Разработка конструкции и технологии изготовления радиомикрофона

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине: «Основы конструирования и проектирования РЭС»

на тему:

Разработка конструкции и технологии изготовления радиомикрофона Оглавление

1. Техническое задание на разработку радиомикрофона

1.1 Наименование и область применения

1.2 Основание для разработки

1.3 Цель и задачи разработки

1.4 Источник разработки

1.5 Технические требования

1.6 Стадии разработки

1.7 Комплектность документации, порядок приёмки, сроки

2. Схемотехническая отработка конструкции

2.1 Описание принципа работы радиомикрофона.

2.2 Конструкторско-технологический анализ элементной базы

2.3 Разукрупнение схемы электрической принципиальной

3. Разработка конструкции радиомикрофона.

3.1 Обоснование компоновочной схемы радиомикрофона

3.2 Выбор системы охлаждения радиомикрофона

3.3 Выбор материалов конструкции

3.3.1 Выбор материала для основания печатной платы

3.4 Выбор материала для корпуса радиомикрофона

3.5 Разработка конструкции ФЯ

3.6 Разработка конструкции субблока

3.7 Описание конструкции субблока

4. Расчет показателей качества конструкции

4.1 Расчет среднеповерхностной температуры корпуса

4.2 Расчет среднеповерхностной температуры нагретой зоны

4.3 Расчет показателей вибропрочности конструкции

5. Качественная оценка технологичности конструкции

6. Количественная оценка технологичности конструкции

6.1 Расчет конструкторских показателей технологичности

6.2 Расчет производственных показателей технологичности

7. Комплексная оценка технологичности

8. Разработка технологической схемы сборки

9.

Заключение

Литература

1. Техническое задание на разработку радиомикрофона.

1.1 Наименование изделия и область применения Наименование изделия — радиомикрофон, используют для беспроводной передачи речевых сообщений.

Область применения: ведение коммерческой разведки, в качестве радио-няни.

1.2 Основание для разработки Основанием для разработки радиомикрофона служит задание по подготовке курсового проекта, выданного кафедрой 404 и утверждённое 14.09.2012 г.

1.3 Цель и задачи разработки Целью разработки является создание конструкторско-технологической документации на изготовление радиомикрофона.

Задачами разработки являются:

1) схемотехническая отработка конструкции;

2) разработка конструкции изделия;

3) расчет показателей качества;

4) расчет технологичности;

5) разработка технологической схемы сборки

1.4 Источники разработки Перечень литературных источников Разработка изделия производится на основе следующих литературных источников:

1) Журнал «Радио» — начинающим, стр. 54−55, № 1, 2012 г;

2) Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для ВУЗов;

3) Борисов, А. Назаров — Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию.

Конструкторские аналоги Разрабатываемый радиомикрофон беспроводной, поэтому при сравнении с проводными аналогами он удобнее в использовании.

1.5 Технические требования Состав изделия и требования к его конструкции Радиомикрофон состоит из:

— блока, в котором размещена ФЯ, состоящая из печатной платы и радиоэлементов расположенных на ней.

Параметры корпуса:

— габаритные размеры — диаметр не белее 40 мм, длина не более 100 мм. (100Ч d40);

— материал корпуса — алюминий;

— масса модуля не более 300 г.

Показатели назначения Изделие в заданных условиях эксплуатации должно обеспечивать следующие значение функциональных показателей:

— диапазон рабочих частот передачи — от 88…108 МГц;

— напряжение питания — 3В;

— ток потребления — 2,5 мА.

Требования к надёжности Вероятность безотказной работы изделия за 8 часов должна быть не ниже 0.99.

Среднее время наработки на отказ изделия должно быть не менее 1000 ч.

Требования к уровню унификации и стандартизации Уровни стандартизации и унификации изделия, определяемые коэффициентами стандартизации и унификации должны быть не менее 0,7.

Требования к безопасности Изделие должно быть электробезопасным в условиях производства, эксплуатации, обслуживания и ремонта.

Эстетические, эргономические требования Устройство должно отвечать современным требованиям эргономики и технической эстетики предъявляемым к радиомикрофону.

Условия эксплуатации (использования) Функциональные показатели, приводимые в разделе 1.5.2. должны быть обеспечены в следующих условиях эксплуатации:

— диапазон рабочих температур от минус 10 °C до +55?С;

— относительная влажность до 80% при Т = 25? С;

— диапазон вибрационных частот от 10 до 30 Гц;

— виброускорение 19,6 м/с^2;

— пониженное атмосферное давление до 61 кПа.

Дополнительные требования Дополнительные требования к изделию не предъявляются.

Требования к транспортировке и хранению Транспортировка изделия допускается автомобильным транспортом без ограничения расстояния в заводской упаковке, исключающей повреждение изделия при транспортировке.

Хранение должно производиться в капитальном, отапливаемом помещении на стеллажах в заводской упаковке.

1.6 Стадии разработки Разработка должна быть выполнена в соответствии с календарным планом, представленным в таблице 1.1.

