Разработка технологического процесса производства усилителя мощности

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования Республики Беларусь

УО «Брестский государственный политехнический колледж»

Радиотехническое отделение

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Технология и автоматизация производства РЭС»

Тема: «Усилитель мощности»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

БГПК. 390 202. Р35 КП ПЗ

Руководитель проекта

В.И. Винников

Выполнил уч-ся гр. Р-35 курс 4

В.С. Ячменихин

2012

Содержание

  • Введение
  • 1. Общая часть
  • 1.1 Анализ технического задания
  • 1.2 Определение типа производства
  • 2. Технологическая часть
  • 2.1 Выбор и обоснование технологического процесса изготовления изделия
  • 2.2 Выбор и обоснование материалов
  • 2.3 Выбор и обоснование способов установки и крепления ЭРЭ
  • 2.4 Выбор и обоснование оснастки и оборудования
  • 2.5 Разработка маршрутной карты на изготовление изделия
  • 3. Расчётная часть
  • 3.1 Расчет технологичности изготовления изделия
  • 3.1.1 Расчет конструкторских показателей технологичности
  • 3.1.2 Расчет технологических показателей технологичности
  • 3.1.3 Расчет комплексного показателя технологичности
  • 3.2 Расчет надежности изделия
  • 3.3 Расчет печатного монтажа
  • 4. Конструкторская часть
  • 4.1 Формирование конструкторского кода по классификатору ЕСКД
  • 4.2 Обоснование конструкции изделия
  • 5. Охрана труда и окружающей среды
  • 5.1 Охрана труда
  • 5.2 Охрана окружающей среды
  • 6. Экспериментальная часть
  • 6.1 Описание конструкции изделия
  • 6.2 Проверка на работоспособность и измерение характеристик
  • Заключение
  • Список использованных источников

Введение

Первым усилителем был, вероятно, прибор «Аудионс» (Аudions), который построил в 1912 году Ли де Форрест (Lee De Forest) — изобретатель лампового триода. Его усилитель позволил сделать слышимым звук шагов мухи по листу бумаги, так что именно в электроакустике надо искать фундамент успеха ламповой электроники первой половины XX-го века.

В конце 1947 года исследователи Джон Бардин (John Bardeen), Уолтер Браттейн (Walter Brattain) и Уильям Шокли (William Shockley) создали твердотельный преобразователь сопротивления — прибор, известный нам сегодня как транзистор.

И ламповая вычислительная техника, и пришедшая ей на смену полупроводниковая родились не на пустом месте, хотя и в довольно пустынной местности на тихоокеанском побережье. Сегодня ее называют Silicon Valley — Кремниевая долина, именно здесь работал Ли де Форрест, вполне заслуживший право называться ее «отцом-основателем».

За вековую историю развития усилителей было много побед. Совершенствовались техника и технология. Сегодня производится широчайший ассортимент оборудования, который можно разделить на несколько групп.

Исторически первыми были усилители на электронных лампах, позже появились гибридные и полностью твердотельные. Большая часть современных усилителей построена на полупроводниках, но и ламповые усилители до сих пор находят своих поклонников.

Элементная база полупроводниковых усилителей за долгую историю развития претерпела существенные изменения. На смену германиевым транзисторам пришли кремниевые. В дополнение к приборам p-n-p были освоены транзисторы структуры n-p-n. В дополнение к биполярным приборам пришли полевые транзисторы. Развитие элементной базы не изменило принципов: параметры полупроводниковых приборов существенно зависят от температуры кристалла и протекающего через переход тока.

Например, коэффициент передачи тока у биполярного транзистора может изменяться на порядок в рабочем диапазоне токов. Существенно изменяется и крутизна передаточной характеристики полевых транзисторов в рабочем диапазоне режимов. Придумано множество схемотехнических решений, позволяющих уменьшить влияние этих изменений на параметры усилителя в целом, именно в этом и состоят основные различия между моделями.

За полувековую историю был накоплен бесценный опыт производства бестрансформаторных транзисторных двухтактных усилителей класса АВ. Им на смену пришли импульсные устройства, по многим показателям выигрывающие у линейных.

По режиму работы активных элементов усилители разделяют на классы:

класс A — работа без отсечки тока;

класс B — угол отсечки равен p/2, или 90°;

класс AB — угол отсечки находится в пределах p/2. p, или 90°. 180°;

класс С — угол отсечки менее p/2, или 90°, в звуковых усилителях практически не используется;

класс D — импульсные усилители с широтно-импульсной модуляцией. В таком усилителе энергия от источника питания в нагрузку поступает через ключ.

Усилители низкой частоты (УНЧ) являются относительно простыми устройствами по своей структуре и вместе с тем весьма сложными для оценки. До сих пор не существует объективных параметров для их сравнения и пока непонятно, возможно ли это в принципе. Так, до сих пор не утихают споры между сторонниками и противниками ламповых усилителей. Но, поскольку усилители все же надо как-то оценивать, то давайте поближе познакомимся с их классификацией и общепринятыми параметрами, применяемыми для их оценки. Мы не будем затрагивать другие виды усилителей, кроме усилителей мощности низкой частоты переменного тока и именно их будем иметь в виду под аббревиатурой УНЧ, хотя многие параметры одинаковы для всех видов усилителей.

Абсолютно необходимо упомянуть о том, что мы будем рассматривать усилители, предназначенные для качественного воспроизведения звука, поэтому все оценки усилителей и их параметров, типа лучше-хуже, будут исходить именно из этого критерия. Идеалом является Hi-End, классический Hi-End в инженерном, а не аудиофильском понимании этого слова, развитие старого доброго Hi-Fi — высокая верность воспроизведения в терминах технических параметров и научных терминов, измеряемая и воспроизводимая.

