты приведенной нагретой зоны

, [П2-17, 2],

=0.18 м.

, [П2-19, 2],

м.

3.3.8 Нахождение высоты зазора между приведенной нагретой зоной и корпусом аппарата

, [П2-19, 2],

=0.065 м.

3.3.9 Нахождение площади приведенной нагретой зоны и удельного теплового потока с единицы поверхности приведенной нагретой зоны

, [П2-20, 2],

.

, [П2-20, 2],

.

3.3.10 Нахождение приведенной степени черноты по [П1-89, 2]

=0.81.

3.3.11 Нахождение среднего поверхностного перегрева нагретой зоны по отношению к корпусу

Т. к. давление в аппарате H=760 мм рт. ст. (нормальное атмосферное давление) больше 300 мм рт. ст. и h=0.075 м < 0.2 м, то при определении значений функций: , , , [П2-14, 2];

, , , [П2-15, 2];

, , [П2-16, 2];

Воспользуемся формулой [П2-21а, 2] , формулой h₁/l=0.33 и графиками рис. 5 [рис. П2-5, 2]:



Рис. 5. Графики для расчета среднего поверхностного перегрева нагретой зоны над корпусом.

,

,

,

,

,

,

Отсюда

3.3.12 Нахождение средней поверхностной температуры нагретой зоны

По формуле, [П2-12, 2], выражаем . Температура корпуса определена на первом этапе. Подставляем значения в формулу и находим :

Проведенный тепловой расчет позволяет сделать вывод о том, что ни каких дополнительных мер по охлаждению РЭА предпринимать не нужно. Все элементы будут работать в нормальном тепловом режиме, при естественном воздушном охлаждении, поскольку < 70 ?С.

4. Расчет на вибропрочность

При проектировании, конструировании и эксплуатации аппаратуры необходимо учитывать влияние вибрации. И это в первую очередь обусловлено тем, что действие механических нагрузок может вызвать дефекты и неисправности РЭА. Под вибрацией РЭА будем понимать колебательные процессы в ее конструкции, которые снижают надежность работы аппаратуры. По требованиям, установленным в ОСТ по механическим и климатическим воздействиям на возимую аппаратуру, диапазон синусоидальных колебаний: 1 - 200Гц, собственная частота не должна попадать в этот диапазон. В противном случае печатная плата разрушится. То есть необходимо, чтобы: . Чтобы выполнялось это условие, необходимо, чтобы собственная частота колебаний платы .

Весь расчёт производится в программной системе ANSYS, что позволяет наглядно увидеть наиболее и наименее "напряжённые" места платы, посмотреть прогибы в этих местах. Данная программа работает совместно с программой SolidWorks, которая открывает огромные возможности для конструирования. В процессе создания радиоэлектронной аппаратура необходимо учитывать их размеры (а в каких-то случаях и упрощать их, то есть в случаях когда присутствует огромное количество элементов, что затруднит работу и последующий расчет в программе ANSYS), при этом не обязательно вычерчивать довольно маленькие элементы конструкции. Необходимо обеспечить достаточный объем виртуальной детали, соответствующий реальному объему. Поэтому вся необходимая работа в SolidWorks сводится к созданию 3-х мерной модели испытуемой платы с радиоаппаратурой, и правильному расположению радиоаппаратуры на плате.

Приступая к процессу расчета, определимся с его параметрами. В испытуемом изделии присутствуют две печатные платы, закрепленные на стандартном шасси. Крепление представляет собой стандартный разъем на 72 штыря и отверстия М3 под два винта. Одна из плат содержит большее количество радиоэлементов, при этом крупногабаритных, нежели на другой плате, нагруженной несколькими микросхемами, поэтому будем вести расчет на вибропрочность платы, которая вызывает большие опасения в прочности.