Таблица 1.1

1.7 Комплектность документации, порядок приёмки, сроки Комплект документов должен включать:

— расчетно-пояснительная записка;

— графический материал;

2. Схемотехническая отработка конструкции

2.1 Описание принципа работы радиомикрофона Основа устройства (рис. 2.1) LC-гeнератор, собранный на транзисторе VТ1 по схеме «ёмкостной, трёхточки»

Рисунок 2.1

Номиналы конденсаторов C3C5 и топология катушки индуктивности L 1 выбраны такими, чтобы частота генерации составила около 100 МГц, т. е. примерно в середине УКВ ЧМ диапазона 88…108 МГц. Конденсатор С1 соединяет базу транзистора с линией питания по высокой частоте.

Электретный микрофон ВМ 1 преобразует звуковой сигнал в электрический, который через резистор А2 и конденсатор С2 поступает на базу транзистора VТ1. В результате ток через тpaнзистор изменяется, что при водит к изменению частоты и амплитуды генерируемого сигнала, т. е. осуществляется eгo амплитудная и частотная модуляция звуковым сигналом. К отводу катушки L 1 подключают антенну отрезок изолированного провода толщиной 0.5…1 мм и длиной 30…40 см. Сигнал гeнepaтopa можно принимать на радиовещательный УКВ приёмник указанного выше диапазона на расстоянии нескольких десятков метров. Все элементы кроме выключателя и батареи питания, монтируют на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 2.2

Рисунок 2.2

Смонтированная плата показана на рис. 2.3.

Рисунок 2.3

Питать устройство можно от батареи, состоящей из двух гальванических элементов типоразмера АА. ААА, AG 13 напряжением по 1,5 В каждый или одного литиевого элемента серии САхххх с напряжением 3 В. Применены резисторы МЛ-Т: C2−23, Р1 4, конденсаторы К10−17, причём конденсаторы C3-C5 должны иметь ТКЕ ПЗЗ, МПО или МЗЗ это повысит стабильность частоты гeнepaтopa, ТКЕ остальных может быть любым. Замена тpaнзистора S9014С любым ceрий КТ368, КТ399, 2SC9014, S9018 с коэффициентом передачи тока коллектора не менее 50. Можно применить транзисторы серий КТ326, КТ363, но в этом случае необходимо изменить на противоположные полярности подключения питающего напряжения и микрофона. Выключатель питания малогабаритный, например, В3009, В3037. Электретный микрофон любой с двумя выводами, но лучшие результаты получены с указанным на схеме.

Налаживание начинают с установки потребляемого тока 1,5…2,5 мА подборкой резистора А3.

Затем, перестраивая УКВ радиоприёмник вблизи частоты 96 МГц, настраиваются на сигнал радиомикрофона. Частоту гeнepaтopa можно изменять подборкой конденсатора С3, уменьшение eгo ёмкости приводит к росту частоты генератора, и наоборот. Изменение частоты потребуется, если приёму будет мешать сигнал радиовещательной станции. Установку частоты можно упростить, заменив конденсатор С3 на два соединённых параллельно. Один постоянной ёмкости (20…22 пФ), eгo устанавливают на место С3, второй подстроечный (4…20 пФ), eгo можно установить со стороны печатных проводников. Подойдут подстроечные конденсаторы КТ4−21б, КТ4−25б с номинальным напряжением 100 В (диаметр корпуса 5 мм). Приёмник настраивают на частоту, свободную от сигналов радиостанций, и подстроечным конденсатором перестраивают на эту частоту генератор.

2.2 Конструкторско-технологический анализ элементной базы Выбор элементной базы производится на основе качественного анализа групп резисторов, конденсаторов, транзистора, микросхем и т. д. по справочным данным на эти элементы.

Таблица 2.1

По данным таблицы 2.1 рассчитаем суммарную установочную массу элементов m_pэ, суммарную установочную площадь элементов S_pэ и суммарный установочный объем элементов V_pэ.

1) Считаем суммарные значения массы, установочной площади и объёма:

Суммарная масса всех радиоэлеменетов составляет: m_pэ = 78,98 г Суммарная площадь: S_pэ = 482,39 мм²

Суммарный объём: V_pэ = 8745,65 мм²

Коэффициенты дезинтеграции характеризуют относительное изменение материальных показателей конструкции в целом (массы, объема, площади) по сравнению с соответствующими показателями элементной базы при создании конструкции Коэффициенты дезинтеграции Из таблицы 2.2 возьмем значения относительных показателей качества для ФЯ.

Таблица 2.2

Коэффициент дезинтеграции массы ФЯ: 1,33

Коэффициент дезинтеграции объёма ФЯ: 3,67

Коэффициент дезинтеграции площади ФЯ: 2,51

Произведем оценку массогабаритных характеристик изделия с учетом коэффициентов дезинтеграции:

Ожидаемая масса 105,04 г.

Ожидаемый объем 21 951,58 мм³

Ожидаемая площадь 1770,38 мм²

Ожидаемая площадь для платы управления S_рэ = 1770,39 мм²

Площадь платы по ТЗ S_пл = 2400 мм²

Ожидаемый объем 21 951,58 мм³

Объем платы по ТЗ V_пл = 24 000 мм³

Все элементы смогут быть размещены на плате с выбранными геометрическими размерами.

