Вибропрочность - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия вибраций.

Виброустойчивость - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия вибраций.

Целью расчета является определение действующих на ЭРИ и ПП перегрузок при действии вибраций, а также максимальных перегрузок и проверка этих ЭРИ и ПП на вибропрочность.

Определение коэффициента динамичности

Для случая кинематического возбуждения, когда источник вибраций находиться вне ЭА, коэффициент динамичности рассчитывают по следующей формуле:

, (20)

Где =0,01 - показатель затухания для стеклотекстолита;

з - коэффициент расстройки.

, (21)

Здесь f_max=200 Гц - максимальная частота действующей вибрации. Для остальных частот действующей вибрации коэффициент расстройки будет меньше и соответственно коэффициент динамичности будет ближе к 1.

Определение амплитуды вибросмещения основания

Найдем амплитуду вибросмещения основания для максимальной частоты возбуждения по следующей формуле:

, м. (22)

Определение виброускорение и виброперемещение ЭРИ

Виброускорение и виброперемещение определим для элемента DD1 - микросхема, расположенная практически в центре ПП, и, следовательно, нагрузки на которую будут максимальны.

Найдем относительные координаты центра элемента DD1.

; . ; (23)

Коэффициент передачи по ускорению рассчитывается по следующей формуле:

, (24)

.

Где K₁(x)= 1,29; K₁(y)= 1,28 - коэффициент формы колебаний.

Определим виброускорение:

a_в(x,y)=a_о(x,y)(x,y), a_в(x,y)=19,6 · 1,01947552 = 19,98172 м/с². (25)

Выразим виброускорение в единицах g:

a_в(x,y)=2,036873g

Где g = 9,81 м/с².

Определим виброперемещение:

S_в(x,y)=₀(x,y) = 1,241*10^-5*1,01947552 = 1,265169·10^-5м. (26)

Определение максимального прогиба ПП:

Будем считать виброперемещение элемента DD1 максимальный по ПП.

Тогда максимальный прогиб ПП определяется по следующей формуле:

= || = 0,023869*10^-5м (27)

Проверка выполнения условий вибропрочности

Допустимый прогиб ПП определяется по формуле

д_в.доп = 0,003b.

Для обеспечения вибропрочности ПП необходимо выполнить следующее условие:

д_в < 0,003 b,

где b = 45·10^-3 м - сторона ПП, параллельно которой установлены ЭРИ.

Допустимый прогиб равен

S_в.доп. = 0,003 · 45·10^-3 = 14,1 · 10^-5 м.

Подставив численные значения, получим:

д_в = 0,023869 · 10^-5м <1,41 · 10^-4 м.

Максимальный прогиб ПП меньше допустимого, следовательно, условие вибропрочности выполняется.

Вывод: виброускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ ячейки, и таким образом, удовлетворяются требованиям ТЗ на вибропрочность ячейки. Следовательно, дополнительных конструкционных мер по повышению жесткости ПП на данном этапе расчета не требуется.

4.3 Расчет на действие удара

ПП в составе ячейки и блока может подвергаться ударным воздействиям при эксплуатации, транспортировке, монтаже и т. д. При ударе ПП и ЭРИ испытывают нагрузки в течение малого промежутка времени и больших значениях ускорений, что может привести к значительном их повреждениям. Интенсивность ударного воздействия зависит от формы, амплитуды и длительности ударного импульса.

Форма реального ударного импульса определяется зависимостью ударного ускорения от времени. При расчетах реальную форму заменяют эквивалентной: например, прямоугольной, треугольной, полусинусоидальной.

За амплитуду ударного импульса принимают максимальное ускорение при ударе.

Длительностью ударного импульса является интервал времени, в течение которого действует ударный импульс.

Конструкции всех элементов ЭА, работающие в условиях ударов, в том числе и ПП с ЭРИ, должны отвечать требованиям ударопрочности и удароустойчивости.

Ударопрочность -- способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия ударов.

Удароустойчивость -- способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия ударов.

Конструкция ЭА отвечает требованиям ударопрочности, если перемещение и ускорение при ударе не превышает допустимых значений, а элементы конструкции обладают запасом прочности на изгиб.

Исходными данными при расчете являются: масса ПП и ЭРИ, геометрические размеры ПП, характеристики материала ПП (плотность, модуль упругости, коэффициент Пуассона), длительность удара ф, ускорение б или перегрузки при ударе, частота ударов х.

1. Определение условной частоты ударного импульса

Определяем условную частоту ударного импульса для наихудшего случая (ф=5мс):

(28)

(Определение коэффициента передачи при ударе

Коэффициент передачи при ударе для полусинусоидального импульса

К=0,096 (29)

v=0,074 (30)

где v - коэффициент расстройки;

f₀ = 1852,385 Гц - частота собственных колебаний (берется из расчета на вибрационные воздействия).