После моделирования объекта в SolidWorks открываем проект в программе ANSYS. Задаем места крепления (нижние грани платы и специальные отверстия). После чего необходимо удельную плотность материалов, из которых изготовлена конструкция. В нашем случае это стеклотекстолит для печатной платы и материал, созданный вручную, основной характеристикой будет являться удельная плотность , все остальные характеристики (модуль упругости, коэффициент Пуассона и прочие) будут примерно такими же, как у алюминия. После этого можно начинать расчет резонансной частоты конструкции. На рис. 4 показаны результаты расчета.

Рис.4 Результат расчёта резонансной частоты печатной платы (плата крепится разъемом и двумя винтами М3 снизу).

Результаты показывают, что резонансная частота конструкции 180.4 Гц, что не соответствует требованиям ГОСТ. Максимальный прогиб (красная область сверху платы) составляет приблизительно 0.2 мм.

Так как результаты неудовлетворительные, то было принято решение разработать конструкцию, позволяющую обеспечить резонансную частоту испытуемого изделия более 300 Гц. Конструкция представляет собой металлическую пластину, закрепленную на шасси по бокам от плат двумя винтами М3, имеющую сверху проушины для крепления обеих печатных плат (отверстия для крепления на плате находятся сверху по бокам). Результаты расчета показаны на рис. 5.

Рис.5 Результат расчёта резонансной частоты печатной платы (плата крепится разъемом, двумя винтами М3 снизу и двумя винтами М3 сверху ).

Результат расчета показал, что резонансная частота платы при данном способе крепления составляет 344.77 Гц. Максимальный прогиб составляет

0.2 мм. Вторая плата будет крепиться к укрепляющей конструкцию пластине так же как и плата, по которой ведем расчет, поэтому в ее устойчивости нет сомнения. Т. к. рассчитанный параметр удовлетворяет требования ГОСТ, то расчет на вибропрочность можно считать оконченным.

В заключение данного раздела хочу сказать, что существует большое количество способов крепления и все они в какой-то мере обеспечивают требованиям ГОСТ, но условия эксплуатации весьма различаются, поэтому одни виды крепления можно использовать в одних условиях, когда в свою очередь в других они будут неприемлемы по различным условиям. Это могут быть и экономические вопросы, проблемы связанные с громоздкостью конструкции, недостаточной прочностью закрепления узлов для аппаратуры, использующейся в жестких условиях и прочие.

5. Расчет размерной цепи

После выбора номинальных размеров изделия неизбежно возникает вопрос о возможности его изготовления и сборки с необходимой точностью, т. е. вопрос о назначении реальных допусков на размеры изделия. В свою очередь значения допусков накладывают определенные ограничения на технологическую оснастку и средства измерения изготовленного изделия, а в итоге - на его экономичность [3].

5.1 Основные определения

Размерная цепь - совокупность размеров, образующих замкнутый контур и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи. Замкнутость является обязательным условием размерной цепи.

Размерные цепи включают в себя звенья:

- замыкающее - звено, которое получается при обработке деталей или при сборке узла последним;

- увеличивающее - звено, при увеличении которого замыкающее звено увеличивается, - коэффициент влияния;

- уменьшающее - звено, при увеличении которого замыкающее звено уменьшается .

5.2 Методы расчета размерных цепей

ГОСТ 16320-80 устанавливает методы расчета конструкторских, технологических и измерительных плоских размерных цепей с постоянными передаточными отношениями с использованием различных методов достижения точности.

1. При расчетах размерных цепей могут решаться две задачи: прямая и обратная.

2. При решении прямой задачи, исходя из установленных требований к замыкающему звену (известны его номинальный размер, допуск, верхнее и нижнее отклонения), определяют номинальные размеры, допуски, координаты середин полей допусков или предельные отклонения всех остальных составляющих размерную цепь звеньев.

3. При проверочных расчетах размерных цепей решают обратную задачу, исходя из известных значений номинальных размеров, допусков, предельных отклонений или координат середин полей допусков составляющих звеньев, определяют номинальный размер, его допуск, предельные отклонения или координату середины поля допуска замыкающего звена.

