Вольтметр постоянного тока

1. Разработка конструкции сенсорного выключателя

1.1 Выбор элементной базы

Типы элементов выбираются в зависимости от условий эксплуатации изделия. Выбранные элементы должны соответствовать условиям эксплуатации изделия без изменения своих технических характеристик. Выбранные ЭРЭ сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 — Характеристики ЭРЭ

Условия эксплуатации элементов соответствуют условиям эксплуатации изделия, вследствие чего можно утверждать, что ЭРЭ выбраны верно.

1.2 Выбор типа печатной платы

ОСТ4.010.022−85 устанавливает следующие типы печатных плат ОПП — односторонние печатные платы ДПП — двусторонние печатные платы МПП — многослойные печатные платы ГПК — гибкие печатные кабели При выборе печатной платы следует учитывать:

— Возможность выполнения всех коммутационных соединений

— технико-экономические показатели

— стоимость основного материала

— возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки навесных элементов.

ОПП характеризуются: возможностью обеспечения повышенных требований к точности выполнения проводящего рисунка, отсутствием металлизированных отверстий, установкой элементов на плату со стороны противоположной стороне пайки без дополнительного изоляционного покрытия, низкой стоимостью.

ДПП без металлизации монтажных и переходных отверстий характеризуется: низкой стоимостью, возможностью обеспечения высоких требований к точности выполнения проводящего рисунка, использованием объёмных металлических элементов конструкции (штыри, штифты, пистоны и т. д.) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенного на противоположной стороне печатной платы.

ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммуникационными возможностями, повышенной прочностью сцепления выводов навесных ЭРЭ с проводящим рисунком печатной платы, повышенной стоимостью по сравнению с печатными платами без гальванического соединения слоёв.

ГПК характеризуется: высокой гибкостью, малыми толщинами, возможностью подключения к печатным платам без использования соединителей, использованием одно и двухсторонних тонких фольгированных диэлектриков, возможностью автоматизации процессов изготовления.

На основе приведённых характеристик выбираем одностороннюю печатную плату. Это экономически выгоднее, да и нет необходимости использовать другие типы печатных плат.

1.3 Выбор метода изготовления печатной платы

В настоящее время широко распространены следующие методы изготовления проводящего слоя:

— Химический, проводящий слой получают травлением медной фольги на незащищённых участках

— Электрохимический, при котором методов химического осаждения создаётся слой металла толщиной 1−2 мкм, наращиваемый затем гальваническим способом до нужной толщены. При электрохимическом методе одновременно с проводниками металлизируют стенки отверстий, которые можно использовать как перемычки для соединения проводников, расположенных на разных сторонах платы.

— Комбинированный метод, проводники получают травлением фольги, а металлизированные отверстия электрохимическим способом.

— Полу аддитивный, проводящий слой получают травлением тонкой фольги (5−10 мкм), а затем доращиванием её до нужной толщины гальваническим способом. При этом происходит и меднение отверстий.

Исходя из приведённых характеристик, выбираем химический метод. Этот метод обеспечивает большую производительность. Проводящий рисунок расположен лишь на одной стороне печатной платы, плотность монтажа не высокая, метод используется для односторонних плат.

1.4 Выбор размеров печатной платы

Размеры, конфигурацию и места крепления печатных плат выбирают в зависимости от установленных размеров, элементной базы, эксплуатационных характеристик, использованных методов установки, навесных элементов, пайки, контроля и технико-экономических показателей.

Размеры сторон должны соответствовать ГОСТ 1031–79 или нормативно-технической документации, разработанной в его ограничение.

Рекомендуется разрабатывать печатные платы прямоугольной формы. Конфигурацию, отличную от прямоугольной, следует выбирать в технически обоснованных случаях. При выборе соотношения сторон печатной платы предпочтительными являются соотношения менее 3:1

Размеры каждой стороны должны быть кратными:

2.5 — при длине до 100 мм

5-при длине до 350 мм

10 — при длине более 350 мм Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470 мм. Отклонения от прямоугольности не должно быть более 0.2 мм на 100 мм длинны. Исходя из приведённых выше утверждений, принимаем размеры платы кратные 2.5

1.5 Выбор группы жёсткости

Печатные платы должны соответствовать требованиям ГОСТ 23 753–79 после воздействия на них климатических факторов одной из групп жёсткости, указанной в таблице.