Сравнив полученные данные с требованиями технического задания к конструкции, можно сделать вывод о том, что данная элементная база подходит для создания конструкции, имеющей массогабаритные показатели, удовлетворяющие требованиям технического задания.

Определим виброперегрузку:

Так как по ТЗ виброускорение составляет 19,6 м/с², то виброперегрузка будет равна

19,6/9,8 = 2

где, а — виброускорение [м/с²]

g — ускорение свободного падения.

Вывод:

Каждый элемент в отдельности в предельных условиях эксплуатации имеет виброперегрузку большую 2g и минимальный диапазон вибрационных воздействий от 1 до 600Гц. Значит виброперегрузка и диапазон виброчастот указанные по предельным условиям эксплуатации для каждого элемента из выбранной элементной базы удовлетворяют техническому заданию. Все элементы технологически совместимы, так как, для всех применен способ монтажа в отверстие. Все элементы конструктивно совместимы, так как элементы примерно одинакового типоразмера.

2.3 Разукрупнение схемы электрической принципиальной Независимо от назначения и функциональной сложности изделия разукрупнение РЭС на конструктивно-технологические единицы (КТЕ) имеет ряд общих принципов, главными из которых являются:

— конструктивная и функциональная законченность КТЕ;

— минимальное количество внешних электрических соединений при условии выполнения конструктивной и функциональной законченности;

— максимальная сложность КТЕ на низших структурных уровнях, причем функциональная сложность ограничивается технологией производства процентом выхода годных изделий и стоимостью.

Оценка разукрупнения Рассмотрим два варианта компоновки:

Рисунок 2.4

Оценку разукрупнения производим по формализованному показателю разукрупнения:

Вариант 1

Компоновка на одной КТЕ Вариант 2

Компоновка на двух КТЕ По теории лучший вариант будет тот, у которого формализованный показатель качества больше.

Наибольшее значения показателя = 3,2,поэтому выбираем вариант 1.

3. Разработка конструкции модуля радиомикрофона

3.2 Выбор системы охлаждения модуля радиомикрофона Поскольку способ охлаждения в значительной мере определяет структуру конструкции РЭС, уже на ранних стадиях разработки важно правильно выбрать способ охлаждения. Способ охлаждения выберем с помощью диаграммы (Рисунок 3.1).

Допустимый перегрев конструкции

75 — 55 = 20°С

min температура РЭ

— поверхностная плотность теплового потока Где S площадь модуля

м²

— поправочный коэффициент на давление окружающей среды Р = Р_ПОТР (1-з) = 3• 0.0025(1- 0,4) = 0,0045 Вт.

Берем десятичный логарифм от P_os

Далее по диаграмме определяем способ охлаждения. Подставляя полученную точку (0,78; 5) (участок 1), можно утверждать, что рассчитываемая конструкция обеспечивает нормальный тепловой режим при естественном воздушном охлаждении.

Рисунок 3.1

Указанные на рисунке 3.1 зоны относятся к следующим способам охлаждения:

1 — естественное воздушное;

2 — естественное и принудительное воздушное;

3 — принудительное воздушное;

4 — принудительное воздушное или жидкостное;

5 — принудительное жидкостное;

3.3 Выбор материалов конструкции Выбор материала основания печатной платы Выбор материала для управляющей части радиомикрофона производить среди основных материалов для производства ПП — гетинакс и стеклотекстолит.

Выбор печатный платы произведен на основании комплексного показателя качества.

Комплексный показатель качества представляет собой сумму взвешенных дифференциальных и нормированных показателей качества весовой коэффициент нормированный показатель качества Для рассчетов используются следующие показатели качества приведенные в таблице 3.1

Таблица 3.1

Произведём выравнивание влияния дифференциальных показателей. При увеличении пробивного, разрушающего и допустимого рабочего напряжения качество материала платы повышается. А при увеличении плотности материала качество ухудшается, так как это ведет к увеличению массы платы в целом и напрямую отразится на показателе вибропрочности. Поэтому показатель плотности заменим обратной величиной. Данные заносим в таблицу Таблица 3.2

Выполним нормирование значений показателей качества путём деления каждого на максимальное значение своего подпункта.

Таблица 3.3

Введем весовые коэффициенты по десятибальной шкале:

— плотность материала -2

— разрушающее напряжение при растяжении — 2

— разрушающее напряжение при растяжении — 2

— значение допустимого рабочего напряжения — 4

Рассчитываем значение комплексного показателя качества для каждого материала.

Стеклотекстолит:

Гетинакс:

Так как при выравнивании влияния дифференциальных параметров выбрана тенденция на увеличение показателей (чем больше, тем лучше), то лучшим вариантом будет показатель с наибольшим значением, то есть стеклотекстолит.

Для основания печатной платы выбираем 2-х слойный стеклотекстолит.

Выбор материала для корпуса модуля радиомикрофона Выбор материала для корпуса радиомикрофона производить среди алюминия и меди Выбор корпуса произведен на основании комплексного показателя качества.