4. В размерных цепях, в которых должна быть обеспечена полная взаимозаменяемость, допуски рассчитывают по методу максимума-минимума.

5. В ряде случаев возможны сочетания различных методов точности замыкающего звена данной размерной цепи.

6. При расчетах допускаются обозначения по ЕСДП СЭВ.

5.3 Расчет методом максимума-минимума

Проведем расчет размерной цепи для передней панели.

Определим, какие звенья увеличивающие, какие уменьшающие. Для этого построим схему размерной цепи.



Размерные звенья:

- увеличивающее А1;

- уменьшающие А2, А3, А4;

- замыкающее А.

А= (1).

А1=,

А2=6.35±0.2,

A3=172.68±0.5,

A4=.

Согласно формуле (1):

А=185-(6.35+172.68+1.5)=4.47,

А=185-(6.15+172.18+1.5)=5.17 - максимальное значение замыкающего звена,

А=185-(6.55+173.18+1.505)=3.765 - минимальное значение замыкающего звена.

Поле допуска замыкающего звена:

Т= А- А=5.17-3.765=1.405,

Верхнее предельное отклонение А: 5.17-4.47=0.7,

Нижнее предельное отклонение А: 3.765-4.47=-0.705,

.

Координата середины поля допуска:

=(0.705+0.7)/2=0.7025 мм.

Расчет показал, что допуски на рассмотренные выше размеры назначены верно.

Метод учитывает только предельные отклонения звеньев размерной цепи и самые неблагополучные их сочетания, обеспечивает заданную точность сборки без подгонки деталей - полную взаимозаменяемость. Этот метод экономически целесообразен лишь для машин невысокой точности или для цепей, состоящих из малого числа звеньев.

6. Расчёт надёжности

Надежность - свойство изделия сохранять свои параметры в заданных пределах и в заданных условиях эксплуатации в течение определенного промежутка времени.

Общую надежность можно принимать как совокупность трех свойств: безотказность, восстанавливаемость, долговечность.

Безотказность - свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени в определенных условиях эксплуатации. Она характеризуется закономерностями возникновения отказов.

Восстанавливаемость - это приспособленность системы к обнаружению и устранению отказов с учетом качества технического обслуживания. Она характеризуется закономерностями устранения отказов.

Долговечность - свойство системы длительно сохранять работоспособность в определенных условиях. Количественно характеризуется продолжительностью периода практического использования системы от начала эксплуатации до момента технической и экономической целесообразности дальнейшей эксплуатации.

Методы повышения надежности в зависимости от области их применения можно разделить на три основные группы: производственная, схемно-конструкторская, эксплуатационная.

К производственным методам относятся: получение однородной продукции, стабилизация технологии, анализ дефектов и механизмов отказов, разработка методов испытаний, определение зависимости показаний надежности от интенсивности внешних воздействий.

К схемно-конструкторским методам относятся: выбор подходящих условий нагрузки, унификация узлов и элементов, разработка схем с допусками на отклонение параметров элементов, резервирование, контроль работы оборудования, введение запаса работы во времени.

К эксплуатационным методам относятся: сбор информации надежности, увеличение интенсивности восстановления, профилактические мероприятия, граничные испытания.

Наиболее ответственным этапом по удовлетворению требований эксплуатационной надежности является этап проектирования. Насколько всесторонне учтены при проектировании и изготовлении опытного образца условия производства и эксплуатации с точки зрения безопасности в работе, ремонтопригодности, долговечности аппаратуры, настолько последняя будет обладать эксплуатационной надежностью.

К критериям безопасности относятся: вероятность безотказной работы, частота отказов, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы, наработка на отказ.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Предсказать отказ заранее трудно, поэтому говорят, что отказ - случайное событие.