1. Общая часть

1.1 Анализ технического задания

1) питание данного усилителя — двухполярное (от +12 до +40В);

2) диапазон воспроизводимых частот — 20. 20 000Гц;

3) выходная мощность — 100Вт;

4) коэффициент гармонических искажений — 0,1%;

6) входное напряжение — 700мВ;

7) пиковое значение выходного тока — 7А;

8) входное сопротивление — 100кОм;

9) ток в режиме покоя — 60мА;

10) температура срабатывания защиты — 145 °C;

11) рабочий диапазон температур — 0…+70°С;

12) коэффициент усиления по напряжению — 90дБ;

13) размер печатной платы — 70×50 мм;

14) условие эксплуатации по ГОСТ 15 150–69:

климатическое исполнение — умеренный климат (У);

категория условий эксплуатации — в закрытом помещении с естественной вентиляцией;

требование безопасной работы: изоляция выводов и соединений.

1.2 Определение типа производства

В этом разделе необходимо дать характеристику основным типам производства. При этом необходимо учитывать, что тип производства определяется сложностью изделия и регулярностью его выпуска. Различают три типа производства:

Единичный,

Серийный,

Массовый.

При единичном производстве изготовления изделий осуществляется по неизменным чертежам и не повторяется. При серийном производстве изделие, их детали и узлы периодически изготавливаются по неизменным чертежам. При массовом производстве изделия, их детали и узлы изготавливаются большими партиями в течение длительного промежутка времени.

Тип производства количественно характеризуется размером партии запуска изделия. Размер партии запуска рассчитывается согласно ЕСТД, ГОСТ 3. 1108−74 по формуле:

,

где п - количество изделий (размер) в партии запуска, шт., N — годовой объем производства, шт., а - норма запаса деталей (сборочных единиц) на складе для обеспечения сборки в днях, а = 5 — 6 дней — недельный запас, а = 10 — декадный запас, а = 25 — месячный запас, F - число рабочих дней в году, принимается равным 250.

Вся продукция в зависимости от конструктивных особенностей, требований к технологии монтажа и других требований условно может быть разделена по группам сложности:

К изделиям малой сложности относятся печатные платы с установленными на них навесными элементами, трансформаторы и др. изделия.

К изделиям средней сложности можно отнести радиоприемники, магнитофоны, телевизоры, радиолы.

К изделиям большой сложности относятся целые радиотехнические комплексы — например, связные приемо-передатчики с выносными антеннами.

В соответствии с заданием и полученными расчётами определяем тип производства, если N=1100 шт:

Партия запуска:

а) для недели:

б) для декады:

в) для месяца:

По ГОСТ.3. 1108. 74 ЕСКД и по количеству сборочных единиц выбираем, что это мелкосерийное производство малой сложности.

Вид сборки изделия принимаем поточную, поскольку она более производительна, сокращает производственный цикл и межоперационные задержки, повышает специализацию рабочих и даёт возможность механизации и автоматизации технологических операций. Выбираем схему сборки базовой деталью.

усилитель мощность конструкция технологический

2. Технологическая часть

Производственный процесс — это совокупность действий работников предприятия по постепенному превращению исходных материалов и полуфабрикатов в готовое изделие.

Технологический процесс — имеет два определения — это:

1) часть производственного процесса по обработке материалов, полуфабрикатов в определенной последовательности для превращения их в изделия с заданными параметрами;

2) система взаимодействия:

а) технологического оборудования,

б) оснастки, в) объектов производства,

г) средств изготовления,

д) технологической и конструкторской документации.

Технологический процесс состоит из ряда последовательно выполняемых технологических операций.

Технологическая операция — это основная часть технологического процесса, представляющая собой законченную обработку объекта производства на одном рабочем месте и на одном и том же оборудовании (например, резка, шлифовка, полировка, пайка, обезжиривание, контрольная). Технологические операции могут быть основными и вспомогательными:

основная технологическая операция — преобразование объекта в готовое изделие;

вспомогательная технологическая операция — операция над вспомогательными объектами (составление растворов для обезжиривания, промывка, очистка, осушка).

Технологический переход — это законченная часть ТО с одним набором инструментов. Нумеруется арабскими цифрами в начале строки маршрутной карты (МК) техпроцесса.

Технологическая подготовка производства (ТПП) — это совокупность мер обеспечивающих технологическую готовность производства. Все многообразие задач ТПП решается на двух этапах:

1 этап — создание информационной базы для планирования материально-технического снабжения и запуска опытных и установочных партий изделия. Задачи 1 этапа:

1. разработка межцеховых технологических маршрутов последовательности прохождения ДСЕ по цехам завода;

2. расчет норм расхода материалов. Этот этап выполняется в бюро отдела главного технолога (ОГТ).

2 этап — Разработка операционной технологии. Этот этап является более объемным. Задачи 2 этапа:

1. выполнение всех расчетов для операционной технологии;

2. разработка методов и средств контроля;

3. проектирование технологической оснастки (самая объемная задача, занимает до 8−10 месяцев). Работы 2 этапа производятся: в ОГТ и в технологических службах цехов.

2.1 Выбор и обоснование технологического процесса изготовления изделия

При изготовлении РЭС используют следующие типовые схемы технологического процесса сборки и монтажа аппаратуры на печатных платах [1].

а) Сборка и монтаж узлов одноплатной конструкции с ручной установкой радиоэлементов при использовании метода индивидуальной пайки.

б) Сборка и монтаж узлов одноплатной конструкции с ручной установкой радиоэлементов при использовании метода групповой пайки.

в) Сборка и монтаж узлов одноплатной конструкции с механизированной установкой радиоэлементов.