Для расчетов используются следующие показатели качества приведенные в таблице 3.4

Таблица 3.4

Произведём выравнивание влияния дифференциальных показателей. При увеличении удельной теплоемкости качество материала платы повышается. А при увеличении плотности материала качество ухудшается, так как это ведет к увеличению массы платы в целом и напрямую отразится на показателе вибропрочности. Поэтому показатель плотности заменим обратной величиной. Данные заносим в таблицу Таблица 3.5

Выполним нормирование значений показателей качества путём деления каждого на максимальное значение своего подпункта.

Таблица 3.6

Введем весовые коэффициенты по десятибальной шкале:

— плотность материала — 4;

— удельное сопротивление — 2;

— модуль упругости — 2;

— удельная теплоемкость — 2.

Рассчитываем значение комплексного показателя качества для каждого материала.

Алюминий:

Медь:

Так как при выравнивании влияния дифференциальных параметров выбрана тенденция на увеличение показателей (чем больше, тем лучше), то лучшим вариантом будет показатель с наибольшим значением, то есть алюминий.

Определение геометрических размеров печатной платы Чтобы определить геометрические размеры ПП необходимо учитывать:

1. X1 = X2 = Y1 = Y2 = д, где д — толщина печатной платы

2. Наличе разъемов Из условий ТЗ печатная плата имеет прямоугольную форму, на ПП должны быть размещены РЭ и краевые поля, показанные на рисунке 3.2

Y1

32 6 32 32 23 33

Х1 Х2 Y2

Рисунок 3.2

Расчет:

Х1 = Х2 = д_пл = 1.5мм Размер по Х:

L_х = L_плх+2 д_пл = 55+2•1.5 = 58 мм

Y1 = Y2 = 2 мм Размер по Y:

L_y = L_плy+2Y = 32+2•2 = 36 мм Нормальный ряд

L_х +L _y = 60Ч40мм Ожидаемая площадь для платы управления S_рэ = 1770,39 мм²

Площадь платы по ТЗ S_пл = 2400 мм²

Все элементы смогут быть размещены на плате с выбранными геометрическими размерами Расчет элементов печатной платы Расчету подлежат диаметры монтажных отверстий и переходных площадок, минимальная ширина проводников на падение напряжений на проводниках, обусловленные сопротивлением проводников. Расчеты геометрических размеров элементов проводятся с целью коррекции изменения размеров элемента в процессе изготовления платы — техническая погрешность.

Выбор класса точности обусловлен, прежде всего элементной базой. Элемент с наименьшим расстоянием между выводами VD4 и оно составляет 2,54 мм. Следовательно, оптимальным будет выбор 1класса точности.

1. Минимальный диаметр переходного отверстия d_по

d_по?K_дт•h_пл

h_пл — толщина ПП

h_дт = 0,5 — отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, для ПП 1-го класса точности.

d_по?0,5•1,5 = 0,75 мм

2. Диаметр монтажного отверстия:

d_мо? d_в+2h_r+Д+д_д

где d_в — диаметры выводов равные 0,53 мм.

h_r = 0.05мм — толщина гальванического осаждения меди в отверстия, Д = 0,5мм — необходимый зазор между выводом радиоэлемента и поверхностью отверстия, д_д = 0,12мм — погрешность диаметра монтажного отверстия,

d_мо = 1,25 мм, выбираем d_мо = 1,5 мм.

3. Минимальный диаметр контактной площадки:

где b_н = 0,3мм — ширина пояска контактной площадки, д_о = 0,07мм — погрешность расположения отверстия, д_кп = 0,15мм — погрешность расположения контактной площадки, д_ф = 0,06 — погрешность фотошаблона,

h_ф = 0,05мм — толщина фольги,

d_кп = 2,425 мм

4. Минимальная ширина проводника:

b_п.р? t+ д_ф +1.5•h_ф = 0,735, выбираем 0,75 мм где t = 0,6 ширина проводника соответствующая 1-му классу точности.

5. Минимальное расстояние между проводниками:

S = l_о.л -(b_п.р+2•д_с.п) = 0,115 мм где l_о.л = 0,5мм — расстояние между осевыми линиями проводников, предусмотренное топологией печатной платы, д_с.п = 0,05мм — погрешность смещения проводников.

4. Расчет показателей качества конструкции ФЯ размещена в корпусе и закрепляется с помощью установочных элементов на направляющие блока. Поверхности корпуса и нагретой зоны приняты за изометрические с температурами t_к и t_з. Суммарную мощность источников тепла обозначим P, Вт. Тепло с поверхности нагретой зоны конвекцией у_зк, теплопроводностью через элементы крепления у_зт и излучением через воздушные промежутки у_зл передаётся на стенки корпуса у_ст. Передача тепла с корпуса окружающей среде t_с осуществляется за счет конвекции у_кк и излучения у_кл.

t_нз — температура нагретой зоны (температура на поверхности печатной платы);

t_с — температура окружающей среды;

t_вк — температура внутри корпуса;

t_к — температура корпуса;

у_эк — конвективная проводимость нагретой зоны;

у_зт — кондуктивная проводимость нагретой зоны;

у_эл — лучевая проводимость нагретой зоны;

у_ст — проводимость стенки корпуса;

у_кк — конвективная проводимость корпуса;

у_кл — лучевая проводимость корпуса.

