РЭС-курсач (полосовой фильтр) (!Полный КУРСАЧ РЭС)

Посмотреть архив целиком

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(технический университет)

_______


Кафедра 404














Курсовая работа по дисциплине:

"Основы конструирования и технологии РЭС"












Выполнил студент: Авдеенко С.А.

Группа: 04-317

Проверил преподаватель: Борисов В.Ф.




МОСКВА 2003.






Содержание.

Содержание.

Введение.

  1. Техническое задание на разработку полосового фильтра.

    1. Наименование и области применения.

    2. Основание для разработки.

    3. Цель и задачи разработки.

    4. Источники разработки.

      1. Литературные источники.

      2. Конструкторские аналоги.

1.5.Технические требования.

1.5.1. Состав изделия и требования к конструкции.

1.5.2. Показатели назначения.

1.5.3. Требования к надёжности.

1.5.4. Требования к уровню унификации и стандартизации.

1.5.5. Требования к безопасности.

1.5.6. Эстетические и эргономические требования.

1.5.7. Условия эксплуатации.

1.5.8. Дополнительные требования.

1.6. Стадии разработки.

1.7. Комплектность документации.

2. Схемо-техническая отработка конструкции.

2.1. Краткое описание принципа работы полосового фильтра с приведением электрической принципиальной схемы.

2.2. Конструкторско технологический анализ элементной базы.

2.2.1. Обеспечение требований к массо-габаритным характеристакам полосового фильтра.

2.2.2. Обеспечение работоспособности РЭ в условиях эксплуатации выбранных для полосового фильтра.

2.2.3. Конструктивная и технологическая совместимость РЭ.

  1. Разработка конструкции РЭС.

    1. Выбор типа конструкции и компоновочной схемы модуля.

    2. Выбор системы охлаждения.

    3. Выбор конструкционных радио материалов.

    4. Расчет элементов печатной платы и её площади.

    5. Расчет размеров и разработка конструкции корпуса полосового фильтра.

    6. Разработка топологии печатной платы.






  1. Оценка показателей качества конструкции.

    1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкции.

    2. Расчёт вибропрочности.

    3. Расчет надежности.


Литература.





Введение.


Курсовая работа по дисциплине "Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств" представляет собой заключительный этап изучения данной дисциплины. Ее цель - подготовить студентов к самостоятельному решению проектно-конструкторских задач при выполнении дипломного проекта и последующей работе на предприятиях промышленности.

Задачами курсовой работы являются:

-систематизация, расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине;

- развитие и закрепление практических навыков разработки конструкций и технологии радиоэлектронных средств (РЭС);

- приобретение опыта работы с нормативно-технической документацией, технической литературой и разработки конструкторской и технологической документации на РЭС.

В курсовой работе предлагается разработать конструкцию бортового или наземного РЭС функционального различного назначения. Содержание конструкторских и технологических задач курсового проекта соответствует стадиям технического предложения, эскизного и технического проектирования.
















  1. Техническое задание на разработку полосового фильтра.


1.1. Наименование и области применения.


Наименование изделия – полосовой фильтр.

Применяется в радиоприёмных устройствах бытовой аппаратуры.


1.2. Основание для разработки.


Основанием для разработки служит задание на курсовое проектирование, выданное кафедрой №404.


1.3. Цель и задачи разработки.


Целью разработки служит комплект конструкторско-технологической документации на полосовой фильтр.

Задачами являются : схемо-техническая отработка конструкции, разработка конструкции, оценка показателей качества, оформление конструкторской документации.


1.4. Источники разработки.


1.4.1. Литературные источники.


  1. Основы конструирования и технологии РЭС” В.Ф.Борисов, А.А.Мухин, Ю.В.Чайка 2000 год МАИ.

  2. Элементы РЭУ “ Б.И.Горошков 1988 год.

  3. Конструирование радиоэлектронных средств” А.С.Назарова 1996 год.

  4. Справочник конструктора РЭА” Р.Г.Варламова 1980 год.