Группа жёсткости определяется конструктором и указывается в технических требованиях чертежа печатной платы. Значения факторов приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Характеристики групп жесткости.

Выбираем группу жёсткости 1

1.6 Выбор класса точности печатной платы

Печатные платы в зависимости от размеров элементов печатного монтажа делятся на пять классов точности.

ГОСТ 2375–86 устанавливает номинальные размеры основных элементов печатного монтажа. Эти данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Характеристики классов точности.

В этой таблице:

t — ширина печатного проводника

S — расстояние между краями соседних элементов

b — гарантийный поясок

y — отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы области применения и технологическое обеспечение печатных плат, по ГОСТ 23 751–86.

1−2 класс точности, применяется для печатных плат с дискретными элементами при малой или средней насыщенности платы навесными элементами.

3 класс точности, для печатных плат с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с без выводными элементами при средней и высокой насыщенности поверхности платы навесными элементами, линии химико-гальванической металлизации и травления модульного типа.

4 класс точности, для печатных плат с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с без выводными элементами пир высокой насыщенности поверхности платы навесными элементами.

5 класс точности, для печатных плат с БИС и микроблоками, имеющими планарные и штыревые выводы при очень высокой насыщенности платы с навесными элементами.

Учитывая данные приведённые в таблицах 3, а также плотность монтажа разрабатываемого изделия выбираем 2-ой класс точности.

1.7 Выбор материала основания

Материалы для печатных плат выбирают по ГОСТ 10 316–78 или ТУ.

Выбор материала основания производят с учётом обеспечения физико-механических и электрических параметров печатных плат после воздействия механических нагрузок, климатических факторов и химически агрессивных сред.

Для печатных плат, предназначенных для эксплуатации в условиях 1-ой и 2−01 группы жёсткости по ГОСТУ 23 752−78, рекомендуется применять материал на основе бумаги, для 3 и 4-ой группы жёсткости — на основе стеклоткани. На данный момент применяются фольгированные материалы-гетинакс и стеклотекстолит.

Сравнительные характеристики гетинакса и стеклотекстолита приведены в таблице 5.

Таблица 5 — Сравнительные характеристики материалов.

Гетинакс имеет стоимость гораздо ниже, чем стеклотекстолит и используется для аппаратуры, работающей при нормальной влажности окружающего воздуха, например для бытовой аппаратуры.

Учитывая всё вышесказанное и условия эксплуатации изделия выбираем фольгированный гетинакс.

1.8 Выбор шага координатной сетки

ГОСТ 10 317–79 устанавливает основной шаг координатной сетки 2.5 мм и дополнительные 1.25 и 0.5 мм. Шаг 1.25 мм применяется если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1.25 мм. Для плат 1 и 2-ого класса точности рекомендуется выбирать шаг равный 2.5 м.

Принимаем шаг координатной сетки равный 2.5 мм.

1.9 Выбор диаметра отверстий

Диаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывод для обеспечения свободной установки ЭРЭ.

При диаметре вывода до 0.8 мм диаметр не металлизированного отверстия делают на 0.2 мм больше диаметра вывода. При диаметре более 0.8 мм, на 0.3 мм больше.

Чтобы обеспечить надёжное соединение металлизированного вывода с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку (с поправкой на гост).

dкп=dотв+2b+c

b-гарантийный поясок, выбирают в зависимости от класса точности по ГОСТ 2375–86

С-коэффициент, учитывающий влияние разброса межцентрового расстояния и ряда других факторов.

Для плат 2 и 3-его класса точности? С? берут 0.4−0.5 мм Расчётные значения диаметров отверстий и контактных площадок сводятся в таблицу 6.

Таблица 6 — Размеры отверстий

1.10 Выбор вариантов установки элементов

Выбор варианта установки навесных ЭРЭ, их размещение на печатной плате, в том числе под автоматическую установку, осуществляется в соответствии с ОСТ 4.010.124−79.

Размещение ЭРЭ на печатной плате следует производить с учётом конструктивных особенностей печатного узла и устройства в целом. При расположении навесных элементов следует учитывать:

— рациональное взаимное расположение этих ЭРЭ, обеспечивающее наиболее простую трассировку и исключающее взаимное влияние на электрические параметры.