Для расчета теплового режима необходимо перейти от реального изделия к тепловой модели. Тепловая модель показана на рисунке 4.1

Рисунок 4.1; 1 — ФЯ, 2 — корпус, 3 — крепеж Воспользуемся принципом электротепловой аналогии и перейдем от тепловой модели к тепловой схеме. Тепловая схема показана на рисунке 4.2

Рисунок 4.2

t_нз — температура нагретой зоны (температура на поверхности печатной платы);

t_с — температура окружающей среды;

t_вк — температура внутри корпуса;

t_к — температура корпуса;

у_эк — конвективная проводимость нагретой зоны;

у_зт — кондуктивная проводимость нагретой зоны;

у_эл — лучевая проводимость нагретой зоны;

у_ст — проводимость стенки корпуса;

у_кк — конвективная проводимость корпуса;

у_кл — лучевая проводимость корпуса.

4.1 Расчет среднеповерхностной температуры корпуса.

1. Расчет ведется методом последовательных приближений.

м²

2. Характерный размер:

0,129 м = 129 мм

3. Произвольный перегрев в первом приближении:

?tЧ = 10? C.

4.Температура на поверхности корпуса:

t_кЧ = t_с + ?tЧ = 55 + 10 = 65? C

5.Средняя температура окружающей среды:

t_срЧ = 0,5•(t_с + t_кЧ) = 0,5•(55 + 65) = 60? C.

6. Значения теплофизических параметров носителя по таблице [1]

коэффициент теплопроводности: л = 2,9•10 ^-2 [];

коэффициент кинематической вязкости: н = 18,97•10 ^-6 [];

коэффициент объемного расширения:

в = = = 3•10 ^-3 [?C ^-1]

7. Критерий Грасгофа:

G_rЧ = в•g • •(t_кЧ — t_с) = 3•10 ^-3 • 9,8 • • (65 — 55) = 175,38 •10⁴

где g = 9,8 [] - ускорение свободного падения.

8. Произведение Грасгофа на Прандтля:

P_r = 0,7 — критерий Прандтля.

(G_rЧ•P_r) = 175,38 •10⁴ • 0,7 = 122,766 •10⁴.

9. Значения коэффициентов, характеризующих движение теплоносителя из таблицы 4.2:

Коэффициент, отвечающий за форму тела: C = 0,54.

Коэффициент, отвечающий за тип обтекания: n = 0,25.

Таблица 4.2

10. Критерий Нуссельта:

N_u = C•(G_r•P_r)ⁿ = 0,54•(122,766 •10⁴)^0,25 = 17.9

11. Конвективный коэффициент теплопередачи при естественной вентиляции в неограниченном пространстве в первом приближении:

б_кЧ = N_u• = 17,9• = 4,024 []

12. Лучевой коэффициент теплопередачи в первом приближении по номограмме [2]

б_лнЧ = 6,8 []

Так как номограмма построена для степени черноты равной 0,8, необходима корректировка результата:

13. б_лЧ = б_лнЧ • ,

где е_пр — приведенная степень черноты в неограниченном пространстве:

14. е_пр = = = 0,92

е₁ = 0,92 — для красок различных цветов;

е₂ = 1- для воздуха.

Отсюда лучевой коэффициент теплопередачи в первом приближении:

15.б_лЧ = 6,8• = 7,82 []

16. Тепловая проводимость корпуса конвективная проводимость корпуса:

у_ккЧ = S_кор? б_кЧ = 0,1005 •4,024 = 0,404[];

17. Лучевая проводимость корпуса:

у_клЧ = S_кор? б_лЧ = 0,1005• 7,82 = 0,785 [];

18. Суммарная тепловая проводимость корпуса:

у_ксЧ = у_ккЧ + у_клЧ = 0,404 + 0,785 = 1,187 []

19. Расчетное значение перегрева в первом приближении:

?t_рсчЧ = = = 0,003?C

20. Проверка условия выполнения расчета:

|?t_рсчЧ — ?tЧ| = |0,003 — 10| = 9,997? 1−2?C = > условие не выполнено, расчет продолжается.

Значение перегрева во втором приближении: ?tЧЧ = ?t_рсчЧ = 0,003?C.

21. Температура корпуса:

t_кЧЧ = ?tЧЧ + t_с = 0,003 + 55 = 55,003?C

22. Средняя температура окружающей среды:

1. t_срЧЧ = 0,5•(t_с + t_кЧЧ) = 0,5•(55 + 55,003) = 55,0015?C

Значения теплофизических параметров [1]:

л = 2,865•10 ^-2 [ ]; н = 18,475•10 ^-6 [ ];

в = = = 3,048•10 ^-3 [ ?C ^-1 ].

