Площадь, заполняемая элементами составляет 822 мм2.

При коэффициенте заполнения печатной платы 0,4, площадь ПП будет равна 822/0,4 = 2055 мм2.

В данной плате при разработке ширина составила 50 мм. Расчетная ширина платы 2055/ 50 = 41 мм. Данная плата конструктивно не нуждается в размерах намного меньше, чем 50х70. При проектировании печатной платы для наиболее удобного расположения элементов и отверстий выводов и отверстий крепления для лучшей ремонтопригодности и облегчения сборки, плата получилась с размерами 50х60.

Коэффициент заполнения печатной платы в таком случае: 822 / (50х60) = 0,27

3.3.3 Проектирование печатной платы индикатора

Данная плата полностью зависит от внешней компоновки, и её нужно сделать максимально меньшей. Для этого при проектировании было принято такое решение: будет осуществляться двухсторонний монтаж, светодиоды со стороны рисунка и этой стороной плата будет устанавливаться в переднюю панель таким образом, чтоб светодиоды стали в нужные отверстия; а остальные элементы устанавливаются стандартно, с другой стороны. Самым большим элементом на плате является микросхема, а при данной компоновке есть возможность наложить светодиоды на микросхему, при этом проводящий рисунок упроститься и габариты заметно уменьшатся. Эта плата выбирается 2-го класса точности для того, чтобы было возможно координатную сетку сделать с шагом 1,25 мм, и проводить проводники между двумя соседними отверстиями на расстоянии 2,5 мм.

Размеры данной печатной платы 30х60 мм.

3.3.4 Проектирование печатной платы регулировок

Данная плата используется исключительно для того, чтобы закрепить на передней панели включатели входов, индикаторы включения входов, и индикаторы баланса. В нее устанавливаются резисторы громкости и баланса. При разработке этой печатной платы было необходимо увеличить класс точности до 2-го для того, чтобы проводить рисунок по координатной сетке с шагом 1,25 мм

Так как плата полностью зависит от внешней компоновки, принимаем размеры 125х50.

3.3.5 Расчет проводящего рисунка

Расчет ширины дорожек.

Ширина дорожек зависит от максимального тока, проходящего в блоке.

Максимальная нагрузка в блоке 20 Ом (подключенные наушники). Максимальное выходное напряжение составляет 2 В. Ток проходящий в блоке будет равен:

I=U/R=2 / 20 = 0,1 А.

Если учитывать потребление светодиодов и потеря на тепло, можно принять ток, проходящий в блоке 0,2.

Толщину проводящего слоя принимаем 0,35 мкм.

Ширина дорожек считается по формуле I = а*b*с, где

а – 15 А/мм

b – толщина фольги печатной платы

с – ширина дорожек

с1 = I / (a*b) = 0,2 / (15 *0,035) = 0,38

Принимаем ширину дорожек 0,75 для первого класса точности и 0,45 для второго. Это обеспечивает запас по току и простоту изготовления.

Запас по току будет равен:

При первом классе К=с/с1 = 0,75 / 0,38 = 1,9

При втором классе К=с/с1 = 0,45 / 0,38 = 1,1

где с – принятая ширина дорожек

с1 – расчетная ширина дорожек.

При первом классе точности и шаге координатной сетке с шагом 2,5 мм, минимальное расстояние между дорожками будет равно 2,5 – 0,75 = 1,75 мм.

При втором классе точности и шаге координатной сетке с шагом 1,25 мм, минимальное расстояние между дорожками будет равно 1,25 – 0,45 = 0,8 мм

При таких параметрах при сборке нет потребности в монтажнике высокого разряда.

3.3.6 Расчет диаметра контактных площадок

Расчет диаметра контактных площадок проводим в соответствии с принятой шириной дорожек. Для установки элементов на плату используется два номинала отверстий. 1,5 мм – отверстия для установки переменных резисторов на плате А4 и 0,8 для остальных элементов.