Пригодность любого изделия к использованию по назначению определяется качеством изделия, которое оценивается совокупностью свойств, присущих изделию. Одним их таких свойств является надёжность. Это - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надёжность изделия обуславливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью его частей.

Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных простоев называется безотказностью.

Наработка - продолжительность или объём работы изделия, измеряемые в часах, циклах, кубометрах, или в других единицах.

Интенсивностью отказов называется отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, продолжавших исправно работать. Средним временем безотказной работы называется арифметическое время исправной работы каждого изделия. В теории вероятности применяются различные законы распределения. Наиболее простым и наиболее распространённым является метод оценки надёжности устройств основанный на двух предположениях: наработка до отказа всех комплектующих элементов устройства подчиняется экспоненциальному распределению, и имеющиеся табличные значения интенсивности отказов соответствуют применяемым элементам.

Количественно надёжность оценивается величинами, получившими название показателей надёжности: вероятность безотказной работы P(t), интенсивность отказов устройства л, средняя наработка на отказ Т_ср. Надёжность относится к числу свойств, которые проявляются при использовании изделий по назначению в течение некоторого времени. Являясь внутренним свойством каждого изделия, надёжность наиболее быстро проявляется в сложных изделиях.

Для повышения надёжности применяют следующие меры:

- Резервирование - применение дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких элементов;

- Простота конструкции. Важным свойством повышения долговечности ремонтируемой аппаратуры является ремонтопригодность. Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём проведения технического обслуживания и ремонтов [7];

- Надёжная защита несущих конструкций и комплектующих элементов от воздействия внешней среды и внутренних перегревов.

- Теоретические расчёты уровня надёжности разрабатываемой РЭА, которые должны быть подтверждены экспериментальными данными.

Расчёт надёжности блока ведётся на основании структурной схемы надёжности устройства и основывается на следующих допущениях:

- Все элементы данного типа равнонадежны, т. е. интенсивность отказов?

для этих элементов одинакова;

- Все элементы работают в нормальных технических условиях;

- Интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени (срока службы);

- Отказы элементов являются событиями случайными и независимыми;

- Все элементы работают одновременно;

- Отказ любого элемента приводит к отказу всей системы.

Параметр потока отказов устройства и наработка на отказ:

, ,

где:

- л_i - интенсивность отказов;

- N_j - число элементов одного типа.

Рассчитать показатели структурной схемы надежности пульта проверки можно, зная интенсивности отказов элементов. Суммарная интенсивность отказов всех элементов данного типа:

Параметр потока отказов устройства:

,

где k - количество типов элементов, входящих

в данное устройство и имеющих различную интенсивность отказов.

Интенсивность отказов блока можно увидеть в таблице 1.

Таблица 1. Элементы структурной схемы надёжности блока и интенсивности отказов.

№	Обознач.	Наименование	Тип элемента	Nj (шт.)	Интенсивность отказов лi·10-6, (1/ч)	Суммарная интенсивность отказов элементов одного типа Nj·лi
1	С1…С20	Конденсатор	К10-17	20	1.26	25.2
2	D1…D3, D9…D12	Блок	Б19	6	0.08	0.48
3	D4…D8	Транзисторная матрица	1НТ251	5	0.85	4.25
4	D12, D14	Микросхема	533ЛА2	2	0.03	0.06
5	D13	Микросхема	533ЛА1	1	0.04	0.04
6	D15…D17	Микросхема	533ЛН2	2	0.04	0.08
7	D18	Микросхема	533ЛН1	1	0.03	0.03
8	D19	Микросхема	533ЛА3	1	0.04	0.04
9	H1…H15	Индикатор единичный	3Л341А	15	0.1	1.5
10	R1…R3, R6…R35, R37…R56	Резистор	C2-33	39	1.04	40.56
11	R4	Резистор	CП4	1	1.04	1.04
12	R5, R36	Резистор	C5	2	1.04	2.08
13	S1	Тумблер	ПТ41	1	1.62	1.62
14	S2	Переключатель	ПГ2-17	1	1,5	1.5
15	S3	Переключатель	ПГ2-13	1	1.5	1.5
16	V1, V2	Стабилитрон	2Д156А	2	0.4	0.8
17	X1, X2, Х8	Гнездо	Г4	3	0.14	0.42
18	X3	Розетка	2РМТ	1	0.14	0.14
19	X4, X6	Розетка	ГРПП	2	0.14	0.28
20	X5, Х7	Вилка	ГРПП	2	0.14	0.28
Итого: =	81.87

Наработка на отказ:

ч.