2. Критерий Грасгофа во втором приближении:

G_rЧЧ = в•g • • (t_кЧЧ — t_с)

G_rЧЧ = 3,048•10 ^-3 • 9,8 • • (55,003 — 55) = 0,56•10⁴

3. Произведение Грасгофа на Прандтля:

(G_rЧЧ • P_r) = 0,56•10⁴ • 0,7 = 3,92• 10³

4. Значения коэффициентов, характеризующих движение теплоносителя по таблице 4.2:

C = 0,54; n = 0,25.

5. Критерий Нуссельта:

N_u = C•(G_rЧЧ • P_r)ⁿ = 0,54•(3,92•10³)^0,25 = 4,27.

6. Конвективный коэффициент теплопередачи при естественной вентиляции в неограниченном пространстве во втором приближении:

б_кЧЧ = N_u • = 4,27 • = 0,948 [ ].

7. Лучевой коэффициент теплопередачи по номограмме [2]

б_лнЧЧ = 6,5 []

8. Лучевой коэффициент теплопередачи во втором приближении:

б_лЧЧ = б_лнЧЧ • = 6,5 • = 7,475 [ ].

9. Тепловая проводимость корпуса:

у_ккЧЧ = S_кор? б_кЧЧ = 0,1005 • 0,948 = 0,0952 [ ];

10. у_клЧЧ = S_кор? б_лЧЧ = 0,1005 • 7,475 = 0,751 [ ];

11. у_ксЧЧ = у_ккЧЧ + у_клЧЧ = 0,0952 + 0,751 = 0,846 [ ].

12. Расчетное значение перегрева во втором приближении:

конструкторский технологический схемотехнический радиомикрофон

?t_рсчЧЧ = = = 0,053?C

13. Проверка условия выполнения расчета:

|?t_рсчЧЧ — ?tЧ | = |0,053 — 0,003| = 0,05? 1−2?C = > условие выполнено, расчет закончен.

14. Среднеповерхностная температура корпуса:

t_к = t_с + ?t_рсчЧЧ = 55 + 0,053 = 55,053?C.

4.2 Расчет среднеповерхностной температуры нагретой зоны.

Метод тепловой характеристики.

Необходимо построить график зависимости Дt_к от Р, эта зависимость как правило линейна и поэтому строят её лишь по двум точкам. Первая точка (0;0) и присутствует всегда.

1. Находим площадь поверхности нагретой зоны

= 2· (60·40+60·5+5·40) = 0,006 м²

где: L_x = 60 мм

L_y = 40 мм

L_z = 5 мм геометрические размеры печатной платы с ЭРЭ.

2. Определяем характерный размер:

м

3. Находим средний зазор между нагретой зоной и корпусом, при этом толщину стенки учитывать не будем:

мм

4. Произведем оценку соотношений:

5. Задаём перегрев нагретой зоны

6. Температура нагретой зоны

?C

7. Находим среднюю температуру воздуха внутри корпуса

?C

8. Определяем теплофизические параметры теплоносителей Коэффициент объёмного расширения воздуха

°С^-1

9. Находим критерий Грасгофа

10. Определим произведение Грасгофа на Прандтля

Pr = 0.7, Gr •Pr = 14,425•0,7 = 10,1

11. Рассчитываем конвективно-кондуктивный коэффициент где k — коэффициент учитывающий влияние конвекции

k = 1; при и Gr· Pr?10³

k = 0.18•(Gr•Pr)ⁿ; при и Gr· Pr?10³

где: n — коэффициент, отвечающий за тип обтекания.

10,1)^0.25 = 0,32

0.001 = 9,184Вт/м²?С

12. Определим конвективную проводимость нагретой зоны:

13. Определим приведенную степень черноты для ограниченного пространства

14. Определим коэффициент теплопередачи по номограмме Вт/м²?С, т.к. номограмма построена для, введем коррекцию

15. Находим лучевую проводимость между нагретой зоной и корпусом

16. Определим проводимость без установочных элементов

17. Определяем кондуктивную проводимость втулок, на которых расположена печатная плата:

где: S_ст = (1.5•60) = 90 мм² = 0,09 м²

Суммарная проводимость

0,213+0,83+0,013+ 23,94 = 24,996 Вт Мощность, которую при выбранном значении перегрева, корпус может рассеять:

Координаты второй точки (0,149;0,006)

0 0.005 0,15 P, Вт Рисунок 4.3

Так как по заданию мощность 0,0045 Вт, то по графику зависимости видно, что перегрев нагретой зоны

Температура нагретой зоны будет равна:

?C

Вывод: Изделие работает в нормальном тепловом режиме так t _н.з ниже температуры наименее теплостойкого элемента.

4.2 Определим виброперегрузку В процессе изготовления, транспортировки и эксплуатации РЭС подвергаются различным механическим воздействиям: линейным ускорениям, вибрациям и ударам.

Аппаратура считается вибропрочной, если она сохраняет работоспособность после воздействия механических нагрузок. Для виброустойчивой (вибропрочной) аппаратуры при любых оговоренных в техническом задании внешних механических воздействиях должны выполняться следующие два условия:

— отсутствие резонанса в изделии для наименее стойкого элемента (>2);

— допустимые виброционные перегрузки на резонансной частоте не должны превышать виброперегрузку приведенную в изделии.

