Vуст1=8,0;

Vуст2=19,2;

Vуст3=6697,5;

Vуст4=242,0;

Vуст5=80,0;

Vуст6=144,0;

Vуст7=1620,0;

Vуст8=6750,0;

в) Рассчитаем объемную массу устройства g, г/см3;

(3)

где: MЭi – масса i–го элемента, г;

MЭ1=2,30;

MЭ2=2,10;

MЭ3=1,90;

MЭ4=1,80;

MЭ5=1,57;

MЭ6=1,50;

MЭ7=8,00;

MЭ8=8,30;

Исходя из сделанных расчетов, можно считать, что устройство разработано корректно.

4.2 Расчет параметров электрических соединений

Для изготовления печатной платы применяем стеклотекстолит СФ-1-35 ГОСТ 10376-78.

Поскольку в схеме применяются поверхностно монтируемые компоненты (ЧИП - компоненты), то выбираем четвертый класс точности изготовления.

а) Определим минимальную ширину печатного проводника bmin1, мм:

(4)

где: Imax – максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках, А;

Imax = 0,5 (исходя из анализа схемы электрической принципиальной);

jдоп – допустимая плотность тока, А/мм2;

jдоп=20 (для проводников толщиной 35 мкм, полученных комбинированным методом);

t – толщина проводника;

t=0,035;

.

б) Определим минимальную ширину проводника исходя из допустимого падения напряжения bmin2, мм по формуле:

(5)

где: r - удельное объемное сопротивление, для плат изготовленных комбинированным методом, Ом´мм2/м;

r=0.05;

l – длинна проводника, м;

l=0.33;

Uдоп – допустимое падение напряжения, В;

Uдоп=0,5;

в) Определим номинальное значение диаметров монтажных отверстий d, мм по формуле:

(6)

где: dэ – максимальный диаметр вывода устанавливаемого элемента, мм;

dэ=1,4;

dно- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра, мм;

;

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода, мм;

r=0.1;

г) Определим максимальное значение диаметров монтажных отверстий , мм по формуле:

(7)

Исходя из данных расчетов, выбираем отверстие диаметром =1,7 мм.

д) Рассчитаем минимальный эффективный диаметр контактных площадок D1min, мм по формуле:

(8)

где:

 - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм;

=0,035;

 и  - допуски на расположение отверстий и контактных площадок, для плат изготовленных по четвертому классу точности;

=0.20;

=0.08;

е) Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки Dmin, мм по формуле:

(9)

где: hф - толщина фольги, мм;

hф=0,02;

ж) Рассчитаем максимальный диаметр контактной площадки Dmax, мм по формуле:

(10)

и) Определим минимальную ширину проводников bmin, мм по формуле:

(11)

где: =0.15, мм (для плат четвертого класса точности);

.

к) Определим минимальную ширину проводников bmin, мм по формуле:

(12)

Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

л) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой  определяется по формуле, мм:

(13)

где: L0 – расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;

L0=3,75;

 - допуск на расстояние и расположение проводников, мм;

=0.1;

м) Минимальное расстояние между двумя контактными площадками S2min, мм определяется по формуле:

(14)

н) Минимальное расстояние между двумя проводниками S3min, мм определяется по формуле:

(15)

В таблице 1 приведены параметры отверстия с диаметром 1,7 мм

Таблица 1 – диаметры отверстий

4.3 Расчет теплового режима

Исходными данными для проведения теплового расчета являются следующие величины:

а.             длинна блока L1=0.22 м;

б.            ширина блока L2=0.12 м;

в.             высота блока L3=0.02 м;

г.             коэффициент заполнения Кv=0.167;

д.            мощность, рассеиваемая в блоке P=9 Вт;

е.             давление вне корпуса блока Рн=101316 Па;

ж.           давление внутри корпуса блока Рв=101316 Па;

з.             мощность, рассеиваемая самым нагреваемым элементом Рэл=0.3 Вт;

и.            площадь элемента Sп=121 мм2;

к.             предельная температура на элементе Tэ.эл=393оК

л.             температура среды Тс=298оК;

м.           материал корпуса – алюминиевый сплав;