— обеспечение технологических требований, предъявляемых к аппаратуре, автоматическую сборку, контроль, пайку.

— обеспечение высокой надёжности, малых габаритов и массы изделия, быстродействия, теплоотвода, ремонтопригодности.

Учитывая данные параметры выбираем варианты установки которые сводятся в таблицу 7.

Таблица 7 — Вариант установки ЭРЭ

1.11 Выбор и размещение элементов проводящего рисунка

Элементы проводящего рисунка, кроме экранов, шин заземления, концевых печатных контактов и технологических печатных проводников располагают:

— от края печатной платы на расстояние Qне менее толщены печатной платы с учётом допуска на размеры сторон

— от края паза, выреза, не металлизированного отверстия диаметром более 1.5 мм На расстояние Qне менее толщины печатной платы с учётом их позиционного допуска в радиусном выражении и половины допуска на размер отверстия, паза, выреза.

— от края не металлизированного отверстия диаметром равным 1.5 мм на расстояние Q не менее 0.8 мм Наименьшие номинальные значения основных параметров элементов конструкции печатных плат в узком месте для каждого класса точности приведены в ГОСТ 23 751–86. Для свободного места значение этих параметров рекомендуется выбирать по более низкому классу точности, а для 1 класса — увеличить в 2 раза.

2. Разработка технологического процесса сборки вольтметра постоянного тока

2.1 Определение типа производства

Тип производства может быть определён по партии запуска изделий и их сложности. Размер партии запуска рассчитывается по формуле:

n=N*a/F (шт.)= 200 000*5/250=4000

где:

n — партия запуска N-годовой объём производства (200 000 шт./год) а-норма запаса деталей на складе (в днях), необходимая для бесперебойного снабжения процесса сборки (3−5 дней) F=250, число рабочих дней в году Выпускная продукция в зависимости от конструктивных особенностей делятся на классы сложности:

— к изделиям малой сложности относятся трансформаторы, печатные узлы и другие изделия

— к изделиям средней сложности относятся телевизоры, магнитофоны, приёмники и другие готовые изделия

— к изделиям большой сложности относятся радиотехнические комплексы.

Для определения типа производства следует пользоваться данными, приведёнными в таблице 8.

Таблица 8 — Типы производства

Исходя из данных таблицы 8 выбираем массовый тип производства изделия малой сложности.

Если организовано крупносерийное или массовое производство, то рационально применить поточную форму производства. При этом такт потока рассчитывается по формуле:

ф= Fg*60/N= 4000*60/200 000= 1,2 мин.

где Fg — действительный годовой фонд рабочего места, станка или рабочего места (определяется по календарю работы предприятия), час Если ф = от 1 до 5 минут, то выгоднее организовать одно переменную поточную линию.

2.2 Выбор варианта технологического процесса сборки

Вариант технологического процесса выбирается в зависимости от типа производства и особенностей конструкции изделия. Наиболее оптимальный вариант технологического процесса должен иметь наименьшую трудоёмкость и обеспечивать технологичность сборки и электрического монтажа изделия.

На данном этапе проектирования составляется несколько вариантов (2−3) технологического процесса и выбирается наиболее оптимальный с учётом всех изложенных требований.

Для определения оптимального варианта технологического процесса, составляются таблицы трудоёмкости для каждого из изложенных вариантов.

1) 1. Подготовка выводов всех ЭРЭ вручную

2. Установка 2-х выводных ЭРЭ вручную

3. Установка 3-х выводных ЭРЭ вручную

4. Установка ИМС вручную

5. Пайка волной

6. Контроль и допайка

7. Общий контроль

2) 1. Подготовка выводов ЭРЭ в ручную

2. Установка всех ЭРЭ и ИМС на светомонтажном столе

3. Пайка волной

4. Контроль и допайка

5. Общий контроль Таблица 9 — Трудоемкость технологических процессов

?t-трудоёмкость технологического процесса Время на допайку рассчитывается по формуле:

tдоп=t*Nвыв*kбрака=0.05*84*0.1=0.42 мин где, t-время на один элемент

Nвыв-количество выводов

Kбрака — коэффициент брака (1−10%)

Выбираем технологический процесс 2 го варианта, так как меньше трудоёмкость ТПП — процесс характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для групп изделия с общими конструктивными признаками (ГОСТ3.1109.82)

ОСТ4ГО.054.086 — Узлы и блоки РЭА. Электромонтаж жгутов и кабелей к разъёмам.

