Пример курсовой работы по надёжности (Назаров) (Курсач вар.2)

Посмотреть архив целиком

РАДИОВТУЗ МОСКОВСКОГО АВИАЦИОННОГО ИНСТИТУТА

_

ТОКТИН










Курсовая работа на тему

«Анализ работоспособности сенсорного выключателя»

Пояснительная записка


Выполнил: Миронов С.А. Рк-404

Проверил: Назаров А.В.







2010


СОДЕРЖАНИЕ


Задание на курсовое проектирование…………………………………….…….3

Введение………………………………………………………………………..…4

1 Описание работы устройства и предварительный расчет схемы………..….5

2 Основные понятия надежности……………………………………….………6

3 Расчет надежности устройства…………………………………………….…9

3.1 Анализ работоспособности принципиальной электрической схемы…….9

3.2 Эксплуатационная интенсивность отказов…………………………….….10

3.2.1 Эксплуатационная интенсивность отказов постоянных металлодиэлектрических резисторов…………………………………….…….10

3.2.2 Эксплуатационная интенсивность отказов конденсаторов постоянной

емкости…………………………………………………………………….……..11

3.2.3 Эксплуатационная интенсивность отказов транзисторов…………..…..12

3.3 Расчет итоговых параметров…………………………….………………….13

3.3.1 Суммарная частота отказов изделия………………………………….….13

3.3.2 Среднее время безаварийной работы…………………………………….14

3.3.Вероят­ность безаварийной работы………………………………………...14

Заключение………………………………………………………………...…….15

Список используемой литературы……………………………………………..16

Приложение
























ЗАДАНИЕ


на курсовую работу по дисциплине: «Теоретические основы конструирования, технологии и надёжности»

выдано студенту группы Рк-404 Миронову С.А.

Тема проекта: «Разработка конструкции модуля преобразователя»


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ


Схема электрическая принципиальная МАИ.210201.404.009Э3

Перечень элементов МАИ.210201.404.009ПЭ3



Условия эксплуатации:

Диапазон рабочих температур от -10 до +50 ºС.

Атмосферное давление (86,6…106,6) кПа

Относительная влажность (среднегодовое значение) 70%

Наработка до отказа не менее 10 000 часов

Напряжение питания модуля 9В.



























Введение


Надежность РЭС - специфическое понятие, резко отличающееся от привычных в радиотехнике понятий, таких, как чувствительность и избирательность приемного тракта, точность, помехозащищенность и т.д.

Специфичность надежности состоит в том, что это качественное понятие, которое трудно определить каким-либо одним числовым показателем. Надежность зависит от большого числа различных переменных факторов, которые в большинстве своем являются случайными величинами.

Надёжность аппаратуры определяется надёжностью и количеством используемых в ней элементов. Так как надёжность является одним из основных параметров из­делия, то, проектируя аппаратуру, её следует оценивать наряду с другими параметрами и на основе этих расчё­тов делать выводы о правильности выбранной схемы и конструкции изделий.































1 Описание работы и предварительный расчет схемы

Схема сенсорного выключателя опубликована в английском журнале " Radio electronics konstruktor ". Основой устройства служит двойной эмиттерный повторитель на транзисторах VT1, VT2. В эмиттер VT2 включено реле К1.

При прикосновении к сенсору переменное напряжение, наводимое в теле человека комнатной проводкой, передается через конденсатор С1 на базу составного транзистора, который открывается, и реле срабатывает.

Диод VD1 защищает транзистор от выбросов напряжения при размыкании, а конденсатор С2 сглаживает возникающие пульсации. Транзисторы - маломощные кремниевые КТ315 с любым буквенным индексом. Диод -кремниевый Д226. Реле - РЭС55 0101 маломощное, на рабочее напряжение 12В. Конденсаторы - К50-35


Предварительный расчет схемы необходим для определения параметров работы элементов















2 Основные понятия надежности


Под надежностью понимается свойство РЭС выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени при определенных условиях эксплуатации.

В число понятий, непосредственно связанных с надежностью, входит понятие работоспособности.

Работоспособность — состояние РЭС, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. РЭС можно считать надежным, если оно сохраняет свою работоспособность в течение требуемого интервала времени в предусмотренных для него эксплуатационных условиях.