1.4.2. Конструкторские аналоги.


Аналогом данного полосового фильтра является узкополосный фильтр электрическая принципиальная схема которого приведена в [2] на стр.90.

Узкополосный фильтр обладает коэффициентом усиления 60 дБ. Центральная частота его равна 1 кГц, а полоса пропускания лежит в пределах от 890 до 1112,5 Гц. Затухание при расстройке на половину октавы от центральной частоты составляет 30 дБ, а на октаву 50 дБ, нестабильность частоты среза менее 1,5*10-6 , напряжение шума 2мкВ, напряжение выходного сигнала 4В.


1.5. Технические требования.




1.5.1. Состав изделия и требования к конструкции.


Конструктивно изделие должно представлять собой модуль выполненный с применением печатного монтажа , заключенный в герметичный корпус.


Требования к конструкции:


Масса не более -36,75 г.

Обьём не более - 61,25 см3.

Высота не более - 4,1 см..

Площадь печатной платы не более - 19см2.


1.5.2. Показатели назначения.


Полосовой фильтр должен обеспечивать следующие значения функциональных показателей :

полоса пропускания – 1кГц,

потребляемая мощность – 192 млВт,

центральная частота f0=3,8*103,

коэффициент передачи Ку=1,567.


1.5.3. Требования к надёжности.


Полосовой фильтр должен обеспечивать следующие показатели надёжности:

-среднее время наработки на отказ полосового фильтра не менее 41666 часов

-вероятность безотказной работы за 8 часов 0,999.


1.5.4. Требования к уровню унификации и стандартизации.


В полосовом фильтре должны быть использованы унифицированные и стандартизированные изделия. Уровни унификации и стандартизации оцениваемые коэффициентами унификации и стандартизации должны быть не менее 0,7.


1.5.5. Требования к безопасности.


Полосовой фильтр должен быть безопасен при производстве, эксплуатации и ремонте. По требованиям безопасности он должен соответствовать ГОСТ12.2.006-86.







1.5.6. Эстетические и эргономические требования.


Полосовой фильтр должен отвечать требованиям информационной выразительности, целостности композиции, рациональности формы, а также психофизиологическим, антропометрическим и гигиеническим требованиям.


1.5.7. Условия эксплуатации.


Полосовой фильтр должен сохранять работоспособность и обеспечивать значения параметров оговоренных в 1.5.2. при следующих уровнях окружающей среды :


температура окружающей среды от –40 до +55 С,

диапазон частот вибрационных воздействий от 10 до 30 Гц,

вибрационные перегрузки 19,6 м\с2,

пониженное атмосферное давление 61кПа.


1.5.8. Дополнительные требования.


Полосовой фильтр должен быть выполнен на основе отечественной элементной базы. В полосовом фильтре должны применяться материалы рекомендованные для выполнения бытовой техники.



1.6. Стадии разработки.


Календарный план сдачи курсового проекта :

8.03. ТЗ и схемо-техническая отработка конструкции,

31.03. Разработка конструкции РЭС,

20.04. Расчет показателей качества,

25.05. Оформление записки и графической части,

26-30.05. Защита.


1.7. Комплектность документации.


В комплект документации должны входить :

-расчетно-пояснительная записка,

-схема электрическая принципиальная,

-чертёж общего вида полосового фильтра,

-сборочный чертёж платы,

-чертежи деталей.

2. Схемо-техническая отработка конструкции.



2.1. Краткое описание принципа работы полосового фильтра с приведением электрической принципиальной схемы.


АЧХ полосового фильтра формируется перемножением амплитудно-частотных характеристик двух узкополосных фильтров, центральные частоты которых разнесены. Формирование АЧХ DA1 происходит с помощью конденсаторов С1 и С2 и резистора R3. Формирование АЧХ DA2 происходит с помощью конденсаторов С3 и С4 и резистора R4. Повторитель выполнен на микросхеме К140УД7. Подстройка его АЧХ производится с помощью резисторов R11 и R12. Питание схемы производится источником в 24 В.