Диаметр контактных площадок рассчитывается по формуле:

d к.м. = d отв. + (2*b)+c, где

d к.м – диаметр контактных площадок, мм

d отв. – диаметр отверстий, мм

b – минимальная радиальная толщина контактной площадки

Для плат 1-го класса точности b = 0,1 c = 0,4…0,6.

При диаметре отверстия 0,8 мм контактная площадка будет:

d к.м. = d отв. + (2*b)+c = 0,8 + (2*0,1)+0,5 = 1,5 мм

При диаметре отверстия 3 мм контактная площадка будет:

d к.м. = d отв. + (2*b)+c = 1,5 + (2*0,1)+0,5 = 2,2 мм

Этот номинал площадки будет использоваться только на одной регулировочной плате для крепления переменных резисторов.

Из-за того, что у меня в платах со вторым класом точности контактные площадки находятся на расстоянии минимум 2,5 мм, то так же принимаем диаметр контактных площадок 1,5 мм.

3.3.7 Расчет узкого места

Привожу расчет для плат первого класса точности.

Проведение проводников в узком месте предусматривают прокладку проводников между двумя контактными площадками или отверстиями.

Производим расчет на возможность проведения дорожки между выводами микросхемы.

Расчет ведем по формуле:

l ≥ ((d1+d2) / 2) + 2*δ + t + 2*b + k*n + c =

= 0,8 + 2*0,75 + 0,75 + 2*0,1 + 0,4 = 3,65

где d1, d2 – диаметр отверстий контактных площадок, мм

1 – расстояние между центрами двух соседних отверстий, мм

t – ширина проводников, которые будут проходить в узком месте, мм

n – количество проводников, которые проходят в узком месте

δ – расстояние от проводника до контактной площадки, или радиального пояска, мм

к – технологичный коэффициент

b – минимальный радиальный поясок контактной площадки, мм

По данным видно, что полученное значение больше чем расстояние между центрами двух соседних отверстий. Поэтому проведение дорожки между выводами микросхемы невозможно при первом классе точности печатной платы.

3.3.8 Расчет функционального узла

В этом разделе производится расчет цепи светодиодов на плате стерео индикатора (А3).

Рисунок 3.1

Исходные данные для расчета:

– ток потребления светодиодов 10 мА

-                      напряжение питания светодиодов 1,5 мм

-                      напряжение питания схемы 12 В

Для включении светодиода на выводах микросхемы 10…14 появляется логический «0», что соответствует замыканию на корпус.

Рисунок 3.2

Падение напряжения на светодиоде равно 1,5 В, тогда падение напряжение на резисторе должно быть 12 В – 1,5 В = 10,5 В.

Ток в цепи 10 мА, поэтому сопротивление резистора будет равно:

R=U/I = 10,5 / 10*10-3 = 1 кОм.

В цепи R1 подключено параллельно 5 диодов. Они будут включатся от 1-го до 5-ти одновременно, поэтому номинал резистора принимаем тоже 1 кОм, но когда будут гореть все светодиоды, то яркость свечения каждого будет немного меньше.

3.4 Компоновка прибора

3.4.1 Внутренняя компоновка прибора

Устройство состоит из основания и передней панели. Плата эквалайзеров устанавливается под регулировочными резисторами горизонтально, плата эффектов устанавливается горизонтально на переднюю панель элементами вверх, плата индикации устанавливается на переднюю панель светодиодами вверх так, чтобы они вошли в нужные отверстия на передней панели. Плата регулировок устанавливается вместе с резисторами на переднюю панель, и не закрепляется ничем, кроме резисторов. Остальные платы закрепляются винтами М3х6 ГОСТ 17473–80. Контакт между блоками осуществляется с помощью гибких проводников.

Внутренняя компоновка представлена на рисунке 3.1

3.4.2 Внешняя компоновка

Устройство представляет собой параллелепипед с наклонной верхней стороной, которая служит передней панелью. Это сделано для удобства регулирования и лучшей видимости надписей на панели.

