Дипломная (вкр): Разработка конструкции пульта проверки азимутального блока

Разработка конструкции пульта проверки азимутального блока

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

. Общие требования.

.1. Пульт проверки должен соответствовать требованиям стандарта

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

.2. Требования к конструкции.

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

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

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

.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].

.3. Требования к параметрам.

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

.3.2. Пульт должен соответствовать требованиям при длительной непрерывной работе.

.3.3. Рассеиваемая мощность в пульте не более 20 Вт.

.3.4. Температура орпусов элементов не более 70 ºС.

.4. Требования по устойчивости к внешним воздействиям.

.4.1. Пульт должен соответствовать требованиям после воздействия изменения температуры среды от минус 50 ºС до 50 ºС.

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

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

.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:

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

- 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  

.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.