Электрическая принципиальная схема полосового фильтра приведена на рисунке 1.





Рис. 1.






2.2. Конструкторско технологический анализ элементной базы.


2.2.1. Обеспечение требований к массо-габаритным характеристакам полосового фильтра.



Данный пункт ставит перед собой цель показать, что радио элементы(РЭ) использованные в электрической принципиальной схеме полосового фильтра обеспечивают требования к массо-габаритным характеристикам полосового фильтра.

Для решения поставленной задачи в таблице №2.1. приведены массо-габаритные характеристики РЭ.


Таблица №2.1.


Тип элемента

кол-во

Масса, гр

Размеры, мм

Установочная площадь,мм2

Установочный объём, мм3

Высота

Диаметр

L

B

К140УД7

3

1,5

4,8

9,5

 

 

14,9

71,52

МЛТ

15

0,15

 

2,2

12

 

26,4

45,59

К10-17 "А" С12

2

1

5,6

 

8,4

6,7

56,28

315,168

К10-17 "А" С345

3

0,5

5,6

 

6,8

4,6

31,28

175,168

К10-17 "А" С6

1

2

5,6

 

12

8,6

103,2

577,92


Данные таблицы №2.1. позволяют найти суммарные массу конструкции, объём конструкции и установочную площадь. Используя средне статистические значения относительных параметров конструкции РЭС по найденным значениям суммарных массы, объёма и установочной площади элементов можно оценить ожидаемые значения массо-габаритных характеристик полосового фильтра.

Как показано в [1] масса конструкции m k=qm*mэл , где qm- коэффициент дезинтеграции по массе, mэл – суммарная масса РЭ. Примем значение qm=3 и определив по таблице №2.1. mэл=12,25 г ,найдём что m k=36,75 г. Сравнивая полученное значение с требованиями к массе записанной в ТЗ убеждаемся что выбранные РЭ обеспечивают требования к массе.


Объём конструкции может быть найден через массу и плотность конструкции. Vk= m k\m0 ,приняв m0=0,6 г\см 3 находим :

Vk=36,75\0,6=61,25 см3. Пересчитав требования к габаритным характеристикам полосового фильтра записанные в ТЗ в объём, найдём :

VkТЗ=61,25 см3. Сравнивая ожидаемые значения Vk с VkТЗ делаем вывод, что РЭ обеспечивают требования к габаритным характеристикам полосового фильтра.

Вычисляем площадь печатной платы по формуле : Sпп=qs*Sэл , где qs- коэффициент дезинтеграции по площади , Sэл – суммарная установочная площадь радиоэлементов. Примем значение qs=2,5 ,и определив по таблице №2.1. Sэл=7.5см2 ,находим Sпп=18,75см2.

Вычисляем высоту конструкции по формуле h=Vk/Sпп : h=61,25/18,75=3,3см.


2.2.2.Обеспечение работоспособности РЭ в условиях эксплуатации выбранных для полосового фильтра.


Чтобы убедиться в работоспособности радиоэлементов в условиях эксплуатации выбранных для полосового фильтра обратимся к таблице №2.2, в которой записаны условия эксплуатации РЭ.


Таблица №2.2.

Тип элемента

Диапазон рабочих температур, С

Диапазон частот вибрации, Гц

Допустимые вибрационные перегрузки, м\с2

К140УД7

от -45 до +85

от 5 до 500

40

К10-17 "А"

от -60 до +85

от 5 до 5000

40

МЛТ

от -60 до +200

от 5 до 2000

30



Сравнивая температурный диапазон с допустимыми значениями температур, которые даны в ТЗ, убеждаемся что температурный диапазон эксплуатации полосового фильтра лежит внутри температурного диапазона эксплуатации РЭ.

Из данных таблицы №2.2 также следует, что допустимые диапазоны частот вибрации и допустимые вибрационные перегрузки перекрывают эти же показатели для полосового фильтра, которые записаны в ТЗ, следовательно выбранные РЭ работоспособны в условиях применения полосового фильтра.