г) Сборка и монтаж узлов двухплатовой конструкции с механизированной установкой радиоэлементов.

В зависимости от схемы структура технологического процесса может состоять из следующих операций:

При первой схеме:

а) Заготовительные операции:

1) подготовка радиоэлементов к монтажу;

2) сборка печатной платы.

б) Сборка и монтаж узлов (индивидуальная, на потоке, на многопредметном конвейере).

При второй схеме:

а) Заготовительные операции:

1) подготовка радиоэлементов к монтажу;

2) сборка печатной платы.

б) Установка деталей и радиоэлементов на конвейере;

1) ручная установка;

2) ручная установка, подрезка и подгибка выводов с помощью подгибочной головки;

3) контроль правильности установки радиоэлементов и деталей.

в) групповая пайка:

1) нанесение маски;

2) обезжиривание;

3) флюсование;

4) сушка;

5) пайка;

6) сушка;

7) промывка (удаление маски);

8) сушка.

г) Допайка.

д) Окончательная промывка.

е) Контроль.

При третьей схеме:

а) Заготовительные операции:

1) подготовка радиоэлементов к монтажу;

2) сборка печатной платы.

б) Установка деталей и радиоэлементов на конвейере;

1) установка элементов цилиндрической формы корпуса с помощью укладочной головки;

2) установка диодов с помощью укладочной головки;

3) установка радиоэлементов, не подлежащих механизации, вручную;

4) контроль правильности установки радиоэлементов и деталей.

в) Групповая пайка.

г) Допайка.

д) Окончательная промывка.

е) Контроль.

Типовые операции

Из приведенных схем технологичности процессов видно, они четко разделены по видам работ, типовые операции которых имеют преемственность в каждой схеме.

Типовые операции сборки и монтажа аппаратуры на печатных платах имеют следующую структуру:

Операции подготовки радиоэлементов большой применяемости к сборке:

а) Контроль радиоэлементов по номиналам «годен — не годен»,

б) Рихтовка выводов, в) Подрезка выводов, г) Зачистка выводов,

д) Укладка радиоэлементов в технологические кассеты,

е) Лужение выводов радиоэлементов,

ж) Формовка выводов радиоэлементов.

Операции подготовки радиоэлементов малой применяемости к сборке:

а) Контроль радиоэлементов по номиналам «годен — не годен»,

б) Рихтовка проволочных выводов радиоэлементов,

в) Подрезка выводов,

г) Зачистка проволочных выводов,

д) Лужение выводов радиоэлементов,

е) Формовка проволочных выводов радиоэлементов,

ж) Формовка ленточных выводов радиоэлементов,

з) Подрезка ленточных выводов,

и) Формовка выводов диодов,

к) Формовка выводов транзисторов.

Операции сборки печатных плат:

а) Установка на плату пустотелых заклепок, радиоэлементов,

б) Установка на плату контактов, в) Установка на плату перемычек,

г) Установка штырей, д) Установка на плату радиоэлементов,

е) Подгибка выводов, ж) Досборка платы, з) Контроль правильности и качества установки радиоэлементов,

Операции пайки монтажных соединений на печатных платах:

а) Обезжиривание платы,

б) Флюсование мест пайки,

в) Пайка соединений на плате,

г) Допайка соединений,

д) Промывка платы,

е) Сушка платы.

В зависимости от конструктивных особенностей печатной платы, а также серийности производства рекомендуется вторая схема техпроцесса.

2.2 Выбор и обоснование материалов

Выбор материалов производится на основании технологических показателей и условий эксплуатации изделия.

Материалами для печатных плат могут служить фольгированные текстолиты, стеклотекстолиты и гетинаксы. Выбор материала для печатной платы производится по ГОСТ 21 931–76 «Материалы электроизоляционные, фольгированные для печатных плат». В качестве материала для печатной платы используется односторонний фольгированный стеклотекстолит марки СФ-1М-35−1, имеющий следующие параметры:

Удельное объёмное сопротивление р = 5Ч1012 ОмЧсм.

Тангенс угла диэлектрических потерь tg S? 0,03.

Прочность сцепления фольги с основанием 10 Н/смІ.

Выбранный материал обладает достаточной механической прочностью и хорошими изоляционными свойствами. Материалом заменителем может служить фольгированный стеклотекстолит СТЛА 5−1-1,5.

Для выполнения монтажных работ выбираем припой ПОС-61 ГОСТ 2. 62 460−89, содержащий 61% олова, 39% - свинец, имеющий температуру плавления 190єC и предназначенный для пайки деталей, когда недопустим или нежелателен высокий нагрев в зоне пайки, а также, когда требуется повышенная механическая прочность.

Для очистки поверхности платы от окислов при пайке используются вспомогательные материалы — флюсы. Они должны:

1. Растворять и удалять окислы и загрязнения с поверхности спаиваемых материалов.

2. Защищать в процессе пайки расплавленный припой от окисления.

3. Уменьшать поверхностное напряжение расплавленного припоя.

4. Улучшать растекаемость припоя и смачиваемость им соединяемых поверхностей.

Для очистки поверхности платы при пайки применяется флюс спиртоканифольный КЭ, содержащий 20% канифоли, остальное — этиловый спирт. Для электромонтажных работ применяется флюс К9 или в крайнем случае канифоль.

Для удаления остатков флюса с мест пайки применяют спиртонефрасовую смесь (пропорции 1:

1).

Межблочные соединения выполняются монтажным проводом марки МГ-13 с номинальным сечением жилы 0,2 ммІ, работающий при температурах от — 60єC до +70°C и относительной влажности до 98% на напряжении до 220 В.

2.3 Выбор и обоснование способов установки и крепления ЭРЭ

Способы установки и крепления ЭРЭ определяются отраслевым стандартом ГОСТ 29 137–91.