3. Определение ударного ускорения

где a - амплитуда ускорения ударного импульса.

4. Определение максимального относительного перемещения

(31)

5. Проверка условий ударопрочности

Для ЭРИ

Следовательно, условие ударопрочности выполняется

Для ПП с ЭРИ

Следовательно, условие ударопрочности выполняется

Вывод: ударное ускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ и ячейки, таким образом, удовлетворяется требование ТЗ на воздействие удара. Следовательно, дополнительных конструкционных мер защиты от ударных воздействий не требуется.

5. Разработка технологического процесса ПП

Для изготовления элементов проводящего рисунка ПП применяются две технологии: субтрактивная и аддитивная. Субтрактивный процесс -- получение проводящих рисунков путем избирательного травления участков фольги с пробельных мест. Аддитивный процесс -- получение проводящего рисунка путем избирательного осаждения проводникового материала на нефольгированный материал основания.

Двусторонние печатные платы (ДПП) применяют практически во всех видах ЭА. ДПП 1-, 2- и 3-го классов точности изготавливают в мелкосерийном, серийном и крупносерийном производстве, 4- и 5-го -- в серийном, прецизионные -- мелкосерийном производстве. Максимальные габариты ДПП 500x600 мм, минимальный диаметр отверстий -- 0,4 мм. Для прецизионных ДПП применяют материалы с толщиной фольги 5 мкм или нефольгированные диэлектрики. Гибкие ДПП выполняют на гибком тонком фольгированном или нефольгированном основании.

При изготовлении ДПП на нефольгированном основании применяют методы, позволяющие получить ПП по 4-му и 5-му классам точности: электрохимический (полуаддитивный), аддитивный, фотоформирование, тен-тинг-метод, с использованием активирующих паст и др.

Рост степени интеграции микросхем ведет к увеличению выделяемой ими теплоты. Отвод теплоты от таких микросхем в процессе эксплуатации -- сложная конструкторско- технологическая задача. Решить ее можно использованием ПП на металлическом основании. В качестве основания применяют металлические листы из алюминия, стали, титана или меди толщиной 0,1 ...3,0 мм. Токопроводящие участки ПП получают электрохимическим или аддитивным методами. Основным при этом является необходимость обеспечения надежной электрической изоляции печатных проводников от металлического основания.

К преимуществам этого метода изготовления МПП относятся надежность межслойных соединений, большое число слоев, к недостаткам -- длительный технологический цикл, невозможность использования элементов со штыревыми выводами, высокая стоимость изготовления.

Так как в данном проекте используется двухслойная печатная плата, то для изготовления элементов проводящего рисунка будет применяться метод химического травления -- получение проводящего рисунка путем стравливания проводникового материала на фольгированньш материал основания.

Разрабатываемая двухслойная печатная плата имеет 3-й класс точности, платы этого класса изготавливают в мелкосерийном, серийном и крупносерийном производстве.

Исходными данными для разработки технологических процессов являются:

конструкторская документация на изделие (сборочные чертежи, рабочие чертежи, электрические схемы, монтажные схемы);

технические требования на изделие, где указываются дополнительные требования к изделию. Например, необходимость защиты, виды испытаний;

спецификация на входящие в изделие компоненты;

объем выпуска продукции (N)

сроки выпуска (еженедельно, ежемесячно, ежеквартально);

наличие технологического оборудования, оснастки;

справочная, нормативная литература, программы

Правила разработки техпроцессов определены в рекомендациях Р50-54-93-88. В соответствии с этими правилами разработка ТП состоит из последовательности этапов, набор и характер которых зависит от типа запускаемого в производство изделия, вида ТП, типа производства.

Таблица 18. Маршрутный технологический процесс изготовления печатного узла

Таблица 19. Маршрутный технологический процесс изготовления печатной платы

6. Автоматизация проектирования

Система автоматизированного проектирования ПП представляет собой сложный комплекс программ, применяемый для автоматизации проектирования и подготовки производства ПП, начиная с прорисовки электрической принципиальной схемы, размещения ЭРИ и других этапов, трассировки соединений и заканчивая выводом на печать конструкторской и технологической документации на ПП и разработкой управляющих файлов для сверлильно-фрезерных станков, фотоплоттеров, фотокоординатографов. Таким образом, САПР ПП представляют собой сквозные системы проектирования.

Общие сведения о системе проектирования P-CAD

P-CAD 2006 - сквозная система разработки электронных устройств на базе печатных плат.

P-CAD, позволяет провести сквозной цикл проектирования, включая:

· Ввод проекта в виде многостраничных принципиальных схем;

· Верификацию принципиальных схем и задание правил проектирования;

· Цифро-аналоговое моделирование;

· Расстановку компонентов в интерактивном режиме;

· Трассировку печатных проводников в интерактивном и автоматическом режимах;

· Верификацию топологии и анализ целостности сигналов;

· Предпроизводственную подготовку печатных плат.