В качестве элемента конструкции с минимальной резонансной частотой, следует выбрать печатную плату, так как её прочность значительно меньше других элементов конструкции.

Для расчета используем модель пластины с равномерно распределенной массой, закрепленную на четырех стойках (рисунок 4.4). Принятый способ закрепления обосновывается тем, что при изгибающих колебаниях основного тела, вдоль каждой стороны платы укладывается половина волны, узлы перемещения совпадают с точками закрепления платы. Поэтому наличие точек закрепления не сказывается на параметрах колебаний.

Модель Плата

Рисунок 4.4

Так по ТЗ виброускорение состовляет 19.6 м/с², то виброперегрузка будет равна Где a — виброускорение [м/с²]

g — ускорение свободного падения

a, b — размеры платы, m_пл, m_эл — масса платы и сумма элементов.

1. m_пл = (a•b•h)•с = (5,8•3,5•0,15)•1,85 = 5,63 г.

где: a = 5,8 см — длина пластины;

b = 3,5 см — ширина пластины;

h = 0,15 см — высота пластины;

с = 1,85 г/см³ — плотность материала.

г.

2. Определяем цилиндрическую жёсткость пластины:

где: E = 30.2•10⁹ Н/м² — модуль упругости;

е = 0.22 — коэффициент Пуассона.

Е и — табличные параметры материала платы (СФ1−35−1.5);

3. Коэффициент, учитывающий условия на сторонах:

где p = 0, q = 0,514, r = 5,14 — коэффициенты из таблицы.

4. Площадь пластины:

S_п = a•b = 0,058•0,035 = 0,203 м².

5. Собственная частота колебаний печатной платы

Гц

6. Проверим выполнение условия:

> 2

833 > 60

Условия выполняются.

Рассчитаем допустимую виброперегрузку и сравним с ТЗ.

1. Допустимый статистический перегиб печатной платы

Z_доп = д? l²_min = 0,011•0,122 = 0,13 мм

2. Виброскорость

V = 2р? f₀ • Z_доп = 2•3,14•833•0,13 = 0,068м/c

3. Виброускорение, а = 2р? f₀•V = 2•3,14•0,068•833 = 358,2м/с²

4. Допустимая виброперегрузка на резонансной частоте

n_? = а/g = 358,2/9,8 = 36,5

5. Условия вибропрочности

N_т.з = 19,6/9,8 = 2

n_? = 36,5

n_?>n _т.з

36,5>2

Условие выполняется.

Вывод: Так как по ТЗ диапазон частот вибрационных воздействий от 10 до 30 Гц, то сравнивая частоту свободных колебаний с частотой резонанса, делаем вывод о том, что по данному критерию изделие является вибропрочным. Допустимая виброперегрузка больше чем в ТЗ, т. е условия выполняются.

Так как оба критерия выполняются, значит наша конструкция удовлетворяет требованиям вибропрочности по техническому заданию.

5. Качественная оценка технологичности конструкции Качественная оценка характеризует технологичность конструкции в общем виде, используется с целью лучшего инженерного решения, не требующего количественной оценки. Для проведения качественной оценки технологичности необходимо рассмотреть качественные показатели.

Основные показатели.

1) Отсутствие дефицитных и драгоценных материалов ограниченного применения; В изделии отсутствуют дефицитные и драгоценные материалы ограниченного применения

2) Большинство деталей, компонентов, микросхем, радиоэлементов нормализованы и стандартны;

3) В изделии используются заготовки, требующие минимальной обработки для получения нужной детали;

4) Применение минимального количества марок номенклатур покупных изделий;

5) Отсутствие излишне высоких классов точности и чистоты обработки поверхности;

6) Возможность применения средств механизации и автоматизации с использованием прогрессивных методов производства;

7) Максимальное использование типовых, групповых или ранее освоенных методов производства;

8) Обеспечение сборки изделия без подгонки, подбора или дополнительной обработки;

9) Возможность независимой параллельной сборки и монтажа изделия;

10) Оптимальные затраты на специальную техническую оснастку;

11) Минимальные затраты времени и средств на техническое обслуживание и ремонт при эксплуатации.

1. В изделии отсутствуют дефицитные и драгоценные материалы ограниченного применения.

2. Детали и компоненты радиоэлементов нормализованы и стандартны.

3. В изделии не используются заготовки, требующие минимальной обработки для получения нужной детали.

4. Минимальное количество марок применяемых в изделии равно 7.

5. Излишне высокие классы точности и чистоты обработки поверхности отсутствуют.

6. Применение средств механизации и автоматизации с использованием прогрессивных методов производства возможно.

7. Максимальное использование типовых групповых или ранее освоенных методов производства равно 4.

8. Сборка изделия не требует подгонки, подбора или дополнительной обработки.

9. Независимая параллельная сборка и монтажа изделия отсутствуют.

10. Затраты на специальную техническую оснастку отсутствуют.

11. Минимальные затраты времени на техническое обслуживание и ремонт при эксплуатации равно 2 минуты.

