Разработка конструктивно и функционально законченного электронного средства не ниже 2-го структурного уровня

Общие технические условия определим группу жесткости для цифрового тахометра:

Наименование воздействующего фактора.

Допускаемые значения воздействующего фактора по группам жесткости1234.

Температура окружающей среды, °СВерхнее значение5 585 100 120.

Нижнее значение-25−40−60Относительная влажность воздуха, %759 898при температуре до 35 °Спри температуре до 40 °ССмена температур, °СОт -25до +55От -40до +85От -60до +100От -60до +120Атмосферное давление, Па (мм рт.ст.)Нормальное53600(400).

666(5)Анализ таблицы показал, что цифровой тахометр относится к 1-ой группе жесткости. В качестве материала основания ПП выбирается стеклотекстолит, облицованный с обеих сторон гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм СФ-2−35Г, отверстия с металлизацией и с оплавлением. Определение габаритных размеров ППРассчитаем приблизительную зону размещения ЭРИ, где Sустi — установочная площадь ЭРИ;n — число ЭРИ;k — коэффициент, определяющий плотность установки ЭРИ. Возьмем промежуточное значение k = 3. Тогда зона размещения ЭРИ составляетS = 3· (7,5·19,5·10 + 10,3· 4,8 + 4· 7,6 + 1,9· 3,8·2 + 7,2· 3·5 + 4,5· 11·11 ++ 2,3· 6,3·2 + 5· 5·2 + 11,5· 9·2 + 9· 7,1 + 5,6· 4·2 + 5· 9·2) = 6824,88 мм². Площадь печатной платы, согласно заданию, размерами 60 115 мм равна SПП = 60· 115 = 6900 мм². Таким образом, зона размещения ЭРИ меньшеплощади двухсторонней ПП и возможно размещение ЭРИ на такой ПП. Толщина печатной платы определяется толщиной материала основания с учетом толщины фольги и химико-гальванических покрытий. Возьмем номинальную толщину печатной платы, равную 3 мм. Расчет элементов проводящего рисунка ПП1) Для двусторонней ПП 2-го класса точности с размером по большей стороне до 180 мм по ГОСТ 23 751–86 определяем основные параметры и размеры:

наименьший номинальный диаметр контактной площадки для узкого места — 1,6 мм;ширина печатного проводника — t = 0,45 мм;расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка — S = 0,45 мм;гарантийный поясок — b = 0,45 мм;отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы или ГПК — g = 0,45 мм;верхнее предельное отклонение диаметра Δd =0,05 мм;нижнее предельное отклонение диаметра Δd =-0,18 мм;верхнее предельное отклонение ширины печатного проводника Δt = 0,15 мм;нижнее предельное отклонение ширины печатного проводникаΔt =

— 0,1 мм; позиционный допуск расположения осей отверстий ТД = 0,15 мм;позиционный допуск расположения центров контактных площадок ТD = 0,25 мм;позиционный допуск расположения печатного проводника Тl = 0,1 мм.2) Сечение выводов конденсаторов и резисторов имеют выводы диаметром 0,5 мм. Сечение выводов микросхем, транзисторови диодов — прямоугольное со сторонами 0,5 и 0,35 мм. Максимальный диаметр вывода dЭ для прямоугольных сечений выводов равен длине диагонали, т. е. мм. Определим номинальный диаметр монтажных отверстий dпо формуле, где — нижнее предельное отклонение диаметра отверстия;r — разность между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода (равна 0,1−0,4 для ручной установки).

мм.Округлим величинуd в большую сторону до десятой мм, получим d = 1,1 мм. Проверяем выполнение неравенства, где НП — толщины ПП. Получаем или 1,11,0 т. е. неравенство выполняется.

3) Наименьший номинальный диаметр D контактной площадки рассчитывается по формуле, где d — номинальный диаметр монтажных отверстий;∆dВ.О — верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;∆tВ.О — верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;∆dТР — значение подтравливания диэлектрика в отверстии, равное 0,03 мм для многослойных печатных плат, нулю — для ОПП, ДПП и ГПК;∆tП.О — нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки. мм.