Зависимость безотказной работы изделия от времени t определим при помощи графика, при построении графика время изменяется до тех пор, пока вероятность безотказной работы системы не станет равной или меньшей 0.1.

Вероятность безотказной работы пульта проверки в течение восьмичасового рабочего дня:

=0.999

Вероятность безотказной работы пульта проверки в течение 1000 часов:

=0.921

8. Технологический раздел

8.1 Разработка техпроцесса сборки пульта проверки азимутального блока

В данном проекте разрабатывался технологический процесс сборки пульта проверки азимутального блока. При формировании технологического процесса необходимо обеспечить собираемость и ремонтопригодность изделия. Технологический процесс сборки пульта проверки азимутального блока содержит такие операции как: заготовительная, сборочная, установка жгутов, контрольная.

Первой операцией разрабатываемого технологического процесса является заготовительная. На этом этапе происходит подготовка изделия к сборке на столе НО-34225, подготавливаются комплекты материалов, узлов, инструментов.

Следующей является сборочная операция. Сборка несущих конструкций не является сложной операцией. Сущность процесса сборки изделия заключается в соединении некоторых сборочных единиц и деталей. Эта операция разбита на две части. Сперва устанавливаются кронштейны (поз. 8) на шасси (поз. 10), для крепления плат (поз. 4, 6), затем на шасси (поз. 10) устанавливается плата (поз. 2) с разъемами. В плату с разъемами (поз.1) устанавливаются две платы (поз. 4, 6), которые затем крепятся к кронштейнам (поз. 8). Далее на переднюю панель (поз. 9) приклеивается плата (поз. 11), а так же устанавливаются радиоэлементы согласно сборочному чертежу.

Затем идет операция установки жгутов. Распайка жгутов и проводов производится в соответствии с электромонтажным чертежом на изделие НГТУ.430431.08 МЭ. Для монтажа используется припой оловянно-свинцовый марки ПОС61, который применяется обычно для лужения и пайки электро- и радиоаппаратуры, печатных схем, точных приборов с герметичными швами, это наиболее широко распространенный припой.

Далее блок закрывается крышкой (поз. 7).

Последней идет контрольная операция. Проведение контрольных операций в технологическом процессе позволяет уменьшить выпуск бракованных изделий, выявить ненормальный ход технологического процесса, обеспечить контроль качества. В данном техпроцессе на операции контроля проверяется устройства на соответствие чертежу и техпроцессу, проверяется качество паек и монтажа. При обнаружении дефектов пульт необходимо отправить на ремонт, если же он годный, то отправить его на лабораторные испытания.

Технологический процесс сборки пульта проверки азимутального блока разработан в системе TechnologiCS. Разработанный технологический процесс можно посмотреть в виде маршрутно-операционной карты в приложении.

Как и все программы, система TechnologiCS имеет свои преимущества. Следующие преимущества были выявлены в процессе работы: после окончания формирования технологического процесса его файл можно сохранить в формате электронной таблицы (*.xls), что является очень удобным при дальнейшей работе с технологической картой, удобные средства для заполнения справочников, текущую операцию можно просмотреть в номенклатурном справочнике, работа в системе наглядна и в принципе достаточно удобна.

TechnologiCS так же имеет и свои недостатки: необходимость постоянного обновления техпроцесса для соблюдения порядка вводимых операций и переходова так же неудобство при изменении порядка добавляемых классов.