Типовые процессы:

ОСТ4ГО.054.264 — Аппаратура радиоэлектронная. Сборочное производство. Подготовка ЭРЭ к монтажу ТПП.

ОСТ4ГО.054.265 — Аппаратура радиоэлектронная. Сборочное производство. Установка ЭРЭ на печатную плату ТПП.

ОСТ4ГО.409.45т-83- Инструменты и типовая технологическая оснастка для сборочно — монтажных работ в производстве РЭА. Типовые и основные размеры ОСТ4ГО.054.266 — Аппаратура радиоэлектронная. Сборочное производство. Сборка блоков (модулей второго уровня).

ОСТ4ГО.054.267 — Аппаратура радиоэлектронная. Сборочное производство. Пайка электромонтажных изделий ТПП.

ОСТ4ГО.054.265−81 — Покрытие лакокрасочное. Влагозащита узлов и блоков РЭА ТПП.

ОСТ4ГО.054.223 — Платы печатные Конкретный техпроцесс разрабатывается как результат рассмотрения и анализа типовых технологических операций, стандартов и конструкторских документаций, с учётом условий эксплуатации изделия и примерного типа производства. Составление укруплённой схемы техпроцесса сборки без разбивки на операции.

2.3 Обоснование разбивки технологического процесса на операции

При использования поточной линии, разбивка на операции должна производиться с учётом такта потока. Чтобы обеспечить ритмичность работы поточной линии, длительность операций необходимо сделать равной или кратной такту потока (с точностью до 10%).

tоп=ф±10%

Но есть операции которые нельзя по длительности связать с тактом потока (покрытие лаком, автоматизированная пайка и др.) и совершенно не допустимо изменять длительность этих операций. Она должна быть такой, как указано в типовых технологических процессах или нормативах.

При этом допускается некоторое число недогруженных операций (длительность которых будет значительно меньше времени такта потока. Для определения нормы времени на операцию нужно пользоваться нормированными данными на сборочно-монтажные работы. Эти данные приводятся на отдельные виды работ (переходы). Время на операцию определяется как суммарное время по всем переходам, из которых состоит данная операция.

Коэффициент загрузки рабочего местa:

Кз=tоп/ф*100%

Где, Кз-коэффициент загрузки.

Составляется таблица синхронизации операций (таб. 9). Число рабочих поточной линии:

N=?t/ф=6.27/1.2=5.225 принимаем число рабочих равное 6

Где, ?t — общее время на изделие ф-такт потока.

Таблица 10 — Синхронизация операций

Таблица синхронизации составляется с учётом оптимальной последовательности операций. Надо следить за тем, чтобы ранее установленные элементы не мешали установки последующих. В первую очередь устанавливаются элементы в труднодоступных местах (желательно, чтобы на каждом рабочем месте производились однотипные работы, установку однотипных деталей, но разных номиналов нужно устанавливать на различных рабочих местах). Учитываются и другие требования из-за особенностей конструкции.

Так как расчёты сходятся с таблицей-9, то технологический процесс разбит на операции верно.

2.4 Выбор средств технологического оснащения

Согласно ГОСТ 14.301−73 средства технологического оснащения включают:

— технологическое оборудование

— технологическую оснастку

— средства механизации и автоматизации Выбор средств технологического оснащения производится с учётом:

— типа производства и его организационной структуры

— виды изделия и программы выпуска

— характера намеченной технологии

— максимального применения имеющейся стандартной оснастки и оборудования

— равномерной загрузки имеющегося оборудования Характеристики сравнительных видов оборудования сведены в таблицу 11.

Таблица 11 — Сравнительные характеристики оборудования

Таблица 12 — Перечень оборудования.

Выбор данного оборудования основан на том, что оно имеет больший коэффициент загрузки, меньшую потребляемую мощность, меньшую стоимость, габариты и вес.

Выбор оснастки производится на основании вышеперечисленных требований. В пояснительной записке приводится перечень оснастки таблица 13.

Таблица 13 — Перечень оснастки.

ГОСТ14.308−73 и ГОСТ 14.309−74 — правила выбора технологического оснащения, оборудования и оснастки.