Выбор способов установки и крепления ЭРЭ производится для обеспечения прочности, устойчивости и надежности конструкции печатных узлов. Правильный выбор способов установки также дает возможность правильно выполнить компоновку и удобно расположить печатные узлы в корпусе изделия.

В некоторых случаях тот или иной способ установки ЭРЭ обеспечивает его правильное охлаждение, что является необходимым для поддержания рассчитанной надежности. Некоторые позиции установки обеспечивают хорошую ремонтопригодность всего печатного узла.

На рисунке 1 приведены примеры выбора установки резисторов по варианту II. Также на рисунке 1 представлены примеры установок ЭРЭ согласно стандартам.

Для изготовления печатного узла устройства выбраны следующие варианты установки:

резисторы R1… R8, — вариант IV;

конденсаторы C1… C9 — вариант IV;

микросхема — вариант IV;

диод — вариант III.

Рисунок 1 Способы установки электрорадиоэлементов

2.4 Выбор и обоснование оснастки и оборудования

При подготовке к сборке и монтажу узлов РЭС навесные электрорадиоэлементы перед установкой и закреплением на печатной плате должны быть соответствующим образом подготовлены: выводы выпрямлены, подрезаны, загнуты и облужены.

Эти трудоемкие процессы осуществляются на специальных автоматических или полуавтоматических установках.

Все, что предусматривается на рабочем месте для выполнения работы, называется оснасткой.

Она бывает нескольких видов:

а) приспособление — это составная часть оснастки, предназначенная для более быстрого выполнения операции;

б) инструмент — дополнительная оснастка, с помощью которой непосредственно выполняется операция.

Оснастка может быть двух видов:

а) нормальная или универсальная;

б) специальная.

Для успешной работы участка сборки проектируемого изделия применим следующее оборудование и инструменты:

полуавтомат для подготовки к лужению выводов ЭРЭ с осевыми проволочными выводами и цилиндрической формой корпуса;

автомат для П — образной формовки выводов ЭРЭ;

устройство для обрезки и образования «зига» на ленточных радиальных выводах ЭРЭ.

установка для укладки ЭРЭ на плату;

установка групповой пайки погружением;

установка пайки «волной припоя»;

сверлильный станок с набором сверл;

термостат для расплавления сплава Розе;

паяльник 36 В, 25 Вт, пинцет, кусачки;

шкаф сушильный, при формировании печатных проводников.

Применение вышеперечисленного оборудования, инструмента и оснастки обеспечивает достаточный уровень автоматизации производства.

2.5 Разработка маршрутной карты на изготовление изделия

Проектирование технологического процесса сборки и монтажа радиоэлектронной аппаратуры делят на следующие этапы:

Изучение прибора и технологическая доработка его конструкции и схемы.

Сборка и монтаж эталонного образца шасси прибора.

Расчленение процесса сборки и монтажа на операции.

Разработка эскизно-операционных технологических карт сборки и монтажа.

При производстве радиоэлектронной аппаратуры широко применяется эскизно-операционная технология сборки и монтажа.

Эскизно-операционная технология предполагает расчленение всего процесса сборки и монтажа радиоэлектронной аппаратуры на отдельные

простые операции, на которых используются исполнители более низкой квалификации, чем исполнители всего процесса.

Она способствует повышению производительности труда, улучшению качества выпускаемой продукции, а также снижению разрядности работ.

При разработке эскизно-операционной технологии на каждую операцию составляется технологическая карта, которая содержит эскиз, краткое описание работы, перечень деталей и используемых материалов.

Блочно-модульный принцип построения формуляров-абзацев заключается в том, что при построении форм документов используются только типовые блоки информации.

Их состав может быть различен и в каждом случае определяется разработчиком, исходя из назначения документа.

Отдельные типовые блоки информации (2 и более) объединяются по своему информационному назначению и образуют информационный модуль информации, который по аналогии с типовым блоком информации может повторяться неограниченное количество раз в привязке к каждой операции.

Запись информации производится в каждой строке маршрутной карты с оставлением части строк для внесения изменений в техпроцесс.

Нумерация строк выполняется арабскими цифрами от 01. Состав и назначение служебных символов в формах маршрутной карты применительно к формату A4 дается в буквах русского алфавита от «А» до «Я». Например:

Таблица 1 — Построения информационного модуля, применяемого в маршрутных картах по ГОСТ 3. 1118−82.

А

Цех

Уч.

РМ

ОПЕР.

Код, наименование операции

Б

Код, наименование оборудования

«А» - наименование операции;

«Б» - наименование оборудования;

«К» — комплектовочная;

«М» — материалы;

«Т» — технологическая оснастка;

«О» - операционный текст;

«Р» - режим техпроцесса.

Карта эскиза (КЭ) должна показывать ту часть сборки или монтажа, которая выполняется на данной операции. Она исключает необходимость пользования сборочными чертежами, монтажными схемами, а также подробным описанием работы.

При разработке эскизно-операционной технологии операции процесса делают равными или кратными по длительности, что способствует быстрому переходу на серийный или массовый поточный метод производства.

Технологический процесс сборки и монтажа печатного узла программатора на FT232RL записывается в стандартных маршрутных картах формы № 1 и № 2 по ГОСТ 3. 1118−82. Маршрутная карта помещена в «ПРИЛОЖЕНИИ А» данного курсового проекта.

Маршрутная карта изготовлена блочно-модульным методом.

3. Расчётная часть

3.1 Расчет технологичности изготовления изделия

Технологичность конструкции — это свойство конструкции, определяющее ее способность к достижению при изготовлении минимальных затрат труда, при удовлетворении предъявляемым требованиям.

Согласно ГОСТ 18. 831−73 установлены качественные показатели технологичности.

