Разработка конструкции и технологии изготовления модуля управления временными параметрами (стр. 13 из 18)
- достаточная точность.
Основа точной штамповки - высокая культура эксплуатации штампов.
В соответствии с выбранным методом конструирования целесообразно выделить следующие основные функционально законченный узел - блок управления, выполняемый на отдельной печатной плате.
При данном разбиении схемы электрической принципиальной обеспечивается минимальное количество связей между узлами, высокая ремонтопригодность изделия, минимальные величины паразитных наводок, уменьшение габаритов изделия.
Компоновочные схемы блоков определяются количеством и видом составляющих элементов (дискретных радиодеталей, модульных узлов и микросхем) и их расположением. На компоновочные схемы блоков значительное влияние оказывают вспомогательные элементы (ручки, направляющие, фиксаторы, разъёмы и т.п.).
Разрабатываемая конструкция с выбранной внутренней компоновкой прибора отвечает требованиям производственной технологичности, обеспечивает высокую ремонтопригодность изделия и удобство в эксплуатации.
5.6 Защита конструкции устройства от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов
В процессе эксплуатации разрабатываемый модуль подвергается воздействию различных факторов, отрицательно влияющих на его надёжность. К ним относятся: нагрев и охлаждение, изменение давления, влажности, химического и биологического состава среды, попадание пыли и песка, находящихся в земной атмосфере, солнечная и искусственная радиация, вибрации и удары. Для повышения надёжности блока необходимо в той или иной степени защитить его от воздействия этих факторов.
5.6.1 Выбор способа теплозащиты
Способ охлаждения во многом определяет конструкцию РЭС. Поэтому уже на ранней стадии конструирования необходимо выбрать способ охлаждения блока, после чего можно приступить к предварительной проработке конструкции. Выбранный способ охлаждения должен обеспечить заданный по ТЗ тепловой режим блока.
Как уже было отмечено, устройство управления представляет собой разборную конструкцию; блок управления монтируется в пластмассовом корпусе. Таким образом, при рассмотрении вопросов теплового режима необходимо подходить ко всему электронному блоку в целом.
Для выбора способа охлаждения необходимы следующие исходные данные:
-суммарная мощность P, рассеиваемая в блоке; P= 3 Вт;
-диапазон возможного изменения температуры окружающей среды Тсmax,
Tcmin; из раздела 1 имеем: Tcmax=55°C, Tcmin=-25°C;
-пределы измерений давления окружающей среды Pmax, Pmin; из ранее сказанного имеем Pmax=106.7кПа, Pmin=84кПа;
-время непрерывной работы T; будем считать, что режим работы длительный, т. е. T велико;
-допустимые температуры элементов Ti;
-коэффициент заполнения блока Kv=0,5;
-размеры корпуса блока L1, L2, L3; размеры корпуса электронного блока согласно ТЗ: L1=100 мм, L2=120 мм, L3=125 мм.
Определим площадь условной поверхности теплообмена:
, (5.6.1)где L1, L2, L3- соответственно длина, ширина и высота блока;
Kv - коэффициент заполнения объёма корпуса.
За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:
(5.6.2)где P-суммарная мощность, рассеиваемая блоком с поверхности теплообмена;
Kp - коэффициент, учитывающий давление воздуха. Для указанного диапазона давлений; Kp=1.
Значит Lg q=Lg7,89=0,9
Вторым показателем служит минимально допустимый перегрев элементов в блоке:
dT=Ti min-Tc , (5.6.3)
где Ti min - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента;
Tc - температура окружающей среды. Для естественного охлаждения
Tc=Tc max (5.6.4)
Согласно данным, приведённым в подразделе, наименее теплостойкими элементами являются конденсаторы типа К50-6 и резисторы СП5-3. Для них Tmin=70°С.
Таким образом
dTc=70-40=30°C
Далее, используя график зависимости dTc=f(lgq), приведённый на рисунке 7.8 [17], выбираем предпочтительный способ охлаждения. Вся методика расчёта и рисунок взяты из [17].
Рассчитанным выше значениям lg q и dT соответствует область 1. Для данной области целесообразно применение естественного воздушного охлаждения. Таким образом, для охлаждения измерительного блока выбираем естественное воздушное охлаждение. Такое охлаждение является наиболее простым, надёжным и дешёвым способом охлаждения и осуществляется без затрат дополнительной энергии.
5.6.2 Выбор способа герметизации
Герметизация - обеспечение практической непроницаемости корпуса РЭС для жидкостей и газов с целью защиты его элементов и компонентов от влаги, плесневых грибов, пыли, песка, грязи и механических повреждений [20,21].
Различают индивидуальную, общую, частичную и полную герметизацию.
Часто РЭС располагают в разъёмном герметичном корпусе, который затем заполняют сухим воздухом или инертным газом, после чего корпус запаивается. При размещении РЭС в неразъёмном корпусе существенно затрудняется доступ к компонентам.
В соответствии с изложенным выше анализом климатических и дестабилизирующих факторов, делаем вывод, что для обеспечения нормальной работы блока измерения, выполнения всех требований ТЗ никаких работ по герметизации блока не требуется.
5.6.3 Выбор способа виброзащиты
Под вибрациями понимают механические колебательные процессы, оказывающие при соответствующих уровнях дестабилизации влияние на работу аппаратуры.
Вибропрочность - способность РЭС работать в условиях воздействия вибрационных нагрузок.
Виброустойчивость - способность конструкции противостоять разрушающему действию вибрации и продолжать нормально работать после устранения вибрационных нагрузок [14].
Виброизоляция - эффективный способ повышения надёжности РЭС, функционирующих в условиях механических воздействий. Энергия механических колебаний поглощается специальными приспособлениями-виброизоляторами.
Так как модуль эксплуатируется в стационарных условиях, то предполагаем, что для обеспечения виброзащиты достаточно применения опорных виброизоляторов.
5.6.4 Выбор способа экранирования
Экранированием называется локализация электромагнитной энергии в определённом пространстве за счёт ограничения её распространения всеми возможными способами [23].
Предложенное ранее разделение схемы электрической принципиальной позволяет в наибольшей степени обеспечить её надёжное функционирование.
Для экранировки от внешних магнитных полей блок заземляется.
Внутренний электрический монтаж между узлами блока выполнен гибкими монтажными проводами, сигнальные цепи - гибким проводом в экранирующей оплётке.
По цепям питания необходимо предусмотреть развязывающие фильтры.
Предполагаемые мероприятия по экранированию должны обеспечить надёжную работу измерительного блока.
Дополнительные требования к конструкции разрабатываемого блока могут быть скорректированы при последующем проектировании при проведении соответствующих расчётов[23].
5.6.5 Обеспечение электрической прочности
Проблема обеспечения электрической прочности ЭВА, особенно актуальна для элементов в интегральном исполнении и печатных плат, где зазоры между токоведущими дорожками малы и напряженность электрического поля может достигать больших значений при небольших напряжениях. Кроме того, пробивное напряжение снижается при повышении температуры диэлектрика, при сорбции влаги пылью и полимерными материалами.
Явление образования, под действием электрического поля проводящего канала в диэлектрике, называется электрическим пробоем. У твердых диэлектриков кроме пробоя по объему, возможен пробой по поверхности в окружающей среде. напряжение такого пробоя зависит от природы окружающей диэлектрик Среды, содержания влаги, формы проводников, наличия загрязнения на поверхности диэлектрика и наличия веществ, способных поглощать влагу(например, разнообразные пыли). Для повышения пробивного напряжения платы покрывают лаком, исключают острые углы при трассировке печатных проводников, производят сушку плат перед нанесением лака, следят за содержанием пыли и влаги в газовой среде технологических помещений, увеличивают пробивной промежуток благодаря установке дополнительных ребер (высоковольтных изоляторов).
Обеспечение электрической прочности тесно связано с проблемой влагозащиты. На выбор способа влагозащиты большое влияние оказывает объем производства.
6 Разработка технологических процессов
6.1 Оценка технологичность
Анализ устройства на технологичность проводится с целью проверки, насколько изделие обеспечивает следующие требования: максимальное использование в конструкции изделия стандартных, нормализованных и заимствованных деталей и узлов; механизацию и автоматизацию отдельных технологических операций и всего процесса в целом; применение наиболее прогрессивных методов выполнения заготовительных, сборочных и контрольных операций; обоснованное определение классов чистоты и точности изготовления деталей и узлов; минимальное количество применяемых марок и типоразмеров материалов; применение типовых технологических процессов; использование стандартной и нормализованной технологической оснастки и оборудования.
Анализ и отработка конструкции изделия на технологичность должны проводиться с учётом программы его выпуска и конкретных условий завода-изготовителя.
Для объективной оценки технологичности изделия вводятся показатели технологичности, состоящие из системы частных Кчi и комплексного показателей и предназначенные для задания конструктору требований технологичности при проектировании нового изделия, а также ее оценки до передачи конструкции в производство. Методика расчета технологичности для электронных узлов приведена в [**].