2.2.3.Конструктивная и технологическая совместимость РЭ.


Анализ габаритных размеров РЭ и их конструктивно-технологических характеристик позволяет сделать вывод о том, что среди РЭ отсутствуют РЭ выпадающие из общего размерного ряда.

Установка всех РЭ на плату производится с помощью выводов, монтируемых в отверстиях контактных площадок печатной платы, следовательно РЭ конструктивно и технологически совместимы.






3. Разработка конструкции РЭС.


3.1. Выбор типа конструкции и компоновочной схемы модуля.


Выбор типа конструкции и компоновочного решения блока обусловливается объектом установки РЭС ,видом и интенсивностью воздействия внешних дестабилизирующих факторов . В свою очередь тип конструкции в значительной степени определяет свойства внутренней структуры блоков РЭС.

В основном применяются три типа конструкций : разъёмная ,кассетная и книжная. Однако как сказано в ТЗ мы ведем разработку модуля ,значит тип конструкции будет – модульный.



3.2. Выбор системы охлаждения.


При выборе системы охлаждения используются следующие исходные данные : тепловой поток ,рассеиваемый поверхностью теплообмена (корпуса) конструкции Рп= 192млВт [пункт 1.5.2.] ; допустимая рабочая температура наименее теплостойкого элемента tэл min=85 0С [пункт 2.2.2.] ; максимальная температура окружающей среды tc max=55 0С [пункт 1.5.7.] ; минимальное давление окружающей среды Нc min=61кПа [пункт 1.5.7.] ; нормальное давление окружающей среды Н = 101,3 кПа.


Рассчитаем площадь поверхности теплообмена корпуса :

S к = 2*(4*5 + 4*3,3 + 5*3,3)=99,4 см2 .

Рассчитаем плотность теплового потока по формуле :

Рosнп /Sк ,

где Кн – поправочный коэффициент на давление окружающей среды:


Рos = 2,5*10 –3 Вт/см2

Найдем допустимый перегрев в конструкции по формуле :

tдоп= tэл min- tc max

tдоп=85 – 55 = 30 .



Значение Рos и tдоп являются координатами точки ,положение которой на диаграмме [1 ,рис.3.2] определяет систему охлаждения конструкции .Найдя на диаграмме положение точки (Рos , tдоп) выясняем ,что она попала в зону 1 ,которой соответствует естественное воздушное охлаждение.


3.3. Выбор конструкционных радио материалов.


Выбор будем производить по комплексному показателю качества ,который равен :

Корпус будем выполнять из металла ,так как такие корпуса выполняют функции экрана и локализуют внутренние магнитные поля. Также корпуса из металлов обладают большей прочностью ,чем корпуса из пластмасс.


Потенциальные материалы для изготовления корпуса выбираем ,учитывая что корпус будет изготавливаться по технологии штамповки-вырубки с последующей гибкой. Ограничим наш выбор из следующих материалов: Д1, Д16 ,Амц ,сталь 20 ,сталь 40 ,латунь .

Будем сравнивать материалы по следующим характеристикам : плотность ,коэффициент Пуасона ,предел прочности ,коэффициент теплопроводности и удельное сопротивление . Так как эти характеристики затрагивают как механические так и электрические свойства материалов.

Сумма весовых коэффициентов равна 10.

Весовые коэффициенты задаются по степени важности параметра. Удельное сопротивление для нас очень важно ,так как корпус должен выполнять функции экрана ,поэтому его весовой коэффициент = 4.

Коэффициент теплопроводности также имеет большое значение ,его весовой коэффициент = 3.

Плотность влияет на массу конструкции ,так что ее весовой коэффициент =2.

А предел прочности и коэффициент Пуасона имеют весовые коэффициенты по 0,5 ,так как полосовой фильтр используется в бытовой технике и механические воздействия на него большой роли не играют.