Взаимозаменяемость — свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающее возможность ее применения вместо другой без дополнительной обработки, с сохранением заданного качества изделия, в состав которого она входит.

Регулируемость конструкции — свойство конструкции изделия, обеспечивающее возможность и удобство ее регулирования при сборке, технологическом обслуживании и ремонте для достижения или поддержания работоспособности.

Контролепригодность конструкции — свойство конструкции изделия, обеспечивающее возможность, удобство и надежность ее контроля при изготовлении, испытании, техническом обслуживании и ремонте.

Инструментальная доступность — свойство изделия, обеспечивающее свободный доступ инструмента к ее поверхностям при изготовлении, контроле, испытании, техническом обслуживании и ремонте.

Количественной оценкой технологичности конструкции является суммарный показатель, в состав которого входят конструкторские и технологические показатели технологичности деталей и узлов изделия.

Согласно стандарту, для оценки технологичности используют систему относительных частных показателей (Кi) и комплексный показатель (Кк), который сравнивается с нормативным комплексным показателем технологичности (Кн). Если Кк> Кн, то конструкция считается технологичной.

Значения нормативных показателей (Кн) приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Значения нормативных показателей технологичности

Наименование класса изделий

Кн

1. Электронные приборы

0,5 ч 0,7

2. Радиотехнические приборы

0,4 ч 0,6

3. Электромеханические приборы

0,45 ч 0,65

Различают производственную, эксплуатационную, и ремонтную технологичность конструкции.

Производственная технологичность определяет объем работ по технологической подготовке производства, сложность изготовления, удобство монтажа вне предприятия-изготовителя.

Эксплуатационная технологичность определяет объем работ при подготовке изделия к использованию по назначению, техническому ремонту и утилизации (возвращению в производство отходов).

Ремонтная технологичность характеризует свойства изделия при всех видах ремонта, кроме текущего.

Технологичность конструкции определяется на основе показателей технологичности, которые классифицируются:

По области проявления.

производственные;

эксплуатационные;

По цели анализа.

технические;

технико-экономические;

По системе оценки.

базовые;

разрабатываемой конструкции;

По способу выражения.

абсолютные;

относительные;

По степени значимости.

основные;

дополнительные;

По количественному характеру.

частные;

комплексные.

Некоторые показатели могут иметь разновидности. Так, производственная технологичность конструкции изделия характеризуется конструкторскими и технологическими показателями технологичности.

3.1.1 Расчет конструкторских показателей технологичности

Конструкторские показатели технологичности конструкции определяют конструктивную преемственность - совокупность свойств изделия, которые характеризуют повторяемость в нем составных частей, относящихся к изделиям данной классификационной группы, и применяемость новых составных частей, обусловленных его функциональным назначением, а также некоторые требования к сложности техпроцесса сборки.

а) Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

КПОВ ЭРЭ = 1 — НТ ЭРЭ / НЭРЭ, (1)

где НТ ЭРЭ — число типоразмеров ЭРЭ в изделии (R, C, VD, DD и проч.);

НЭРЭ — общее число ЭРЭ в изделии;

КПОВ ЭРЭ = 1 — 5/20 =0,75

б) Коэффициент использования ИС и микросборок:

Кисп ис = Нис / (Нисэрэ), (2)

где Нис — количество ИС и микросборок,

Нэрэ — количество остальных электрорадиоэлементов;

Кисп ис = 1/21= 0,048

в) Коэффициент применяемости типоразмеров оригинальных (вновь изготовленных специально для данного изделия) электрорадиоэлементов:

КПР ор эрэ = 1 — Нтр ор эрэ / Нтр эрэ, (3)

где

НТР ор эрэ - общее число типоразмеров оригинальных ЭРЭ (катушки индуктивности, LC — фильтры, трансформаторы собственного изготовления);

НТР ЭРЭ - общее число типоразмеров ЭРЭ.

КПР ор эрэ = 1 — 0/5 = 1

3.1.2 Расчет технологических показателей технологичности

Технологические показатели технологичности конструкции определяют технологическую преемственность конструкции, приспособленность ее к механизации и автоматизации при изготовлении, а также сложность техпроцесса обработки деталей.

Под технологической преемственностью понимают совокупность свойств изделия, которые характеризуют применяемость и повторяемость технологических методов выполнения узлов и их конструктивных элементов, относящихся к изделиям данной классификационной группы.

а) Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ к монтажу:

Кмп ЭРЭ = Нмп ЭРЭ / НЭРЭ, (4)

где Нмп эрэ — число ЭРЭ, подготовленных механизировано к монтажу;

Нэрэ — общее число всех ЭРЭ.

Кмп ЭРЭ = 2/20 = 0,1

б) Коэффициент автоматизации и механизации монтажных соединений:

Кам = Нам / Нм, (5)

где Нам — ?число монтажных соединений, выполняемых с использованием автоматизации и механизации;

Нм — ?общее число монтажных соединений.

Кам = 26 /55 =0,47

в) Коэффициент автоматизации и механизации контроля и настройки:

Кам кн = Нм кн / Нкн, (6)

где Нм кн — ?число операций автоматизированного контроля и настройки;

Нм — ?общее число операций контроля и настройки.

Кам кн = 1/1=1.

г) Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

Кпф = Дпр / Д, (7)

где Дпр — число деталей, выполненных с использованием прогрессивных способов формообразования (штамповка, литье под давлением, прессование пластмасс, порошковая металлургия и т. д.);

Д — общее число деталей.