Надежность является основным показателем качества РЭС. А качество - это совокупность свойств, определяющих степень пригодности РЭС для практического применения в соответствии с назначением. Основными из показателем качества принято считать:

  • безотказность,

  • долговечность,

  • ремонтопригодность

  • сохраняемость.

Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в течение требуемого времени при эксплуатации и не иметь отказов в заданных условиях.

Долговечность - это свойство РЭС сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность - это свойство РЭС, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость – это свойство РЭА сохранять эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации.

Оценка надежности РЭА будет полной и всесторонней, если будут приведены показатели всех перечисленных выше свойств.

Понятие отказа является одним из самых важных в теории надежности.

Отказом называется событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности изделия, т.е. когда имеет место уход хотя бы одного из особо важных (рабочих) параметров за пределы установленных допусков.


По степени и видам проявления отказы принято разделять на классы, указанные в табл. 1.



Таблица 1.

п/п

Классификационные признаки

Виды отказов

1

По характеру процесса изменения параметров РЭА

  • постепенные,

  • внезапные

2

По степени влияния на работоспособность

  • полные,

  • частичные

3

По взаимосвязи между собой

  • зависимые,

  • не зависимые

4

По признакам проявления

  • явные,

  • скрытые

5

По времени существования

  • устойчивые,

  • самоустраняющиеся

6

По масштабу охвата своим действием

  • отказ элемента,

  • отказ системы

7

По объему и характеру восстановления

  • повреждения,

  • авария

8

По причине возникновения

  • конструкционные,

  • производственные,

  • эксплуатационные


Постепенный отказ – возникает в связи с постепенным изменением основных параметров изделия в течение времени хранения и эксплуатации из-за необратимых медленных физико-химических процессов, происходящих в изделии и каждой его детали в результате их износа и старения.

Внезапный отказ – возникает в результате скачкообразного изменения значения одного или нескольких основных параметров изделия.

Полный отказ – приводит к полному нарушению работоспособности изделия.

Частичный отказ – вызывает ухудшение качества функционирования изделия.

Независимый отказ - называется отказ, возникающий независимо от того, произошли или нет отказы других элементов системы.

Зависимый отказ – происходят в результате воздействий, которые возникают из-за выхода из строя взаимосвязанных элементов.

Неисправность – это любое состояние РЭС, при котором она не удовлетворяет хотя бы одному из требований технической документации как в отношении основных параметров, так и второстепенных (требования ТЗ, невыполнение которых фактически не отражается на работоспособность РЭС, т.е. дефекты: вмятина, царапина и т.д.).

Категория параметрических отказов - объединяет все отказы в виде ухода параметров за пределы заданных допусков.


К этой категории относятся:

  • постепенные отказы, вызванные необратимыми изменениями параметров в результате старения;

  • частичные и самоустраняющиеся отказы, вызванные обратимыми изменениями параметров в результате воздействий температуры, влаги, радиации.

Такое деление отказов является до некоторой степени условным, так как в отдельных случаях бывает трудно отделить одну категорию отказов от другой. Но это деление необходимо, потому что каждая из названных категорий отказов характеризуется своим статистическим распределением и своей методикой расчета.

В основу методик расчета надежности РЭС, учитывающих внезапные отказы, положен экспоненциальный закон распределения, а в методики расчета, учитывающие параметрические отказы, - нормальный закон.

Анализ неисправностей по причинам позволяет разработать рекомендации по устранению систематических отказов и дефектов, по снижению внезапных отказов и по отысканию возможностей, позволяющих отдалить срок наступления постепенных отказов путем устранения схемно-конструктивных недостатков, изменения технологии производства и внедрения обоснованных методов эксплуатации РЭА.

Введение количественной оценки надежности позволяет:

-производить расчет надежности при проектировании, производстве и эксплуатации РЭА.

-сформулировать конкретные тактико-технические требования по надежности проектируемой РЭА.

-заранее рассчитать срок службы РЭА, объем запасного комплекта, резерв аппаратуры и т.д.

В процессе производства и эксплуатации РЭА на ее элементы и узлы воздействует большое количество случайных факторов, вызывающих разброс надежности РЭА и ее показателей. Поэтому используются вероятностные методы количественной оценки надежности РЭА.

Основными показателями надежности РЭА являются:

-вероятность безотказной работы: P(t) = No/N(t);

-интенсивность отказов: λ(t) = n(Δt)/ N(t)*Δt;

-вероятность отказа: Q(t) = 1 – P(t);

-частота отказа: f(t) = n(Δt)/ No*Δt;

-средняя наработка до отказа: Т = Σti/n;

-средняя наработка на отказ: То = Σti/n .






3 Расчет надежности устройства


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

Расчет надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы РЭС. Логическая схема для расчета надежности не резервированного устройства в общем случае состоит из последовательного соединения блоков устройства, каждый из которых в свою очередь также представляет собой последовательное соединение комплектующих элементов. При составлении модели предполагаются следующие ограничения и допущения:

  • распределение отказов во времени экспоненциальное;

  • отказы элементов - события взаимно независимые;

  • в один и тот же момент времени может произойти только один отказ;

  • элементы могут находится только в двух состояниях - работоспособном и неработоспособном.


3.1 Анализ работоспособности принципиальной электрической схемы.


Таблица 2.

элементы


отказ

Резистор

0МЛТ -0,125

Реле РЭС55-0101

Конден-саторы

К50-35

Конден-

сатор

К53-1

Транзисторы

КТ315

Диод

Д226

количество, шт

1

1

2

1

2

1

обрыв

отказ

отказ

отказ

отказ

отказ

отказ

к. з.

-

отказ

отказ

отказ

отказ

отказ


Из анализа схемы видно, что при отказе любого элемента перечисленного в таблице 2. схема не работоспособна. Тогда при построении схемы и модели надежности будет использоваться последовательная схема надежности т.к. не используется резервирование.


Схема надежности будет выглядеть следующим образом:


РR1


РR2

РC1

РC2

РVT

РVD



Модель надежности:


РприбораR1*(РK1обрK1к.з.)*(РС1обрС1к.з.)*(РС2обр.С2к.з ) *(РVTобр.VTк.з)*(РVDобр.VDк.з) = е-(n*∑эt) (1)



3.2 Эксплуатационная интенсивность отказов


Основными количественными характеристиками надежности являются вероятность безотказной работы РЭС Р(t) = е-(эt) и среднее время наработки на отказ Т=1/э, где t-время непрерывной работы изделия; э-эксплуатационное значение интенсивности отказов РЭС.


На этапе проектирования, когда ещё точно не опре­делены режимы работы схемы, производят расчёт, за­даваясь ориентировочными данными, определяющими условия работы. Так, в качестве температуры окружаю­щей среды для каждого из элементов может быть при­нято среднее значение температуры внутри блока, опре­деленное на основании данных о количестве теплоты, выделяемой внутри блока, его габаритных размеров, условий теплоотдачи и температуры среды, окружаю­щей блок. Рассчитанная таким образом температура не учитывает местных перегревов, создаваемых отдельны­ми элементами, выделяющими значительное количество теплоты.

Ориентировочные значения коэффициентов нагрузки по напряжению могут быть определены для элементов каждого типа по известному напряжению источника питания и номинальному значению напряжений или токов всех элементов.


3.2.1 Эксплуатационная интенсивность отказов постоянных металлодиэлектрических резисторов


Коэффициент нагрузки для резисторов всех типов


(2)


Где: Рр- мощность фактически рассеиваемая на рези­сторе, мощность трансформатора, Вт;

Рдоп - номинально допустимая при данных внешних условиях мощность рассеивания (по ТУ на ре­зисторы (трансформаторы)), Вт.


Для резистора R1


Для реле К1


Определяем зависимости α от температуры и kн для резистора и реле. Полученные значения заносятся в седьмой столбец таблицы 3.

Зависимости относительной частоты отка­зов не проволочных сопротивлений от изменения тем­пературы окружающей среды и коэффициента на­грузки представлены на рис. 7


рис. 1


Зависимости относи­тельной частоты отказов прово­лочных сопротивлений от изме­нения коэффициента на­грузки представлены на рис 2.

рис. 2


3.2.2 Эксплуатационная интенсивность отказов конденсаторов постоянной

емкости


Коэффициент нагрузки для конденсаторов всех типов


, (3)


где: Uр.макс - амплитуда рабочего напряжения, В;

Uдоп.макс - амплитуда рабочего напряжения, допусти­мая по ТУ, В.



Для конденсатора С1


Для конденсатора С2


Для конденсатора С3


Для электролитических и керамических конденсаторов значения α берутся из справочников.



3.2.3 Эксплуатационная интенсивность отказов транзисторов


Коэффициент нагрузки для полупроводниковых диодов


, (4)


Где: Iв - действующее значение тока вентиля, А;

Iв.доп.- допустимое действующее значение тока венти­ля, А.


Для диода VD1





Коэффициент нагрузки для транзисторов


(5)


Где: Рк - мощность, рассеиваемая на коллекторе, вт;

Рк.доп - допустимая мощность рассеивания на коллек­торе, Вт.


Для транзистора VT1


Для транзистора VT1



Зависимости относительной ча­стоты отказов полупро­водниковых приборов от изменения темпе­ратуры и коэффициента нагрузки показаны на рис. 3.

рис.3





Составляем таблицу режимов работы элементов схемы.


Таблица 3


Наименование элемента в схеме

Режим работы

Кн

t

λ - характеристика

с учётом условий эксплуатации λi=α*λосх10 -6

фактический

по ТУ

номинальное значение (λос)

(α)

Транзисторы

 

 

 

 

 

 

 

VT1

20мВт

100мВт

0,20

50

0,29

0,63

0,183

VT2

22мВт

100мВт

0,22

50

0,29

0,63

0,203

Диод

 

 

 

 

 

 

 

VD1

100мА

300мА

0,33

50

0,05

0,8

0,04

Конденсаторы

 

 

 

 

 

 

 

C1

1,5В

10В

0,15

40

0,05

0,17

0,008

C2

7,5В

10В

0,75

40

0,05

0,61

0,03

C3

16В

0,56

40

0,05

0,39

0,019

Резистор

 

 

 

 

 

 

 

R1

12мВт

125мВт

0,096

40

0,04

0,44

0,017

Реле

 

 

 

 

 

 

 

К1

133мВт

360мВт

0,37

40

0,07

0,59

0,04




3.3 Расчет итоговых параметров


3.3.1 Суммарная частота отказов изделия


Суммарная частота отказов изделия с учетом условий эксплуатации определяется на основании данных таблиц 3-5 и равна:

, (6)

где : - значение частоты отказов i-го элемента, запи­санное в восьмом столбце табл. 3;

n - число элементов блока, включенных в структур­ную схему для расчета надежности.

Кам - коэффициент, учитывающий наличие амортизации аппаратуры (Кам=0,85 при наличии амортизации, Кам=1 без амортизации);

Кк.обсл - коэффициент качества обслуживания аппаратуры (Кк.обсл =1 для бытовой РЭА; Кк.обсл=0,5 для РЭА производственно-технического назначения);





= 0,183 + 0,203 + 0,04 + 0,08 + 0,03 + 0,019 + 0,017 + 0,04 = 0,54 *10-6


3.3.2 Среднее время безаварийной работы


Среднее время безаварийной работы определяется из выражения семь и измеряется в часах.

, (7)



3.3.3 Вероят­ность безаварийной работы


Рассчитываем вероят­ность безаварийной работы, т. е. наступление нуля от­казов за время t3=10000 часов (для k=0)

(8)

Приведенное соотношение позволяет определить ве­роятность того, что аппаратура проработает безотказно в течение времени t3. При этом под отказом понимается выход любого параметра за пределы, предусмотренные в технических условиях.


















Заключение.


Расчет параметров устройства сенсорного выключателя показал, что это устройство, относящееся к бытовой аппаратуре и построенное по схеме без резервирования, обладает высокими общими параметрами надёжности. Среднее время безаварийной работы устройства составляет примерно 1851850 часов. Вероят­ность безаварийной работы сенсорного выключателя, т. е. наступление нуля от­казов за 10000 часов равен 99,46%.






































Список используемой литературы


1. Фомин А.В., Умрихин О.Н. Анализ электрической нагрузки элементов при оценке надежности интегральных радиоэлектронных устройств. М. МАИ 1994г.

2. Фомин А.В., Умрихин О.Н. Методы оценки и оптимизации конструкторско-технологических характеристик качества микроэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры. – М.: МАИ 1989г.

3. Расчёт и конструирование радиоаппаратуры - «В.Ш.», Г.Д. Фрумкин.

4. Справочник «Полупроводниковые приборы: транзисторы» - «энергоиздат»

5. Справочник «Полупроводниковые приборы: диоды, тринисторы, оптоэлектронные приборы» - «энергоиздат».























Случайные файлы

Файл
17996.rtf
99671.rtf
162228.rtf
116092.rtf
114243.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.