а) Площадь поверхности корпуса Sk, м2 вычислим по формуле:

(16)

б) Вычисляем условную поверхность нагретой зоны Sз, м2 по формуле:

(17)

в) Удельная мощность корпуса прибора qk , Вт/м2 вычисляется по формуле:

(18)

г) Удельная мощность нагретой зоны qз , Вт/м2 вычисляется по формуле:

(19)

д) Коэффициент Q1, зависящий от удельной мощности корпуса прибора, вычисляется по формуле:

(20)

е) Коэффициент Q2, зависящий от удельной мощности нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(21)

ж) Коэффициент Кн1, зависящий от давления воздуха вне корпуса прибора вычисляем по формуле:

(22)

и) Коэффициент Кн2, зависящий от давления воздуха внутри корпуса прибора вычисляем по формуле:

(23)

к) Нагрев корпуса прибора QK, оК вычисляется по формуле:

л) Перегрев нагретой зоны Qз, оК:

м) Средний перегрев воздуха в блоке Qв, оК:

н) Удельная мощность элемента qэл, Вт/мм2температуру которого нужно определить

п) Перегрев поверхности элемента Qэл, оК:

 (27)

р) Перегрев окружающей среды элемента Qэл, оК:

 (27)

с) Температура корпуса прибора Тк, оК:

 (28)

т) Температура воздуха в приборе Тв, оК:

 (29)

у) Температура нагретой зоны Тз, оК

ф) Температуру корпуса микросхемы Тэл, оК:

Для нормального функционирования элементов устройства их температура не должна быть выше, оговоренной в ТУ. Это касается и материалов корпуса, а также элементов крепежа. Поверим соблюдение условий по формулам:

 (32)

 (33)

 (34)

 (35)

Подставляя значения в формулы 32 – 35 получаем:

 (32)

 (33)

 (34)

 (35)

Анализируя полученные данные, делаем вывод, что в нашем устройстве тепловые режимы не нарушат работоспособность изделия.

4.4 Расчет на механическое воздействие

Произведем оценку вибропрочности платы. Плата закреплена практически по всей площади. Данные для расчета следующие:

длина печатной платы 0.22 м;

ширина печатной платы 0.12 м;

толщина печатной платы 0.2 м;

коэффициент Пуасона 0.28;

масса печатной платы с элементами 300 г;

модуль упругости 3.2·1010 Н/м2;

возмущающая частота 30 Гц;

дикримент затухания материала 300;

виброускорение 19.6 м/с2.

а) Рассчитаем собственную частоту платы:

(36)

где: a - ширина печатной платы,

b - длина печатной платы,

М- масса печатного узла,

Д- цилиндрическая жесткость.

(37)

где: E – модуль упругости,

h – толщина платы,

V – коэффициент Пуансона,

Проверяем условие:

f0>>f

245.477>>30

условие выполняется.

б) Рассчитаем максимальный прогиб печатной платы по формулам:

(38)

где:  - амплитуда вибросмещения основания

 - коэффициент передачи по ускорению

 (39)

где: a0(f) – виброускорение

 (40)

где:  - коэффициент расстройки

e - показатель затухания

К1, К2 – коэффициенты зависящие от закрепления платы

К1=1,2, К2=1,2

 (41)

 (42)

где: f - частота возмущения,

 - дискримент затухания,

в) Определим допустимый прогиб печатной платы с радиоэлементами по формуле:

 (43)

где: b – размер стороны печатной платы параллельно которой установлено большинство элементов:

Проверим выполнение условия:

Условие выполняется, дополнительных элементов для уменьшения механического воздействия не требуется.

4.5 Расчёт надёжности

а) Вычислим значение суммарной интенсивности отказов элементов устройства:

 (44)

где - средне групповое значение интенсивности отказов элементов j,

nj - количество элементов в j группе,

kHj – коэффициент нагрузки элементов в j группе,

k – число сформированных групп однотипных элементов.

С использования обобщенного эксплуатационного коэффициента выполним приближенный расчет электрических режимов и условий эксплуатации элементов все нужные значения находятся в таблице 2:

 (45)

где КЭ- обобщенный эксплуатационный коэффициент.