Расстановка органов управления сделана так, как на большинстве микшерных пультов современного стандарта. Управление входом расположены горизонтально и управление другими входами расположены параллельно.

Расположение органов управления.

Первым снизу расположены регулировка громкости и включатель входа, выше расположена регулировка баланса, еще выше расположены 5 регулировок эквалайзера внизу низкие частоты, выше – высокие.

И во входах 1..3 еще выше есть регулировка чувствительности. Эта компоновка относится ко всем входам и выходу.

Регулировки эффектов расположены справа тоже в 2 столбика по 4. Справа правый канал, слева – левый.

Индикаторы сигнала расположены в правом верхнем углу для лучшей видимости, представляет собой 2 столбика из 6-ти светодиодов. Нижние показывают питание устройства, а 5 верхних – величину сигнала на выходе. Для лучшего восприятия верхний светодиод – красный, говорит о том, что сигнал опасно высокого уровня, и следует уменьшить громкость, второй снизу – желтый, граница нормального сигнала и высокого.

Крышка крепится к основанию 4-мя винтами. М3х6 ГОСТ 17437.

На основание снизу крепятся 4 резиновых ножки винтами М3х6 ГОСТ 17437 для лучшей устойчивости и амортизации.

Устройство мало и имеет небольшой вес, что очень удобно при использовании.

Внешняя компоновка приведена на рисунке 3.2. На рисунке 3.3 показана компоновка с боковой стороны, чтобы показать расположение плат относительно передней панели.

Устройство имеет вес примерно 400 г. что соответствует ТЗ и говорит о правильной компоновке.

3.5 Расчет надежности

Надежность – это свойство изделия выполнять свои функции при заданных условиях эксплуатации. Надежность изделия зависит от количества и качества элементов, которые входят в его состав, а так же качества изделия и соблюдения уровня эксплуатации.

Расчет надежности ведем упрощенно, определяя среднюю наработку на отказ и возможность безотказной работы на протяжении заданного интервала времени.

Необходимые данные по интенсивности отказов элементов схемы заносим в таблицу 3.10.

Таблица 3.10

Суммарная средняя интенсивность отказа λ = 28,125 * 10-6

Средняя наработка на отказ будет равна

1 / λ = 1 / 28,125 * 10-6 = 0,03 * 106 = 35 тыс. часов.

Определяем вероятность безотказной работы на участке времени, результаты заносим с таблицу 3.11. Считается по формуле Р(t) = e-λt.

Таблица 3.11

По данным таблицы строим график безотказности работы на отрезке времени, рисунок 3.4.

Рисунок 3.4

Так как для данного устройства полученная наработка на отказ подходит, и устройство надежно, то замена в элементной базе не нужна.

Устройство может работать беспрерывно почти 4 года. Но так как устройство предназначено для индивидуального использования или озвучке концертов, и устройство в основном будет включатся на 3–4 часа, и возможно не каждый день, то устройство сохраняет работоспособность 20–30 лет. Что подходит для данного типа устройства.

3.6 Технико-экономический анализ конструкции

3.6.1 показатели качества конструкции

1.          Объем внутренних элементов прибора.

Включает в себя объем деталей, расположенных внутри корпуса и объема габаритных объемов печатных плат.

Внутри корпуса располагаются такие элементы:

– Переменные резисторы с внутренними габаритами 10х10х15, 41 шт. 12 шт. регулировок громкости и баланса не учитываются в связи с тем, что они находится в пределах печатной платы регулировок. Объем резисторов:

(10х10х15) х38 = 61,5 см2.

– Разъемы габаритами 20х20х25, 13 шт. Объем:

(20х20х15) х13 = 78 см2

В корпусе установлены такие печатные платы с габаритами:

– Плата эквалайзеров (А1) 165х70х12

– Плата эффектов (А2) 60х50х12

– Плата индикации (А3) 30х60х12

– Плата регулировок (А4) 165х45х12

Суммарный объем будет равен:

138,6 см2 + 36 см2 + 21,6 см2 + 89,1 см2 = 285,3 см2

2.          Объем корпуса

Прибор представляет устройство нестандартной формы. Ширина и длинна прибора равны 21х25. Высота в передней части равна 20 мм, в задней 30. Так как высота изменяется линейно, то чтобы подсчитать объем, нужно взять среднее значение: 25 мм.