В данном устройстве используются печатные платы. Хотя маршрутно-операционне карты и описание технологии сборки не приложено к данной работе, но все же имеет смысл сказать несколько слов о производстве печатных плат.

По конструкции печатные платы с жестким и гибким основанием делятся на типы: односторонние, двусторонние, многослойные.

Для данного изделия необходимо использовать двустороннюю печатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. Несмотря на высокую стоимость, ДПП с металлизированными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы и позволяет уменьшить габаритные размеры платы за счет плотного монтажа навесных элементов.

Для изготовления печатной платы выбираем комбинированный позитивный метод.

Технологический процесс изготовления печатных плат включает в себя:

- изготовление заготовок фольгинированного текстолита;

- сверление отверстий;

- очистка отверстий;

- нанесение слоя бористого паладия на поверхность слоя печатной платы;

- электрическое осаждение меди на заготовку;

- нанесение рисунка печатной платы на заготовку через фотошаблон;

- удаление фоторезиста с пробельных участков;

- травление меди с пробельных участков;

- покрытие печатных проводников сплавом олово, свинец;

- промывка печатной платы;

- контроль печатной платы.

Важной операцией определяющей конструктивные и технические характеристики печатной платы является способ нанесения рисунка на заготовку печатной платы. Наиболее часто для нанесения рисунка печатной платы применяют метод фотопечати. Метод фотопечати характеризуется высокой точностью, повышенной разрешающей способностью и плотностью монтажа. Для комбинированного метода изготовления печатной платы наиболее приемлемым является метод фотопечати несмотря на его высокую стоимость [8].

Маршрутно-операционная карта показана в приложении.

9. Организационно-экономический раздел

9.1 Расчет экономической эффективности разрабатываемого устройства

9.1.1 Экономическая целесообразность разрабатываемого устройства

Создание новой аппаратуры требует учета многих факторов, одним из которых, важным является экономическая целесообразность, показывающая, какой ценой достигнут тот или иной результат. На современном этапе развития техники, оптимальным, с экономической точки зрения, является сочетание качества разработки, и оптимальности внедрения и использования аппаратуры. Экономичность конструкции определяется затратами на её разработку, производство и эксплуатацию.

Рациональным использованием времени, труда и материальных средств диктуется необходимость ограничения затрат на разработку, производства и эксплуатацию пульта проверки. Хотя при разработке РЭА большое значение имеет время на разработку, так же затраты на разработку, подготовку производства и изготовление опытного образца, к разрабатываемому пульту проверки это относится не в полной мере. Имеется в виду то, что данное устройство не будет серийно производиться, революционных изменений в его конструкции и в его комплектующих не предвидится, поэтому установленные в расчете сроки не являются жесткими, хотя и желательными.

В данном разделе приводится техническо-экономическое обоснование дипломной работы - расчет себестоимости научно-исследовательской работы (пульт проверки азимутального блока) по методике расчета из [9, 10].

9.1.2 Расчёт плановой себестоимости проведения НИР

В плановую себестоимость НИР включаются все затраты, связанные с её выполнением, независимо от источника их финансирования. Определение затрат на НИР производится путём составления калькуляции плановой себестоимости.

Целью планирования себестоимости проведения НИР является экономически обоснованное определение величины затрат на её выполнение. Она является основным документом, на основании которого осуществляется планирование и учёт затрат на выполнение НИР [8].

Калькуляция плановой себестоимости проведения НИР составляется по следующим статьям затрат: материалы; спецоборудование для научных работ; основная заработная плата; дополнительная заработная плата; единый социальный налог; прочие прямые расходы.

Далее в таблице 2 определяем список этапов НИР и их трудоемкость.

Таблица 2.Этапы НИР и их трудоемкость.