Округлим величинуD в большую сторону до десятой мм, получим D = 2,1 мм.4) Определим наименьшее номинальное расстояние l для прокладки n проводников по формулегде D1, D2- диаметры контактных площадок;n- количество проводников. Определим наименьшее номинальное расстояние l для прокладки двух проводниковмм. Разработка конструкции электронного средства.

Для размещения печатной платы размерами 60 115 мм используем стандартный полистироловый корпус A9020065.

Стандартный корпус состоит из двух частей, соединяющихся 4 винтами, которые прилагаются к корпусу. Габаритные размеры — 1 206 540 мм. На внутренней поверхности обоих частей пластикового корпуса расположено по 4 цилиндрические стойки-отливки для крепления печатной платы. Внутри каждой стойки по центру сделано крепежное отверстие диаметром 2 мм и глубиной 3 мм под винт, четыре винта прилагаются. Корпус устойчив к действию кислот и щелочей, пригоден для использования в пыльной среде. Степень защиты IP40 указывает на защиту содержимого корпуса от посторонних предметов с диаметром более 1 мм. Вес корпуса составляет 68 г. Поверочные расчеты.

Расчет теплового режима.

Проведем расчет среднеповерхностной температуры корпуса методом последовательных приближений. Исходными данными для расчета являются: длина корпуса блока L = 120 мм; ширина B = 65 мм; высота H = 40 мм, ɛ - степень черноты его поверхности (для пластмасс ɛ = 0,91); максимальное значение температуры окружающей среды ТС = 35 С; мощность, рассеиваемая в блоке, Р = 3,69 Вт. Расчет:

1 Пусть перегрев корпуса относительно окружающей среды в первом приближении равен = 5 С.2Тогда температура корпусав первом приближении:

С.3Определяется средняя температура между корпусом и средойв первом приближении:

С. 4 Площадь поверхности корпуса, м2:= м2= 30 400 мм².

5 Определяющий размер LЭ эквивалентного куба, мм:71,18 мм.6 Проверка выполненияусловиявида теплового потока от корпуса в среду:.

5 1643.

Условие выполняется, следовательно, действует закон «степени ¼».7 Значение конвективного коэффициента теплоотдачи:

Движение среды вблизи поверхности тел ламинарное (теплообмен подчиняется закону «степени ¼») для горизонтально ориентированной поверхности длиной L, обращенной нагретой стороной вверх: 3,72 .8 Значения конвективных коэффициентов теплопередачи для верхней, нижней и боковых поверхностей кожуха:;;.9 Коэффициент теплообмена излучением, где, — приведенная степень черноты, связанная со степенями черноты — излучающей поверхности со степенью черноты , — коэффициент облученности; - функция, зависящая от температур .=7,0410.

Суммарная тепловая проводимость корпуса:

м2,м2,.

11. Определяется реальный перегрев корпуса С12. Проверкавыполнения условия:

СУсловие выполняетсяв первом приближении, следовательно, перегрев корпуса С. Расчет надежности.

Расчет надежности: за t = 10 000 ч вероятность безотказной работы устройства должна составлять не менее P (t)=0,97.Окончательный расчет надежности, называемый схемным, выполняется по принципиальной электрической схеме. Производится этот расчет на этапе технического проектирования по опытному образцу изделия для известных условий эксплуатации, режимов работы всех элементов и конструктивного оформления. Для окончательного расчета используются те же формулы, что и для ориентировочного, только интенсивности отказов элементов λэ берутся с учетом реальных условий эксплуатации, т. е. вводится ряд поправочных коэффициентов. Значения коэффициентов выбираются из таблиц.

1) Коэффициент, учитывающий условия эксплуатации функционального узла, определяется по формуле: .Таблица 6 — Поправочный коэффициент для различных условий эксплуатации К1Условия эксплуатации аппаратуры.