ГОСТ14.304−73 и ГОСТ 14.304−74 — правила Выбора средств технологического оснащения, оборудования и оснастки.

Требуемое количество оборудования:

Nобрасч (смс)=n*N/p/Fg=n*t1/ф Где: n-количество элементов на плате, устанавливаемых или монтируемых на данном оборудовании

N-годовая программа

Fg-действительный годовой фонд рабочего времени (с учётом ночной смены) час.

t1-время на один элемент Для оборудования, выполняющего групповые операции

Nоб.расч=Тгр.оп/ф (шт.)

где: Тгр. оп=60/p (мин.)

Nоб.расч (ПМП-1)=23*0.05/1.2= 0.958

принимаем N (смс)=1 шт.

Nоб.расч (РМПС)=23*0.1/1.2=1.91

принимаем N (смс)=2ш т Тгр. оп (УП-4)= 60/150=0.4 мин Тгр. оп (УПВ903Б)=60/90= 0.67 мин

Nоб.расч (УП-4)=0.4/1.2=0.48. принимаем =1 шт.

Nоб.расч (УПВ903Б)=0.67/1.2=0.558. принимаем=1 шт.

Kз= Nоб. расч/Nоб.прин*100%

где: Кз — коэффициент загрузки оборудования

Nоб.прин — принятое число единиц оборудования, определяется округлением Nоб. расч до целого числа в сторону увеличения Кз (ПМП 1)= 0.958/1*100%=95.8%

Кз (РМПС)= 1.91/2*100%= 95.5%

Кз (УП4)= 0.48/1*100%=48%

Кз (УПВ903Б)=0.644/1*100%=64.4%

Установлены нормативные значения коэффициента загрузки оборудования:

Кз=65−77% - массовое производство Кз=75−85%-среднесерийное производство Кз=80−90% - мелкосерийное производство Коэффициент загрузки оборудования соответствует установленным требования.

2.5 Обоснование выбора технологических материалов

Для осуществления пайки необходимы припои. Свойства двух видов припоев приведены в таблице 14.

Таблица 14 — Характеристики припоев.

Выбираем припой ПОС-61, так как у него меньше температура плавления, больше прочность при растяжении и ниже содержание свинца.

Для качественной пайки необходимы флюсы. (предназначенные для удаления оксидной плёнки с поверхности соединяемых материалов). Свойство двух видов флюсов приведены в таблице 15.

Таблица 15 — Характеристики флюсов

Выбираем флюс ФТС, так как он оказывает слабое влияние на медь, а на другие металлы и вовсе не оказывает и имеет меньшую температуру флюсующей активности.

Для промывки печатных плат от остатков флюса применяют растворители. Свойства 2-х из них приведены в таблице 16.

Таблица 16 — Характеристики растворителей

Выбираем этиловый спирт, так как допустимая концентрация его в воздухе значительно выше чем ацетона, температура кипения то же выше.

Заключение

Разработанная конструкция и технологический процесс вольтметра постоянного тока с автоматическим выбором пределов измерения удовлетворяет требованиям технического задания. Применение автоматизации и механизации производства изделия, позволило привлечь к работе минимально количество персонала, для выполнения основных работ.

В результате расчётов, выяснено, что разработанное изделие имеет хорошую надёжность и удовлетворительную технологичность конструкции.

Расчёт надёжности показал, что наработка до отказа составляет 16 181 часов.

Разработка технологического процесса выполнена на основании типовых технологических процессов с учётом реальных возможностей производства.

вольтметр сенсорный точность ток

1. Краткий справочник конструктора РЭА/ под редакцией Р.Г. Варламова-М: Советское радио 1973 Г.

2. Г. Д. Фумкин, Расчёт и конструирование-М: высшая школа 1985 г.

3. В.И. Блаут-Балочева Технология производства радиоаппаратуры. — М: Энергия 1972 г.

4. Методическое пособие по выполнению курсового проекта. НРТК. 2005 г.

5. ОСТ4.054.267 Плата печатная. Методы конструирования и расчёты.

6. ОСТ4.054.265 Аппаратура радио электронная сборочно-монтажное производство, установка ЭРЭ на печатной плате.

7. ГОСТ 2.105−95 ЕСКД общие требования к текстовым документам.

8. ГОСТ 23.751−86 Платы печатные. Основные параметры конструкции.