Этап НИР	Должность исполнителей	Трудоём-кость, чел/час
Анализ технического задания	Ведущий инженер	50
Сбор и анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к теме исследования	Инженер	30
Разработка схемы электрической принципиальной	Инженер	100
Разработка пакета КД	Инженер-конструктор, технолог	170
Разработка печатных плат	Инженер-конструктор, технолог	110
Изготовление электромонтажа	Монтажник	40
Изготовление опытного образца	Слесарь, сборщик, монтажник	180
Испытание опытного образца	Инженер	24
Отладка опытного образца	Инженер	36
Отладка КД	Инженер	90
Итого:	830

9.1.2.1 Материалы

К этой статье относятся затраты на сырьё, основные и вспомогательные материалы и комплектующие изделия, необходимые для выполнения конкретной НИР (за вычетом обратных отходов).

Затраты по этой статье определяются по действующим оптовым ценам с учетом транспортно-заготовительных расходов, величина которых составляет 7--10% от оптовой стоимости материалов, покупных полуфабрикатов и комплектующих изделий.

Список затрат по статье «Материалы» можно увидеть в таблице 3.

Таблица 3. Затраты по статье «Материалы».

Материалы и другие материальные ресурсы	Единица измерения	Потребное количество	Цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
Бумага	Лист А4, 1шт.	80	0.50	40
Картридж для принтера	1 шт.	1	260	260
Канцелярские товары	1 комплект.	5	60	300
Итого:	600

9.1.2.2 Спецоборудование для научных работ

К данной статье относятся затраты на приобретение или изготовление специальных приборов, стендов, аппаратов и другого специального оборудования, необходимого для выполнения НИР. Определение затрат по данной статье производится по фактической стоимости приобретения, т. е. по договорной цене с учетом транспортно-заготовительных расходов и затрат, связанных с установкой и монтажом специального оборудования, величина которых обычно составляет 12--15% от договорной цены специального оборудования. В данной НИР будут использоваться взятые в аренду 2 компьютера с установленным програмным обеспечением и 1 принтер, это видно из таблицы 4. Затраты на эксплуатацию комплекса технических средств без учёта зарплаты персонала включают затраты на электроэнергию, которые приведены ниже.

Таблица 4. Затраты по статье «Спецоборудование для научных работ».

Спецоборудование	Кол-во, шт.	Цена за 1 день аренды, руб.	кол-во дней	Сумма, руб.
Компьютер	2	90	18	1620
Принтер	1	35	7	245
AutoCAD2004	1
TechnologiCS	1
Итого:	1865

Расход электроэнергии на единицу продукции в натуральном выражении, необходимой для работы КТС, определяется по формуле:

Н_эн = М_дв Т_штк,

где:

- М_дв - выходная мощность КТС;

- Т_штк - время работы КТС.

Мощность, потребляемая каждым компьютером равна 300Вт, принтером - 70Вт.

Норма расхода Н_эн = (600Вт8ч) 18+(70Вт8ч) 7 = 90.3кВт.

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

,

где:

- Н_ЭН - норма расхода энергии;

- С_ЭН - стоимость единицы энергии (1кВ/ч = 1.04 руб.);

- З_ЭН = 90.31.04 = 93.9 руб.

В итоге по статье «Спецоборудование для научных работ» мы имеем:

1865 + 93.9 = 1958.9 руб.

9.1.2.3 Основная заработная плата производственного персонала

К статье «Основная заработная плата» относится основная заработная плата научных сотрудников, инженерно-технических работников, лаборантов, чертежников, копировщиков и рабочих, непосредственно занятых выполнением конкретной НИР, а также заработная плата работников нештатного (несписочного) состава, привлекаемых к ее выполнению. Размер основной заработной платы устанавливается исходя из численности различных категорий исполнителей, трудоемкости, затрачиваемой ими на выполнение отдельных видов работ, и их средней заработной платы (ставки) за один рабочий день. Средняя заработная плата за один рабочий день определяется для каждой категории работающих исходя из месячного должностного оклада и количества рабочих дней в месяце. Средняя заработная плата за один рабочий день для рабочих определяется исходя из условий повременной системы оплаты труда. При заполнении таблицы указываются только те категории работающих, которые фактически участвуют в выполнении НИР [9].