Принципиальная схема может содержать неограниченное количество страниц. Иерархическая организация принципиальной схемы может упростить использование повторяющихся фрагментов схемы.

Принципиальную схему можно проверить на соблюдение более чем 50 правил, разбитых на 9 групп. Ошибки помечаются на принципиальной схеме специальными маркерами, что значительно упрощает верификацию схемы.

Модуль цифро-аналогового моделирования Mixed-mode Circuit Simulator выполняет следующие типы анализов цепей проекта: по переменному и постоянному токам (до двух источников одновременно), анализ переходных процессов, шумовой, с вариациями параметров (до двух одновременно), температур и многое другое.

Интерактивная трассировка выполняется с учетом заложенных правил проектирования, что позволяет «огибать препятствия», а при необходимости «расталкивать» ранее проложенные проводники с возможностью перемещения переходных отверстий.

Автоматическая разводка выполняется в топологическом трассировщике Situs, который поставляется как часть DXP Bonus Technologies. Situs позволяет создавать собственные стратегии трассировки за счет формирования последовательности выполняемых этапов, а также указания степени минимизации количества переходных отверстий. При желании, можно передать информацию во внешний автотрассировщик SPECCTRA, где предусмотрен встроенный двунаправленный интерфейс с возможностью формирования DO- файла с помощью специального «мастера».

Верификация топологии выполняется с контролем более 50 правил, сгруппированных в 14 разделов, что позволяет четко проконтролировать их соблюдение. Модуль Signal Integrity служит для проверки спроектированной топологии на наличие перекрестных искажений и отображения результатов в удобном графическом виде. В этом модуле можно рассчитать параметры печатных проводников и провести моделирование отражений от несогласованных нагрузок и, при необходимости, подобрать нужную цепь согласования.

В комплект поставки P-CAD входит CAM-система CAMtastic, поставляемая как часть DXP Bonus Technologies, которая позволяет провести предпроизводственную подготовку печатной платы: проверить топологию на технологичность (18 различных анализов с возможностью исправления), подготовить многоместные шаблоны и передать информацию на производство в виде управляющих файлов для фотоплоттеров, сверлильных и фрезерных станков.

Кроме того, можно передать информацию в системы трехмерного проектирования для разработки корпуса устройства или компоновки нескольких печатных плат. Для этого можно использовать универсальный IDF-формат, а использование DXF-формата позволяет передавать информацию в «чертежные» системы AutoCAD.

Заключение

Результатом разработки является конструкция охранной сигнализации на 8 объектов. Средняя наработка на отказ около 6 лет. Для охранной сигнализации составлен список всех комплектующих элементов, проведены все необходимые расчёты надёжности и выбран необходимый материал для изготовления печатной платы.

К курсовому проекту прилагается комплекс чертежей выполненных на бумажном формате, а так же изображения схем разработанных в системе автоматизированного проектирования P-CAD 2006 и в программе AutoCAD 2004.

В ходе выполнения курсового проекта были разработаны сборочный чертеж печатного узла электронных часов, рабочий чертеж печатной платы детали.

Были проведены расчеты:

1. конструктивных элементов печатного монтажа

2. расчет надежности системы

3. расчет на действие вибрации

4. расчет на действие удара

Проектирование печатной платы (далее ПП) было выполнено двумя методами:

1. традиционным (без использования систем автоматизированного проектирования);

а) разработан сборочный чертеж (формат А3);

б) чертеж печатной платы детали (формат А3)

2. с использованием системы автоматизированного проектирования печатных плат P-CAD 2006

охранная сигнализация конструкция блок

Список литературы

1. Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. Издание 2. - Таганрог.

2. Пирогова Е. В. Проектирование и технология печатных плат; Учебник. -- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. -- 560 с. (Высшее образование).

3. Тупик В.А. «Технология и организация производства радиоэлектронной аппаратуры»: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004.

4. Маркировка радиодеталей отечественных и зарубежных. Справочное пособие. М.: СОЛОН-Р, 224 с.

5. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов / К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.З. Журавлева и др. Под общ. ред. В.А. Шахнова. -- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. -- 528 с: ил. -- (Сер. Информатика в техническом университете.)

6. Конденсаторы: Справочник. -- М.: Радио и связь, (Массовая радио-библиотека.1984. -- 88 с, ил. - Вып. 1079).

7. ATMEL 8-bit with 8K Bytes In-System Programmable Flash

8. Кварцевые резонаторы

ГОСТ 15150-69. МАШИНЫ, ПРИБОРЫ И ДРУГИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ. ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ МОСКВА

Размещено на Allbest.ru