Вибрация К1Ударные нагрузки К1Суммарные воздействия.

Лабораторные условия1,01,01,0Стационарные (полевые) 1,041,031,07Корабельные 1,31,051,37Автофургонные1,351,081,46Железнодорожные1,41,11,54Самолётные1,461,131,65Таблица 7 — Поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности и температуры.

К2Влажность, %Температура, СКоэффициент.

К260…7020…401,060…8050…601,590…9820…252,090…9830…402,5Таблица 8 — Поправочный коэффициент, в зависимости от давления воздуха.

К3Высота, км0…11…22…33…55…6К31,01,051,11,141,16Высота, км6…88…1010…1515…2020…25К31,21,251,31,351,38Поправочные коэффициента для условий эксплуатации для данного случая:

К1= 1,07 (стационарные РЭС), К2=1,0 (для влажности 60−70% при температуре воздуха 20−40 С), К3=1,0 (нормальное давление воздуха на высоте 0−1 км над уровнем моря) Тогда,.2)Коэффициент нагрузки — КН, учитывающий режим электрической нагрузки и температуру блока, полученную в результате теплового расчета принимается:

для резисторов — 0,5,-для конденсаторов — 0,5,-для транзисторов — 0,2,-для диодов — 0,2,-для остальных компонентов — 0,6.3) Интенсивность отказа конденсаторов: 1/чИнтенсивность отказа резисторов: 1/чИнтенсивность отказа диодов: 1/чИнтенсивность отказа индикатора: 1/чИнтенсивность отказа паяного соединения: 1/чИнтенсивность отказа микросхем: 1/чИнтенсивность отказа транзисторов: 1/чИнтенсивность отказа печатной платы: 1/чИнтенсивность отказа соединителя: 1/чИнтенсивность отказа системы:= (0,327 + 0,409 + 0,0546 + 0,114 + 0,0018 + 0,141 + 0,013 + 0,42 ++ 0,246)· 10−6 = 1,48· 10−6 1/чСреднее время наработки на отказ:

ч.Выполняется неравенство=67 437 ч > ч. Поэтомурасчетное среднее время наработки на отказ превышает заданное время наработки на отказ. Вероятность безотказной работы устройства. Вывод: расчетная надежность удовлетворяет требованиям ТЗ.

Заключение

.

Заданием на курсовой проект являлась разработка функционально и конструктивно законченного электронного модуля не ниже 2-го структурного уровня. Исходные данные на выполнение курсового проекта: электрическая принципиальная схема, технические требования на разработку электронного средства. В результате выполнения курсового проекта была разработана конструкция цифрового тахометра. В процессе проектирования устройства были обеспечены конструкторские требования технического задания. Достигнута высокая надежность работы: при времени наработки t=10 000 ч вероятность безотказной работы составила P (t)=0,985, что удовлетворяеттребованиям технических условиях (P (t) 0,97).Разработанаоднадвусторонняя печатная плата для цифрового тахометра. В конструкторской части при проведении расчетов (расчет надежности, тепловой расчет) показано, что выбранная элементная база полностью соответствует требованиям технического задания. Библиографический список.

Пирогова Е. В. Проектирование и технология печатных плат. М.: Инфра-М, 2011. — 560 с. Медведев А. М. Печатные платы. Конструкции и материалы. М.: Техносфера, 2005. — 304 с. Кечиев Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. М.: Группа ИДТ, 2007.

Каталог «Чип и дип» //[Страница магазина электронных компонентов]. URL:

http://www.chipdip.ru/Надежность электрорадиоизделий: Справочник. Издательство МО РФ, 2006.

Перельман Б.Л., Шевелев В. И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник М.: НТЦ Микротех, 1998.

Хрулев А.К., Черепанов В. П. Диоды и их зарубежные аналоги. В 3 томах. М.:Радио.

Софт, 2000.(обязательное)Схема электрическая принципиальная (обязательное)Перечень элементов (обязательное)Чертеж печатной платы (обязательное)Чертеж печатного узла (обязательное)Спецификация.