Характеристики выбранных металлов записаны в таблице №3.1.







Таблица №3.1.

Материалы

Плотность ,

, г/см3

коэффициент Пуасона,

Предел прочности,

*10-6 Па

Удельное сопротивление,

*107 Ом*м

Коэффициент теплопроводности,

, Вт/(м*С0)

Д1

2.8

0,29

410

0.162

180

Д16

2.76

0,29

520

0.162

180

АМц

2.73

0,29

520

0.162

175

Сталь 20

7.82

0,25

610

4.5

45

Сталь 40

7.82

0,25

610

4.5

50

Латунь

8.5

0,41

660

0.61

105


Произведем выравнивание параметров материалов к тенденции повышения качества конструкции. Для этого заменим обратными величинами плотность материала и удельное сопротивление .

Выровненные значения параметров приведены в таблице №3.2.


Таблица №3.2.

Материалы

Плотность,

1/, см3

коэффициент Пуасона,

Предел прочности,

*10-6 Па

Удельное сопротивление,

1/*107 1/Ом*м

Коэффициент теплопроводности,

, Вт/(м*С0)

Д1

0,357

0,29

410

6,17

180

Д16

0,362

0,29

520

6,17

180

АМц

0,366

0,29

520

6,17

175

Сталь 20

0,128

0,25

610

0,22

45

Сталь 40

0,128

0,25

610

0,22

50

Латунь

0,118

0,41

660

1,64

105


Выровняв все значения можем сделать вывод ,что чем больше получится комплексный показатель качества ,тем лучше.


Qд1= 9,615,

Qд16= 9,726,

Qамц= 9,664,

Qст20= 2,359,

Qст40= 2,442,

Qлат= 3,81.


Максимальное значение комплексного показателя качества у сплава алюминия Д16 .Следовательно корпус будем изготавливать из этого материала.




3.4. Расчет элементов печатной платы и её площади.


Радиоэлементы располагаются на печатной плате по одной стороне.


Площадь печатной платы ,необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов находят по формуле :


где qs – коэффициент дезинтеграции по площади (qs =2,5 ),

Sэ – установочная площадь I-го радио элемента ,

N – число радио элементов .


Sпп=19см2 [пункт 2.2.1.].


Из стандартных размеров печатных плат [ 1, стр. 108 ] выбираем печатную плату с размерами 40*60 мм .


Выбираем печатную плату 2-го класса точности ,так как такие печатные платы наиболее просты в исполнении ,надёжны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость.

В таблице № 3.3. показаны конструктивные параметры элемента печатной платы и номинальный размер для 2-го класса точности.


Таблица № 3.3.

Минимальная ширина проводников t,мм

0,45

Минимальное расстояние между проводниками S,мм

0,45

Гарантированная ширина пояска в наружном слое bн,мм

0,2

Гарантированная ширина пояска во внутреннем слое bв,мм

0,1

Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы Кдт

0,5


Толщина печатной платы равна 1 мм.

Печатная плата выполнена из стеклотекстолита СФ1-50-1.





Минимальный диаметр монтажного отверстия dмо :

dмо = dв + + 2hr + д,

где dв – диаметр вывода радиоэлемента,

= 0,4…0,6 мм – зазор между поверхностью вывода и поверхностью отверстия,

hr = 0,05…0,06 мм – толщина гальванически осаждаемой меди,

д =0,12 мм – погрешность диаметра отверстия.

dмо =1,22 мм.


Из предпочтительных диаметров рассчитанного выше отверстия выбираем:

dмо=1,3 мм.


Минимальный диаметр контактной площадки dкп :

dкп=2*[bн +(dмо/2) + o + кп] + фф +1,5hф ,

где o = 0,07 мм – погрешность расположения отверстия,

кп = 0,15 мм – погрешность расположения контактной площадки,

фф = 0,06 мм – погрешность фотокопии и фотошаблона,

hф = 50*10-3 мм – толщина фольги на диэлектрическом основании.

dкп=2,275 мм.