Кпф = 0/1=0

3.1.3 Расчет комплексного показателя технологичности

Технологичность конструкции РЭС определяется с помощью комплексного показателя для разрабатываемого нового изделия (Ккр) и для изделия — аналога (Как), который вычисляется по формуле:

, (8)

где К1 … Кn — базовые показатели, номенклатура которых зависит от типа блока (электронный, радиотехнический, соединительный, коммутационный, электромеханический, механический); радиотехнические блоки отличаются от электронных наличием приемопередающих и антенно-фидерных устройств; коэффициенты 0 < fi < 1, или 0 < fi < 100 (ГОСТ 14. 202−73) весовой значимости каждого базового показателя (то есть степени влияния на трудоемкость изготовления изделия).

Все рассчитанные конструкторские и технологические показатели технологичности приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Значения рассчитанных показателей технологичности

Показатель

Кпов ЭРЭ

Кпр ЭРЭ

Кисп ис

Кмп ЭРЭ

Кам

Кам кн

Кпф

Значение Ki

0,75

1

0,048

0,1

0,47

1

0

fi

1

1

0,1

0,5

0,5

1

0,5

Определяем комплексный показатель технологичности: Ккр = 0,66

Технологичность конструкции оценивается по соотношению

Ккр / Кнр > 1, (9)

где Ккр — достигнутый рассчитанный комплексный показатель разрабатываемого изделия;

Кнр — нормативный комплексный показатель разрабатываемого изделия (0,4).

Конструкция считается технологичной при

Ккр / Кнр > 1

Ккр / Кнр = 1,65?

1,65 > 1

Следовательно, конструкция разрабатываемого изделия технологична.

Существуют следующие способы повышения технологичности:

Повышение числа деталей.

Максимальное использование ранее освоенных ДСЕ.

Унификация и нормализация сборочных единиц.

Расчленение РЭС на самостоятельные сборочные узлы.

Выбор соответствия параметров ДСЕ по точности и качеству

поверхности.

Выбор удобной и простой компоновки.

3.2 Расчет надежности изделия

1. Производится расчет коэффициента нагрузки:

Резисторы:

kr= Рф / Рн (10)

где Рф — фактическая мощность рассеиваемая на ЭРЭ;

Рн — номинальная мощность рассеиваемая на ЭРЭ.

kr=0,125/0,25=0,5

Конденсаторы:

kс = Uф / Uн(11)

где Uф — фактическое напряжение, приложенное к конденсатору;

Uн — номинальное напряжение, приложенное к конденсатору.

kс=5,4/6,3=0,8

Диоды: kvd= Iф / Imax (12)

где Iф — фактический выпрямленный ток.

Imax — максимально допустимый выпрямленный ток.

kvd=16/20=0,75

Микросхемы:

Кн = Uпп / Uппmax, (13)

где Uпп — фактическое напряжение питания ИМС;

Uппmax - максимальное напряжение питания ИМС.

Кн =5/5=1.

2. По таблице интенсивности отказов определяются значения ло и заносятся в графу 10 Таблицы расчета надежности функционального узла. Используя значение ло и выбранный по коэффициенту нагрузки (k) и заданной рабочей температуре дополнительный коэффициент б, определяется расчетное значение

лi = ло б. (14)

Заносится в графу 9 Таблицы расчета надежности функционального узла:

лiR=0,04*10-6*1=0,04*10-6

лiC=0,05*10-6*1,5=0,075*10-6

лDD=2*10-6*0,8=1. 6*10-6

лiVD=0,1*10-6*1,2=0,12*10-6

3. Рассчитывается лс для каждой группы компонентов (R, C, VD, VT, SA):

Резисторов: лсR = nRлiR, Конденсаторов: лсС= nCлiC, (15)

лсR=0,04*10-6*23=0,92*10-6

лсС=0,075*10-6*7=0,525*10-6

лcdd=2*10-6*1=2*10-6

лсvd=0,12*10-6*18=2,16*10-6

4. Находится значение л для всего функционального узла:

л = лсRсСсdсzсIC1сvdпСi (16)

л= (0,92+0,525+2+2,16) *10-6=5. 6* 10-6 (1/ч)

5. Определяется среднюю наработку на отказ путём для Тср? t /n к виду:

Тср = 1/ л. (17)

При л = 5.6 10 - 6 1/ч получим:

Т = 1/л = 1 / (5.6×10-6) = 10,2 104 ч.

6. Рассчитается значение вероятности безотказной работы для трех значений времени работы узла РЭС: Tp1 = 100 ч, Тр2 = 1000 ч, Тр3 = 10 000 ч.

Р = е — л*tp = е — tp / Тср (18)

Р (Tp1=100) = 2,7-100/ (10. 2*10 000) =0,998

Р (Tp2=1000) = 2,7-1000/ (10. 2*10 000) =0,989

Р (Tp3=10 000) = 2,7-10 000/ (10. 2*10 000) =0,9

7. Построится график зависимости P (tp):

Рисунок 2 - График зависимости вероятности P (tp) от времени работы

Таблица 4 — Интенсивность отказов радиокомпонентов

Наименование радиокомпонента

ло 10 — 6, 1/ч

Диоды кремниевые:

Выпрямительные

Универсальные

Импульсные

Стабилитроны

0,2

0,1

0,5

0,1

Транзисторы кремниевые малой мощности:

Низкочастотные

Среднечастотные

Высокочастотные

0,5

0,25

0,2

Транзисторы кремниевые средней мощности:

Среднечастотные

Высокочастотные

1,3

0,5

Транзисторы полевые:

0,1

Конденсаторы:

Керамические, пленочные

Электролитические алюминиевые

0,05

0,05

ИМС

2…3

Коммутационные изделия (переключатели, кнопки)

1,0

Трансформаторы

0,8

Один контакт соединителя типов:

РМ

СНЦ

РН

СНП

0,003

0,002

0,02

0,005

Пайка

0,005

Таблица 5 - Значения коэффициента б - влияния температуры

Т,°С

Значение б приКнравном:

0,1

03

0,5

0,8

1

КРЕМНИЕВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

20

0,02

0,05

0,15

0,5

1

40

0,05

0,15

0,30

1

-

70

0,15

0,35

0,75

-

-

КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ

20

0,15

0, 20

0,35

0,65

1

40

0, 20

0,30

0,50

1,00

1. 4

70

0,30

0,50

0,75

1,5

2,2

БУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

20

0,35

0,55

0,70

0,85

1,0

40

0,50

0,60

0,80

1,0

1,2

70

0,7

1,0

1,4

1,8

2. 3

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

20

0,55

0,65

0,75

0,90

1,0

40

0,65

0,80

0,90

1,1

1,2

70

1,45

1,75

2. 0

2,5

2,8

МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЛИ МЕТАЛЛООКСИДНЫЕ

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ

20

0,40

0,50

0,65

0,85

1,0

40

0,45

0,60

0,80

1,1

1,35

70

0,50

0,75

1,00

1,5

2

СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

20

0,40

0,43

0,45

0,55

1

40

0,42

0,50

0,60

0,90

1,5

70

1,5

2. 0

3,1

6,0

10,0

3.3 Расчет печатного монтажа

Исходные данные для расчета:

1) напряжение вторичного источника питания: U2 = 40В;

2) максимально возможный ток через печатный проводник Imax= 7 А;

3) материал печатной платы фольгированный стеклотекстолит;

4) методы изготовления печатной платы — химический;

5) методы получения рисунка — офсетная печать;

6) размер платы, например: 70 50 мм;

7) резистивное покрытие печатных проводников — припоем ПОС-61.

При расчетах печатного монтажа определяются:

1) Установочная площадь

резистор МЛТ-0,125 — 7 мм2 (8 шт.);

конденсатор КМ-50 — 7 мм2 (3 шт.);

конденсатор К50−30 — 7 мм2 (6 шт.);

микросхема TDA7294 — 25 мм2 (1 шт.);

2) Коэффициент запаса (1,0 — 2,5), выбираю 2.

На основе исходных данных проводим расчет площади печатной платы:

Sпп= SR + SC+ SDD + SXS + SL + SZQ = 46 мм2 (19)

3) Расчет с учетом коэффициента плотности монтажа:

Sобщ= Sпп • Кз (20)

Sобщ=46 • 2 = 92 мм2.

4) Выбираем соотношение сторон по удобству расположения и крепления платы в конструкции узла РЭС: 1: 1,36;

5) Расчет размеров сторон печатной платы:

X=70 мм; Y=50 мм.

7) минимально допустимое расстояние (зазор) между двумя печатными проводниками, исходя из максимального рабочего напряжения в электрической схеме — 0,2 мм;

8) минимально допустимая ширина проводника:

bminImax / (hпхIдоп) =7/ (0,2+0,005+0,005) *30=1,1 мм (21)

где Imax — максимально возможный ток через печатный проводник;

hп = hФ+ hnm + hr — толщина печатных проводников;

hФ — толщина фольги;

hnm — толщина предварительно осажденной меди;

hr — толщина наращенной гальванической меди;

Iдоп — допустимое значение плотности тока.

9) падение напряжения на печатном проводнике:

UПП= с?? (hnbmin) =0,02*208,5/1,8*1,1=2,54 В (22)

где р — удельное сопротивление печатного проводника;

? — длина проводника, мм;

bmin — минимальная ширина проводника, мм.

10) мощность потерь:

Pп = 2рfСU2paбtgд=6,28* (20…20 000) *0,52 *0,03*91*10-12=69,5пВт (69,5нВт) (23)

где f — рабочая частота, Гц;

Upaб — рабочее напряжение, В;

С — паразитная емкость печатной платы, пФ;

С = 9 Ч10 — 3 е SПП е? hп = (0,009*5*809,3 *5) /2=91 пФ (24)

tgд — тангенс угла потерь.

е — диэлектрическая проницаемость диэлектрика

hп — толщина платы, мм;

SПП — суммарная площадь печатных проводников, мм2.

SПП = Sкпл + Sпр=580+229,3=809,3 мм 2 (25)

Sкпл — площадь контактных площадок.

Sкпл= n (р R2k — рR2отв) =58 (3,14*2,052-3,14*1) =580 (26)

где

Sпp — суммарная площадь печатных проводников в виде линий;

Rk — радиус контактной площадки, мм;

Rотв — радиус отверстия, мм;

n — количество контактных площадок.

Snp = bl=1,1*208,5=229,3 (27)

где b — ширина печатного проводника мм; l — общая длинна печатных проводников мм. При различных ширине и длине печатных проводников их объединяют для расчета в группы одинаковых примерно размеров и рассчитывают общую площадь как сумму площадей групп: Sпp = Sпp1+ Sпp2 + Sпp3+ …

11) площадь металлизации (Sмет) состоит из суммарной площади печатных проводников (Sпп), маркировки отдельных ЭРЭ (Sмapк) и условного обозначения платы (Syo):

Sмет = Sпп + Sмapк + Syo=809,3+ 20+0=829,3 мм2 (28)

Рассчитанное значение Sмeт заносится в технические требования к чертежу печатной платы (графическая часть КП).

12) паразитная поверхностная емкость между соседними проводниками рассчитывается по формуле:

С = Кп?п е=0,14*3=0,42 (29)

где Кn — коэффициент, зависящий от ширины проводников и их взаимного расположения;

?п — длинна взаимного перекрытия проводников, см;

е — диэлектрическая проницаемость материала платы: е= (ед+1) /2.