Исходными данными для расчёта является трудоёмкость отдельных видов работ по категориям работающих таблицы 1.

Необходимо определить среднее количество рабочих дней в месяце, а так же среднюю продолжительность рабочего дня. Это потребуется для определения основной заработной платы на НИР. Примем:

- среднее количество рабочих дней в месяце - 22 рабочих дня;

- продолжительность рабочего дня - 8 часов.

Изходя из таблицы 1, делаем вывод, что на разработку пульта проверки азимутального блока потребуется 4,7 месяцев (4 месяца и 17 дней).

При этом основная заработная плата вычисляется по формуле:

,

где:

- ЗП - основная заработная плата производственного персонала по НИР;

- q - число профессиональных групп исполнителей;

- С_i - усреднённая часовая тарифная ставка заработной платы одного работника профессиональной группы, руб./час;

- T_i - нормативное время каждоё профессиональной группы на выполнение своей работы во всей НИР.

Перечень профессиональных групп исполнителей НИР, усреднённые часовые ставки заработной платы работников каждой группы и коэффициенты, соответствующие удельному весу каждой профессиональной группы в трудоёмкости НИР, представлены в таблице 5.

Таблица 5. Усреднённые часовые ставки исполнителей НИР.

Проф.группы исполнителей НИР	Часовая ставка, руб./час	Трудоёмкость, чел./час	Удельный вес трудозатрат в трудоёмкости НИР
Ведущий инженер	60	50	0,06
Инженер-конструктор	45	160	0,193
Технолог	45	120	0,145
Сборщик	43	24	0,029
Слесарь	43	100	0,12
Монтажник	41	96	0,116
Инженер	40	280	0,337
Итого:	830

В таблице 6 мы можем увидеть окончательный расчет основной заработной платы, оплачиваемой в процессе НИР.

Таблица 6. Расчёт фонда основной заработной платы

Этап НИР	исполнитель	Часовая ставка, руб./час	трудоёмкость, чел/час	Всего, руб.
Анализ ТЗ	Ведущий инженер	60	50	3000
Сбор и анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к теме исследования	Инженер	40	30	1200
Разработка электрической схемы	Инженер	40	100	4000
Разработка пакета КД	Инженер-конструктор, технолог	45	170	7650
Проектирование печатных плат	Инженер-конструктор, технолог	45	110	4950
Изготовление и подготовка электромонтажа	Монтажник	41	40	1640
Изготовление опытного образца	Слесарь, сборщик, монтажник	43 43 41	100 24 56	4300 1032 2296
Испытание опытного образца	Инженер	40	24	960
Отладка, настройка опытного образца	Инженер	40	36	1440
Отладка КД	Инженер	40	90	3600
Итого:	830	36068

9.1.2.4 Дополнительные затраты

- К статье «Дополнительная заработная плата» относятся выплаты, предусмотренные законодательством за непроработанное (неявочное) время: оплата очередных и дополнительных отпусков, оплата времени, связанного с выполнением государственных и общественных обязанностей, выплаты вознаграждений за выслугу лет и др. Размер дополнительной заработной платы работников, непосредственно выполняющих НИР, определяется в процентах от их основной заработной платы. В научных учреждениях этот размер составляет примерно 10-12% от основной.

В итоге: 360680.12 = 4328 руб.

- На статью «Отчисления на социальное страхование» относятся отчисления на оплату перерывов в работе по временной нетрудоспособности. Размер отчислений на социальное страхование определяется в процентах от суммы основной и дополнительной заработной платы работников, непосредственно выполняющих НИР. В научных учреждениях отчисления на социальное страхование составляет 26% от суммы основной и дополнительной заработной платы.