Минимальная ширина проводника tпр :

tпр = t + фф + 1,5hф=0,45+0,06+1,5*50*10-3=0,585мм.


Минимальное расстояние между проводниками Sпр :

Sпр = lол – (tпр + 2сп),

где lол = 0,9 мм – расстояние между осевыми линиями проводников,

сп = 0,05 мм – погрешность смещения проводников.


Sпр = 0,9 – (0,585 + 2*0,05)=0,47мм.



3.5. Расчет размеров и разработка конструкции корпуса полосового фильтра .


Корпус имеет форму коробки и состоит из коробчатого основания и двух крышек ,в следствии этого повышается ремонтопригодность модуля.

Мы изготавливаем не герметичный модуль .

Корпус изготавливается из сплава алюминия Д16 по технологии штамповки-вырубки с последующей гибкой, толщина стенок корпуса равна 1 мм.

Корпус покрыт сплавом Н6.М6.О-Ви12,а также эмалью.


Крышка плотно закрывает корпус при помощи сделанных в корпусе вырубок прямоугольной формы, которые сделаны на длинной стороне корпуса , и выдавок в самой крышке ,как показано на рисунке 2.


Печатная плата крепится внутри корпуса с помощью выдавок ,сделанных в самом корпусе ,и припаевается к корпусу в точках где находятся выдавки.

Произведем расчет размеров корпуса полосового фильтра с учётом толщины стенок корпуса ,сделанных выдавок и расстояния от основания корпуса до печатной платы .Получим :

Высота корпуса – Н =Lh+Lст+Lосн+Lкр,

Где Lh=33мм – высота конструкции ,

Lст=2мм – толщина стенок корпуса,

Lосн=5мм – расстояние от основания до печатной платы,

Lкр=5мм – расстояние от крышки .

Н = 33+2+5+5 = 45мм.

Ширина корпуса – X = Lx+Lст+Lвыд,

Где Lx=40мм – ширина печатной платы ,

Lвыд=2мм – толщина выдавок,

X = 40+2+2=44мм.

Длинна корпуса – Y = Ly+Lст+Lвыд,

Где Ly=60мм – длинна печатной платы,

Y = 60+2+2=64мм.


Рис. 2.


3.6. Разработка топологии печатной платы.


На рисунке 3 можно увидеть топологию печатной платы полосового фильтра.







Рис.3.


















4. Оценка показателей качества конструкции.


4.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкции.


Тепловой режим разработанной конструкции должен соответствовать требованию нормального теплового режима: температура в любой точке конструкции не должна превышать допустимой рабочей температуры наименее теплостойкого элемента . Следовательно, поверочный расчет теплового режима необходимо доводить до определения температур . Однако на практике условия нормального теплового режима конструкции приобретают иное толкование, связанное с особенностями тепловой модели конструкции.

Закономерности процессов теплообмена конструкций РЭС с окружающей средой в значительной мере определяются их структурой. Поэтому многообразие существующих конструкций можно представить классами, для каждого из которых характерна своя тепловая модель и набор показателей, необходимых для оценки теплового режима. Одним из признаков классификации может служить структура нагретой зоны конструкции.

Разрабатываемая конструкция выполнена на одной печатной плате, размещенной в корпусе, поэтому для нее может быть применена модель теплового моделирования и расчета теплового режима конструкций РЭС с источниками тепла, расположенными в плоскости.

Размещение тепловыделяющих элементов в плоскости дает возможность при оценке теплового режима ограничиться расчетом среднеповерхностной температуры нагретой зоны tз, которая с небольшой погрешностью может быть принята в качестве характеристики теплового режима элементов.

Представим конструкцию в виде тепловой модели (рис. 4), где 1 - корпус, 2 - печатная плата (нагретая зона).

При построении тепловой модели принимаются следующие допущения:

- нагретая зона является однородным анизотропным телом;

- источники тепла в нагретой зоне распределены равномерно;

-поверхности нагретой зоны и корпуса - изотермические со среднеповерхностными температурами tз и tк соответственно.