Для стационарной аппаратуры, работающей на открытом воздухе КЭ=2,5

Таблица 2 – параметры элементов

С учетом обобщенного эксплуатационного коэффициента:

б) Рассчитаем время наработки на отказ по формуле:

 (46)

в) Рассчитаем вероятность безотказной работы за время t0 ,

t0 =30000 ч.

 (47)

Расчет показал, что рассчитанная надежность больше, чем заданная.

4.6 Расчет показателей качества

а) Коэффициент применяемости деталей:

 (48)

где: NТ ор =2 – число типоразмеров оригинальных деталей в изделии,

NT=3 – общее число типоразмеров деталей в изделии, без учета нормализованного крепежа:

б) Коэффициент применяемости электро радиоэлементов:

 (49)

где: - количество типоразмеров оригинальных радиоэлементов в изделии

- общее количество типоразмеров радиоэлементов в изделии.

в) Коэффициент повторяемости деталей и узлов:

 (50)

где NТ =3 – количество типоразмеров деталей,

ЕТ=1 – количество типоразмеров узлов,

Nд =4 – общее число деталей,

Е=1 – общее число узлов.

г) Коэффициент повторяемости радиоэлементов:

 (51)

где NТэрэ=6 – количество типоразмеров радиоэлементов,

Nэрэ=71 – общее количество радиоэлементов,

д) Определим коэффициент механизации подготовки радиоэлементов к монтажу:

 (52)

где Nмпэрэ=10 – число радиоэлементов, подготовленных к монтажу механизированным способом,

Nмэрэ=71 – число монтажных радиоэлементов

е) Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия:

 (53)

где Nав =230 – число соединений, полученных автоматизированным способом,

Nм =266 – общее число монтажных соединений,

ж) Определим комплексный показатель технологичности:

 (54)

где Ki – i-й показатель качества,

Фi – функция, характеризующая весовую значимость i-го показателя качества,

и) Рассчитаем нормативный комплексный показатель:

 (55)

где Ka – комплексный показатель изделия аналога

Ka=0.85,

Kсл – коэффициент сложности нового изделия по сравнению с изделием аналогом

Kсл=0.89,

Kту – коэффициент учитывающий изменения технического уровня основного производства завода- изготовителя нового изделия по отношению к заводу- изготовителю изделия аналога

Kту =0.82,

Kот, Kоп – коэффициент, учитывающий применение уровня организации производства и труда завода изготовителя нового изделия по отношению к заводу - изготовителю изделия аналога,

Kот=0.95,

Kоп=0.91,

Kпр – коэффициент учитывающий изменения типа производства (отношение коэффициента серийности нового изделия к тому же коэффициенту по изделию аналогу),

Kпр=0.7,

к) Определим технологичность изделия:

 (56)

Так как К>1, то изделие технологично.

Выводы и заключения

Разработано устройство «Эквалайзер с активными фильтрами».

В процессе разработки были произведены необходимые расчёты такие как: конструкторские расчёты, электрических соединений, теплового режима, расчёт на механические воздействия, показателей качества, надёжности, подтверждающие что устройство разработано корректно.

Чертежи и пояснительная записка выполнены в соответствии со стандартами ЕСКД.

Литература

1.    Tehnium, 1991, N 5, pag. 8-10. “Эквалайзеры” - РАДИО № 12, 1991 г.

2.    Арзуманов С. “Электронная обработка гитарного сигнала” – http:/www.guitar.ru

3.    “Выдержки из ГОСТа по оформлению текстовых документов ГОСТ 2.105—95” – http:/www.standards.ru

4.    КОЗЛОВА. “Графический эквалайзер” - Радио, 1988г.

5.    “Несущие конструкции РЭА” – под редакцией Овсищера.

6.    “Разработка и оформление конструкторской документации РЭА” – под редакцией Романычевой Э.Т. Москва “Радио и связь” 1989г.

7.    Уваров А. “P-CAD, ACCEL EDA. Конструирование печатных плат. Учебный курс.” – Санкт-Петербург “Питер”, 2001г.

Страницы: 1, 2, 3