13) величина паразитной взаимоиндуктивности между двумя параллельными печатными проводниками — определяется по формуле:

=2? (ln2l/D-1) =2*208,5* (6,03/2,5) =1,005 мкГн (30)

где М - взаимоиндукция в нГн;

ln — натуральный логарифм;

? — длина проводников, см;

D = d + b — расстояние между центрами (осями) проводников, см.

4. Конструкторская часть

4.1 Формирование конструкторского кода по классификатору ЕСКД

Структура обозначения пояснительной записки ПЗ КП должна содержать четырёхзначный код организации-разработчика — «БГПК. «, шестизначный код специальности — «390 202. «, трёхзначный порядковый номер учебной группы — «Р35» и шифр (код) документа — не более четырех знаков — «КП ПЗ» в соответствии с рисунком 2.

Пример: «БГПК. 390 202. Р36 КП ПЗ«.

Рисунок 2 - Структура кода ПЗ КП

Обозначение проектируемому изделию присваивают, каждое только одному изделию (документу) в соответствии с классификатором ЕСКД по ГОСТ 2. 201−80.

Первые две цифры кода обозначают класс изделия в соответствии с классификатором ЕСКД.

«46» - средства радиоэлектронные управления, связи, навигации и вычислительной техники

Третья цифра - подкласс изделия;

"8" - Составные части функциональные формирования и обработки сигналов, контроля, технической диагностики, сигнализации, защиты, отражатели защитные, управления, коммутации, сопряжения, образования видеосигнала, развертывающие, отклоняющие, фокусирующие, коррелирующие, антеннофидерного тракта, телеграфных, телефонных средств, усилители, генераторы, задержки электрического сигнала, фильтры.

Четвертая цифра - группа изделия:

«7» — Усилители, генераторы. Задержки электрического сигнала

Пятая цифра - подгруппа:

"1" - усилители с частотой сигналов от 10-го диапазона

Шестая цифра — вид:

«9» — прочие

Порядковый регистрационный номер присваивают в пределах цифр от 001 до 999, для изделия, спроектированного в КП - 062.

Шифр (код) документа дополнительно вводится в обозначение не основных конструкторских документов и не должен содержать более четырёх знаков, включая номер части документа.

Для курсового проекта на тему «усилитель мощности» присваиваются следующие коды:

БГПК. 390 202. Р35 КП ПЗ — для пояснительной записки КП;

БГПК. 468 719. 053 КП Э1 — для схемы электрической структурной;

БГПК. 468 719. 053 КП Э3 — для схемы электрической принципиальной;

БГПК. 468 719. 053 ПЭ3 — для перечня элементов;

БГПК. 469 175. 053 КП СБ — для сборочного чертежа КП.

БГПК. 469 175. 053 — для спецификации (см. приложение Б);

БГПК. 758 711. 053 — для чертежа печатной платы.

4.2 Обоснование конструкции изделия

Методология поиска оптимального варианта конструкции РЭС основана на использовании системного подхода. Сущность системного подхода при конструировании современных РЭС заключается в том, что отыскивается оптимальное (наилучшее) решение при одновременном учете нескольких различных групп факторов и ограничений, которые раньше (для аппаратуры первых поколений) учитывались на различных этапах проектирования (разработка структурной и принципиальной схем, конструирование, разработка технологического процесса). При этом структура РЭС, его конструкция и технология изготовления рассматриваются с точки зрения оптимальности всей системы.

При проектировании конструкции изделия я руководствовался следующими требованиями:

а) между отдельными узлами, блоками должны отсутствовать паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия;

б) тепловые и механические влияния элементов конструкции не должны ухудшать их технические характеристики;

в) взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечить технологичность сборки и монтажа с учётом использования автоматов и полуавтоматов, лёгкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;

г) расположение и конструкция органов управления и отсчётных устройств должны обеспечивать максимальные удобства для пользователя;

д) изделие должно удовлетворять требованием технической эстетики.

В процессе проектирования и изготовления устройства были применены ИМС, что позволило удовлетворить следующие требования:

а) микроминиатюризация аппаратуры в целом;

б) унификация элементов конструкций;

в) возможность параллельной сборки и регулировки составных частей РЭС;

г) обеспечение высокой эксплуатационной надёжности за счёт быстрой замены вышедших из строя составных частей;

д) возможность проведения модернизации отдельных составных частей.

С учётом предыдущих требований было изготовлено само устройство, с применением ИМС и других современных ЭРЭ, был изготовлен просторный корпус (320×180×100мм) из дерева, все соединительные провода заизолированы и экранированы, элементы конструкции расположены так, чтобы их тепловые и механические влияния не ухудшали их технические характеристик и т. д.

5. Охрана труда и окружающей среды

5.1 Охрана труда

Технические средства обеспечения безопасности труда.

Для предупреждения несчастного случая широко применяются различные технические средства: защитные ограждения, предохранительные, тормозные, блокировочные, сигнализирующие, дистанционные и другие.

Виды защитных ограждений:

а) Ограждения стройплощадок и участков производства.

б) Ограждения защитные инвентарные (защитно-охранные, защитные, сигнальные).

Ограждения могут быть: стационарными, являющиеся составной частью узлов агрегатов и съемными; постоянными (кожухи машин), временными (щиты, шторы, краны), напольными, ручными.

Предохранительные устройства: предназначены для автоматического выключения механизмов, изменения режима рабочего процесса при выходе контролируемого параметра за допустимые пределы (муфты, срезаемые шпильки, концевые выключатели, клапаны, ограничители, автоматические устройства, заземляющие, зануляющие устройства и др.)

Тормозные устройства — для плавной и экстренной остановки движущихся машин, частей оборудования, удержания техники на уклонах, предотвращение само спускания груза и др. случаях.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой