3.3.3 Раздел «Конструкторские расчёты»

Данный раздел состоит из двух расчётов: расчёта показателей безотказности и оценки виброустойчивости модуля.

1. 
   Расчёт показателей безотказности
   

Надежность - свойства аппаратуры сохранять свои выходные параметры в определенных условиях эксплуатации. Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации.

Надежность является комплексным свойством, которое обуславливается безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

К основным показателям надежности относится безотказность, определяемая тремя числовыми характеристиками: вероятностью безотказной работы Р(t), интенсивностью отказов λ(t), средним временем безотказной работы T_ср.

Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не произойдет ни одного отказа.

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации. Для расчета надежности необходимо иметь логическую модель безотказной работы системы. При ее составлении предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и система могут находиться в одном из 2-х состояний: работоспособном и неработоспособном. Элемент, при отказе которого отказывает вся система, считается последовательно соединенным; а элемент, отказ которого не приводит к отказу системы, считается включенным последовательно на логической схеме надежности.

Расчет надежности можно производить по внезапным и по постепенным отказам. При конструировании в данном проекте расчет следует проводить по внезапным отказам.

Определяется интенсивность потока отказов элементов с учетом условий эксплуатации изделия:
λ = λ0i * k1 * k2 * k3 * k4 * ai(T,kn), (3.1)

где λ0i- номинальная интенсивность потока отказов;

---

k1, k2 - поправочные коэффициенты, зависящие от воздействия механических факторов;

k3 - поправочный коэффициент, зависящий от воздействия влажности и температуры;

k4 - поправочный коэффициент, зависящий от давления воздуха;

аi(Т,kn) - поправочный коэффициент, зависящий от температуры поверхности элемента и коэффициента загрузки.

Так как расчет надежности блока ведется на этапе технического проектирования, то значения всех поправочных коэффициентов еще не определены. Поэтому можно воспользоваться полученными из опыта эксплуатации значениями обобщенных эксплуатационных коэффициентов, учитывающих все условия эксплуатации. Эти коэффициенты приведены в табл. 5.5 [21] Для наземных стационарных условий К=2.5.

Для последовательного соединения элементов на структурной схеме надежности вероятность безотказной работы составит:

(3.2)

где n - количество элементов

tp- расчётное время

Интенсивность отказов системы составит

(3.3)

Где λi-интенсивность отказов i-го элемента

Среднее время наработки на отказ :

(3.4)

Если разрабатываемый узел не имеет резервных элементов и при отказе любого элемента узла производится полная замена платы (это будет обходиться дешевле, чем поиск неисправности и замена отказавшего элемента), то получается не резервированная невосстанавливаемая система. Т.к. все элементы платы являются практически необходимыми для функционирования устройства, то получается последовательная структурная схема надежности.

Ниже приведён пример расчёта.

Пусть устройство состоит из элементов, которые приведены в таблице 3.3.


Таблица 3.3

Наименование элементов	Количество, шт.	Интенсивность потока отказов, 10-6 , 1/ час
Резистор	6	0,24
Конденсатор	8	0,15
Транзистор	1	0,5
Диод	4	0,4
Светодиод	1	0,1
Плата	1	0,7
Разъём	1	0,3
Соединение пайкой	53	0,01

---

По формуле (3.3) определяем интенсивность отказов системы
λ_∑=(6*0,24+8*0,15+1*0,5+4*0,4+0,1+0,7+0,3+53*0,01)*

*10^-6=6,37*10^-6 1/ч

Определим интенсивность потока отказов элементов с учетом условий эксплуатации изделия λ_∑уэ по формуле (1), учитывая, что для нашего случая

k1 * k2 * k3 * k4 * ai(T,kn)= К=2,5

Тогда

λ_∑уэ = λ_∑*К=6,37*2,5*10^-6=15,9*10^-6 1/ч

По формуле (3.4) определяем среднее время наработки на отказ

Т=1/ λ_∑уэ =1/230*10^-6 =0,06*10⁶= 60000 ч

По формуле (3.2) определяем вероятность безотказной работы устройства за t_p =10000 ч.

P(t)=exp(-λ_∑уэ*t_p)=exp(-15,9*10^-6*10000)=0,85

Таким образом, проектируемое устройство на этапе технического проектирования имеет следующие показатели безотказности:

Т=40000 ч, P(t)= 0,85

2. 
   Оценка показателей виброустойчивости
   

Виброустойчивость модуля определяется его собственной частотой (Гц), определяемой по формуле (3.5):
, (3.5)
где а – длина пластины, см;

h – толщина пластины, см;

с – частотная постоянная.

Для выполнения условия виброустойчивости необходимо, чтобы собственная резонансная частота модуля была минимум в 5 раз выше частоты возможной внешней возмущающей силы для исключения возникновения резонанса.

Значения частотной постоянной в зависимости от варианта закрепления и от отношения длин сторон платы определяются по таблице 4.1 [14].

В качестве варианта установки разрабатываемого узла, если нет специальных требований, можно использовать вариант установки путем закрепления винтами по углам. Схема закрепления платы приведена на рисунке 2.


Рис. 2. Вид закрепления платы
Допустим, имеет отношение длин сторон а/b=1,0. Тогда по таблице 4.1 [14] частотная постоянная с=86.

Формула (3.5) используется для расчёта стальных ненагруженных пластин. Если пластина изготовлена не из стали, а из другого материала, то в формулу вводится поправочный коэффициент на материал:

---

, (3.6)
где Е_СФ и ρ_СФ - модуль упругости (3.45×10⁵ кг/см²) и плотность (1,85 г/см³) стеклотекстолита фольгированного (если выбран этот материал); Е_с и ρ_c - модуль упругости (21*10⁵ кг/см²) и плотность (7,35 г/см³) стали.

Тогда К_м=0,69.

Если пластина равномерно нагружена, то вводится поправочный коэффициент на массу элементов:
, (3.7)

где М_Э – масса элементов, равномерно размещенных на пластине. Для примера допустим, она равна 19.9 г

Массу непосредственно печатной платы рассчитаем по формуле:

 , (3.8)

где r – плотность материала, (стеклотекстолит r=1850 кг/м³);

V – объем платы, м³.

Объем печатной платы рассчитаем с учетом четырех базовых отверстий, служащих для ее крепления к направляющим блока.

Пусть выбран диаметр отверстий 2 мм в соответствии с ГОСТ 10317—79, а габариты платы имеют приведённые ниже значения.

Тогда

 , (3.9)

где а – длина платы, 0,056 м;

b – ширина платы, 0,056 м;

h – толщина платы, 0,002 м;

r –радиус базовых отверстий, 0,002 м;

n – количество отверстий.

V_пл.= 0.056*0.056*0.002-4*(3.14*0.00004*0.002)=0.0000061 м³

М_П =1850*0.00061=0.0116 кг=11.6 г
Тогда по (3.7) К_мас=1/1.65=0.6

Таким образом, формулу для определения собственной частоты колебаний равномерно нагруженной пластины можно записать в следующем виде:

---

=0,6*0,69*86*200000/43,8²=3711 Гц
При подстановке данных в формулу (3.7) собственная резонансная частота для данного гипотетического примера составит f_c=3711 Гц. Допустим, возможная верхняя частота из технического задания равна 15 Гц. Так как собственная резонансная частота модуля в 247 раз превышает внешнюю возможную частоту, то вероятность выполнения условия резонанса исключена, а следовательно, условие виброустойчивости выполнено.
4. Брошюровка материалов курсового проекта

Для брошюровки курсового проекта рекомендуется использовать специальные папки или обычный скоросшиватель.

Брошюровка пояснительной записки в скоросшиватель производится в следующей последовательности:

• 
  титульный лист (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 3);
  
• 
  техническое задание на курсовое проектирование (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 1);
  
• 
  лист “СОДЕРЖАНИЕ” пояснительной записки см. ПРИЛОЖЕНИЕ 4);
  
• 
  листы с текстом пояснительной записки (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 2);
  
• 
  все приложения к курсовому проекту в соответствии с их номерами.
  

5. Рекомендуемая литература

Для успешной работы над курсовым проектом студентам рекомендуется использовать следующую литературу:

1. 
   ГОСТ 2.701-89 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. М., 1989. 8 с.
   
2. 
   ГОСТ 2.702-91 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем. М., 1991. 16 с.
   
3. 
   ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. М., 1981. 15 с.
   
4. 
   ГОСТ 2.710-89 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. М., 1989. 20 с.
   
5. 
   ГОСТ 10317-79. Платы печатные. Основные размеры. М., 1985. 3 с.
   
6. 
   ГОСТ 23751-86. Платы печатные. Основные параметры конструкции. М., 1986. 11 с.
   
7. 
   ГОСТ 2.417-91. ЕСКД. Правила выполнения чертежей печатных плат. М., 1989. 41 с.
   
8. 
   ГОСТ 25346-89. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений. М., 1991. 41 с.
   
9. 
   ГОСТ 3.1118-82. ЕСКД. Формы и правила оформления маршрутных карт. М., 1988. 20 с.
   
10. 
    ГОСТ 7.32-91. Отчет по научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. М., 1991. C. 18.
    
11. 
    Г.Ф. Баканов, С.С. Соколов. Конструирование и производство радиоаппаратуры. – М.: Академия, 2014. – 384
    

---

Смотрите также файлы

• Практическое занятие 23.docx

• Средство индивидуальной защиты шланговый противогаз.docx

• Девчонка запала в душу, в душу разгильдяя пацана.docx

• Абразив материалдар тралы жалпы мліметтер.docx

• Особенности проектирование нежестких дорожных одежд.doc