Рис. 4.


Для данной тепловой модели можно составить следующую тепловую схему (рис. 5).



Рис.5.


С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (зк) и лучевой (зл) теплопередачи через воздушные прослойки, тепло передается на внутреннюю поверхность корпуса. За счет теплопроводности стенок (ск) тепло выводится на наружную поверхность корпуса, откуда конвекцией (кк) и излучением (кл) переносится в окружающее пространство. При малой толщине стенки (=1.5...2мм) тепловым сопротивлением стенок корпуса, выполненного из металлических сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности, можно пренебречь. Так как в нашем случае это условие выполняется, то тепловая схема примет вид, как показано на рисунке 6.



Рис. 6.


Из тепловой схемы (рис.6) следует:

tк = tc + P/(кк + кл,

tз = tк + P/(зк + зл,

где Р=2,5*10 –3 Вт/см2 - тепловой поток, рассеиваемый конструкцией[пункт 3.2.];

зк=в(Sз+Sкв)/2 - конвективно-кондуктивная тепловая проводимость между нагретой зоной и внутренней стенкой корпуса;

в = 2,68 Вт/м С - коэффициент теплопроводности воздуха для среднего значения температуры воздуха в прослойке;

Sз=0,04*0,06=0,0024м2 - площадь поверхности нагретой зоны;


Sкв=2*(0,064*0,044+0,064*0,045+0,045*0,044)=0,015м2-площадь внутренней поверхности корпуса;

зк=2,68*(0,0024+0,015)/2=0,023 Вт/м С;


зл = лзSз - тепловая проводимость теплопередачи от нагретой зоны к внутренней стенке корпуса излучением,

где лз - коэффициент теплопередачи излучением, для условий теплообмена в ограниченном пространстве зл может быть принят равным 7 Вт/м С,

зл =7*0,0024=0,017 Вт/м С;


кк = кSкн - тепловая проводимость от наружной поверхности корпуса к среде для конвективной теплопередачи;

где к=5 Вт/м С - коэффициент теплопередачи, рассчитывается по номограмме [1,рис4.3.];

Sкн= Sкв=0,015м2 - площадь внешней поверхности корпуса;

кк =5*0,015=0,075 Вт/м С;


кл=лSкн - тепловая проводимость от наружной стенки корпуса к среде для теплопередачи излучением;

где л=4,9 Вт/м С - коэффициент теплопередачи излучением, рассчитывается по номограмме [1,рис4.4.];

кл=4,9*0,015=0,074 Вт/м С;

Для определения значения перегрева t используется метод последовательных приближений. Принимаем tc = 55С и задаем перегрев t = 10С Подставляя значения тепловых проводимостей в формулы для tз и tк ,которые были написаны выше, получим:

tк =55+(2,5*10-3)/(0,075+0,074)=55,02 С;

tз =55,02+(2,5*10-3)/(0,023+0,017)=55,08 С.


Температура перегрева незначительна – не более одного градуса, следовательно охлаждающая система не понадобится.








4.2. Расчёт вибропрочности.


Конструкция считается вибропрочной, если в ней отсутствуют механические резонансы. Отсутствие в конструкциях механических резонансов характеризуется следующим соотношением частоты свободных колебаний f0 любого элемента конструкции и верхней частоты диапазона внешних вибрационных воздействий:

.

В нашем случае = 30 Гц [пункт 1.5.7.].

Таким образом, оценка вибропрочности конструкции сводится к расчету частоты свободных колебаний f0.