21х25х2,5 = 1312,5 см2.

3.          Коэффициент заполнения объема

Β = v / v1 = 285,3 / 1312,5 = 0,21

где v – объем деталей в корпусе.

v1 – объем корпуса.

4.          Коэффициент плотности прибора.

Kn = m/v1 = 400 / 1312.5 = 0,30 г./см2

где m – масса прибора

5.          Коэффициенты заполнения печатных плат.

Коэффициенты заполнения основных печатных плат подсчитаны в пунктах 2.3.1 и 2.3.2.

Коэффициент заполнения платы эквалайзеров составляет 0,21.

Коэффициент заполнения платы эффектов составляет 0,27.

3.6.2 Показатели технологичности конструкции

1.     Коэффициент использования типоразмеров отверстий на платах.

К0=Кт/Котв

где Кт – количество типоразмеров отверстий

Kотв – общее количество отверстий

Используется 3 типа отверстий:

3,6 мм – для крепления печатных плат

2 мм – для установки переменных резисторов на плату регулировок.

0,8 мм – для установки остальных элементов.

Отверстий: (4+414)+(2+88)+(2+52)+90 = 652 отверстия.

К0=Кт/Котв =3/652 = 0,004

2.     Коэффициент автоматизации.

Ка.м.= На.м./Нм

Где На.м. – количество соединений, которые можно осуществить автоматизированным методом.

Нм – общее число монтажных соединений.

Автоматизировано можно осуществить соединения, которые находятся на платах. Это 652 (число отверстий) – 8 (число отверстий для установки плат) = 644 соединения. Соединения за платами – это соединения переменных резисторов 3*38 = 114, соединения разъемов 3х3 + 4х2 + 2х3 + 4х2 = =31, и соединения на выключатель питания и разъем питания 4 шт.

Итого общее количество монтажных соединений:

114 + 31 + 4 + 644 = 793.

Ка.м.= На.м./Нм = 644 / 793 = 0,81

3.     Коэффициент прогрессивности формирования.

Кф = Дпр / Д = 10/10 = 1

где Дпр – количество деталей устройства, изготовленные прогрессивными методами (штамповка, прессование, литье, сварка, пайка)

Д – общее число деталей

4.     Коэффициент использования типовых технологических процессов.

Ктп = Нтп / Нп = 11/11 = 1

где Нтп – количество типовых технологических процессов.

Нп – общее число технологических процессов.

4. Технологическое проектирование

4.1 Обоснование выбора типа технологического процесса

Технологические процесс выбираем исходя из структуры изделия, которая показана на рисунке 4.1.

Так, как программа выпуска 1000 штук, можно определить что производство должно быть серийным. Оно характеризуется ограниченной номенклатуры изделий партиями, которые повторяются через определенные промежутки времени на рабочих местах с широкой специализацией.

Обоснование выбора типа технологического процесса необходимо производить на основе структурной схемы сборки. Из рисунка видно, что устройство собирается по типовому технологическому процессу сборки веерного типа.

При разработке схемы технологического процесса нужно стремится к максимальной типизации. Выбираем типичный технологический процесс сборки и монтажа узла печатной платы.

4.2 Выбор оборудования

В соответствии с схемой технологического процесса, принимаем решение проводить сборку на поточной линии.

Принимаем, что для сборочных работ используем рабочих 3-го разряда.

Для монтажных операций – 4 разряд.

Трудоемкость операций сборки составляет 2,5 часа.

Трудоемкость операций монтажа составляет 2 часа.

Трудоемкость операций регулировки составляет 0,6 часа.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5