6. Количественная оценка технологичности конструкции Количественная оценка технологичности осуществляется с помощью системы конструкторских и производственных показателей, численные значения которых характеризует степень удовлетворенности требований технологичности конструкции.

Для расчета необходимы следующие данные в таблице 6.1

Таблица 6.1

6.1 Расчет конструкторских показателей технологичности

1. Коэффициент повторяемости компонентов и микросборок:

К_{пов. мс} = 1 — = 1 — = 0,5

2. Коэффициент повторяемости материалов:

К_{пов. м} = 1 — = 1 — = 0,25

3. Коэффициент использования микросхем и микросборок:

К_{исп. мс} = 1 — = 1 — = 0,5

4. Коэффициент установочных размеров (шагов) ЭРЭ, компонентов и микросхем:

К_ур = 1 — = 1 — = 0,53

5. Коэффициент стандартизации конструкции:

К_с = 1 — = 1 — = 0,875

6. Коэффициент использования площади коммутационной платы:

К_ип = 1 — = 1 — = 0,263

6.2 Расчет производственных показателей технологичности

1. Коэффициент простоты выполнения монтажных соединений:

К_пмс = 1 — = 1 — = 0,812

2. Коэффициент ограничения числа видов сборочно-монтажных соединений:

К_овс = 1 — = 1 — = 0,72

3. Коэффициент использования групповых методов обработки:

К_игм = = = 0

4. Коэффициент автоматизации и механизации установки и монтажа изделий:

К_ам = = 22/32 = 0,688

5. Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки электрических параметров:

К_ак = = = 0

6. Коэффициент применения типовых технологических процессов:

К_ттп = = = 0,8

7. Комплексная оценка технологичности конструкции Комплексная оценка технологичности производится по пятибальной системе.

Численные значения частных показателей технологичности переводятся при этом в балльную оценку:

Б_i = 4 — ;

где: К_i — расчетное значение показателя разрабатываемого изделия;

К_Hi — нормативное значение показателя на данном уровне развития техники и технологии;

?К_i — эквивалент одного балла.

Примечание: значения К_Hi и? К_i взяты из «Методических указаний к выполнению технологической части дипломного проекта по радиотехническим специальностям» под редакцией Ю. И. Боченкова.

Полученные бальные значения показателей технологичности следует сравнить с рекомендуемым значением — 4 балла.

Конструкторские показатели:

Б_{пов. мс} = 4 — = 4 — = 1,75

Б_{пов. м} = 4 — = 4 — = 2,2

Б_{исп. мс} = 4 — = 4 — = 1,5

Б_ур = 4 — = 4 — = 2,72

Б_с = 4 — = 4 — = 3,9

Б_ип = 4 — = 4 — = 0,63

1) Производственные показатели:

Б_пмс = 4 — = 4 — = 3,925

Б_овс = 4 — = 4 — = 2,2

Б_игм = 4 — = 4 — = 2,4

Б_ам = 4 — = 4 — = 3,4

Б_ак = 4 — = 4 — = 0,15

Б_ттп = 4 — = 4 — = 3,55

Результаты расчета технологичности конструкции радиомикрофона заносятся в таблицу 6.2

Таблица 6.2

Среднебалльный показатель технологичности:

Б_ср =, где N — количество показателей, участвующих в оценке.

Б_ср = = 2,8

8. Разработка технологической схемы сборки Технологическая схема сборки составляется для выявления всего состава сборочных элементов, она выявляет относительную последовательность выполнения сборочных работ и других взаимосвязанных операций, а также отражает характер выполняемых сборочных соединений. На технологической схеме каждый элемент изделия условно обозначается прямоугольником, разделенным на три части. В левой части указывается номер элемента по спецификации, в средней — наименование элемента, в правой — количество однотипных элементов.

Заключение

1. В ходе работы была проведена техническая разработка задания. В результате были определены требования к техническим характеристикам будущего изделия.

2. Была произведена схемотехническая отработка конструкции. Конструкторско-технологический анализ элементарной базы показал, что температурный диапазон эксплуатации радиомикрофона минус 10 °C до +55?С, лежит внутри температурного диапазона эксплуатации всех радиоэлементов, вибрационные характеристики устройства, также удовлетворяют требованиям технического задания.

3. Был произведен выбор материалов по комплексному показателю качества. В качестве материала для коммутационного основания был взят фольгированный стеклотекстолит марки СФ2−2-35, а корпус алюминиевый.

4. Был произведен расчет показателей теплового режима. Среднеповерхностная температура корпуса составляет t_к = 55,053?C, а среднеповерхностная температура нагретой зоны равна t _н.з = 55,113?C

5. Был произведен расчет вибропрочности конструкции. Конструкция является вибропрочной Частота свободных колебаний составляет f₀ = 833Гц. Допустимые значения виброперегрузки превышают значения по ТЗ.

1. Журнал «Радио» — начинающим, стр. 54−55, № 1, 2012 г;

2. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для ВУЗов;

3. Борисов, А. Назаров — Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию 2014 г.

4. «Методические указания к выполнению технологической части дипломного проекта по радиотехническим специальностям», под редакцией Ю. И. Боченкова — МАИ, 2011 г.