Основной расчетной моделью планарных конструкций служит прямоугольная пластина при определенных условиях на сторонах. Частота свободных колебаний основного тона прямоугольной пластины определяется по формуле:

= ,

где С=47)- частотная постоянная [1,прил.9],так как отношение сторон равно 1 (см.рис.7);

h=1мм - толщина пластины;

а=40мм - сторона пластины [рис.7];

- поправочный коэффициент на материал пластины,

где Е=30,2/10 Па - модуль упругости материала пластины;

Ес= 200/10 Па- модуль упругости стали;

=1,85 г/см - плотность материала пластины;

с=7,82 г/см - плотность стали;

;

- поправочный коэффициент на нагружение пластины равномерно размещенными на ней элементами,

где mэл=12,25г - масса элементов [пункт 2.2.1.];

mп=Vпл*пл - масса пластины,

где Vпл =а*а*h=4*4*0,1=1,6см3 ;

пл =1,85 г/см - плотность пластины ;

mп=1,6*1,85=3г;

.

В нашем случае конструкцию можно представить как прямоугольную пластину со сторонами, свободно лежащими на опоре (рис.7).





Рис. 7.


Подставим известные значения параметров в вышеуказанную формулу:

Гц,

полученное значение f0 удовлетворяет удовлетворяет неравенству поставленному в начале этого пункта,

.
















4.3. Расчет надежности.


Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности элементов и условиям эксплуатации.

Расчет надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы РЭС. При составлении модели предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и в целом РЭС могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособном. Используются две логические схемы надежности: последовательная, когда отказ любого элемента ведет к отказу РЭС, и параллельная, когда отказ элемента не вызывает отказа РЭС. Последовательные логические схемы надежности характерны для не резервированных РЭС, параллельные - для РЭС с резервированием.

Основными количественными характеристиками надежности являются вероятность безотказной работы РЭС и среднее время наработки на отказ T = 1/э, где t - время непрерывной работы изделия, э - эксплуатационное значение интенсивности отказов РЭС.

Для последовательной логической схемы надежности :

,

где - эксплуатационное значение интенсивности отказов i-го элемента, учитывающее внешние воздействия, влияние тепловых и электрических нагрузок элементов, n - число элементов.

Расчет производится по формуле:

,

где - интенсивность отказов элемента в номинальном режиме работы [1,прил.10.1],

- поправочный коэффициент на температуру и электрическую нагрузку элемента [1,прил.10.2],

k1 - коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий [1,прил.10.4],

k2- поправочный коэффициент на воздействие климатических факторов (температура, влажность) [1,прил.10.5],

k3 - коэффициент, отражающий условия работы при пониженном атмосферном давлении [1,прил.10.6].


Значения , , , , приведены в таблице 4.1


Таблица №4.1

Элемент

oi ,10-6 ,1/ч

аi

К1

К2

К3

ИС

0,013

1

1,04

2,5

1

Конденсаторы

0,15

2,3

1,04

2,5

1

Резисторы

0,043

1,43

1,04

2,5

1

Печатная плата

0,7

1

1,04

2,5

1

Пайка печатного монтажа

0,01

1

1,04

2,5

1

.

Подставляя данные таблицы 4.1 в вышеуказанную формулу для э, получаем э = 9,7*10-6 ,1/ч.

Вероятность безотказной работы изделия P(t) =exp(-э*t),

где t=8ч – время непрерывной работы полосового фильтра,

P(t) =0,999;


Среднее время наработки на отказ Т=1/э,

Т=1/9,7*10-6=103100ч.

Cравнивая полученные значения вероятности безотказной работы полосового фильтра и среднего времени наработки на отказ с данными значениями в ТЗ [пункт 1.5.4], можем убедится в том что поставленные перед нами требования к надежности мы выполнили.





















Литература.


  1. Борисов В. Ф., Мухин В. В. и др. Основы конструирования и технологии РЭС (пособие для курсового проектирования). - М.: МАИ, 1998.

  2. Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств. - М.: Радио и связь, 1988.

  3. Назаров А.С. Конструирование радиоэлектронных средств. – М.:МАИ, 1996.

  4. Варламов Р.Г. Справочник конструктора РЭА. – М.: Советское радио, 1980.

24




Случайные файлы

Файл
90257.rtf
138860.rtf
kursovik.doc
35014.rtf
45979.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.