Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ
ТОЧНОСТИ ПРИ СБОРКЕ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Цель работы: изучение конструкторско-технологических методов обеспечения заданной точности при сборке электронной аппаратуры (ЭА)
1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К РАБОТЕ
Содержание работы: ознакомиться с конструкторско-технологическими методами обеспечения заданной точности при сборке электронной аппаратуры, исследовать сравнительные статистические характеристики точности, методы расчета допусков и, организационно-технологические вопросы их реализации.
1.1. Основные сведения из теории
Выходной параметр (параметры) электронной аппаратуры (ЭА), в целом, зависит от множества первичных параметров элементов, компонентов и сборочных единиц, входящих в ЭА
.
Параметры при этом могут относиться как к геометрическим так и к электрофизическим (электрическим, магнитным и др.) свойствам сборочных единиц. Показатели назначения ЭА, связанные с вы ходным параметром , определяются номинальными значениями и теми или иными допусками на выходной параметр . При этом обеспечение требований тех нических условий , () достигается за счет выбора допусков - на параметры электрорадиоэлементов, компонентов и сборочных единиц.
В теории точности основным соотношением связи погрешностей первичных параметров схемных элементов и выходных контролируемых параметров является уравнение погрешности
, (1)
- относительная погрешность выходного контролируемого параметра;- относительная погрешность первичного параметра ; - относительная чувствительность выходного контролируемого параметра к вариации первичного параметра .
В зави симости от того, каким образом обеспечиваются допуски на параметры сборочных единиц, различаются и методы сборки. К числу наиболее распространенных методов обеспечения заданной точности при сборке относятся:
- метод полной взаимозаменяемости;
- метод неполной взаимозаменяемости;
- метод групповой взаимозаменяемости;
- метод подгонки;
- метод регулировки.
Метод полной взаимозаменяемости предусматривает, для достижения заданной точности выходных контролируемых параметров изготавливаемых узлов, использование электрорадиоэлементов и деталей с заданными допусками на их первичные параметры, обеспечивающими заданные допуски на все выходные контролируемые параметры узла без использования отбраковки, селекции, подбора, подгонки или регулировки.
Допуски на параметры схемных элементов, обеспечивающие полную взаимозаменяемость, предварительно рассчитывают с помощью статистического метода, пользуясь системой уравнений допусков
(2)
где - производственный допуск на погрешности выходного контролируемого параметра; - половина поля рассеяния погрешности выходного контролируемого параметра y ; - чувствительности выходного контролируемого параметра у узла к вариациям первичных параметров ; - коэффициент относительного рассеяния i-го параметра; - среднеквадратическая величина отклонения среднего значения i -го параметра cхемного элемента, - половина поля рассеяния i-го параметра. Решение системы уравнений допусков относительно полей рассеяния дает возможность оценить возможность выполнения допусков ( < ), на выходные контролируемые параметры и возможность реализации элементов схемы с рассчитанными допусками на их первичные параметры.
При отсутствии информации о законах распределения погрешностей схемных параметров для назначения допусков используют метод максимума-минимума
. (3)
Как правило, количество уравнений допусков меньше числа неизвестных членов уравнений. Это говорит о том, что задача определения допусков на первичные параметры в общем случае является неопределенной, и что необходимые допуски на выходные параметры узла могут быть получены различными сочетаниями величин допусков на первичные параметры элементов схемы. Решение задачи синтеза допусков как правило осуществляется методом последовательных приближений.
Метод полной взаимозаменяемости имеет следующие достоинства:
- относительно просто достигается требуемая точность выходных контролируемых параметров изготавливаемых узлов, определяемая минимальными затратами на комплектацию и сборку;
- отсутствуют операции подгонки, регулировки и т.д., что упрощает технологический процесс, облегчает его нормирование и перевод на поточные методы производства;
- отказавшие при эксплуатации комплектующие элементы заменяются без дополнительной регулировки;
- позволяет решить задачу широкой кооперации заводов по изготовлению взаимозаменяемых электрорадиоэлементов.
Границы применения метода полной взаимозаменяемости определяются экономикой производства. Себестоимость изготовления комплектующих схемных элементов гиперболически зависит от величины допусков на их параметры, так как по мере повышения их точности приходится использовать дорогостоящее высокоточное технологическое оборудование.
Метод неполной взаимозаменяемости, в отличие от метода полной взаимозаменяемости, предусматривает использование более широких допусков на первичные параметры схемных элементов и отбраковку дефектных узлов.
В основе рассматриваемого метода лежит известное положение теории вероятностей о том, что все возможные сочетания первичных параметров схемных элементов встречаются значительно реже, чем сочетания их средних значений, поэтому процент дефектных изделий обычно небольшой. Дополнительные затраты труда и средств на исправление бракованных изделий при использовании данного метода меньше чем затраты на изготовление электрорадиоэлементов с более жесткими допусками.
Основное преимущество данного метода перед методом полной взаимозаменяемости заключается в выборе более широких допусков на первичные параметры схемных элементов, принимая во внимание определенный процент риска. Для нормального закона распределения погрешностей выходных контролируемых параметров и заданного процента риска с помощью решения интеграла вероятностей Ляпунова можно рассчитать погрешности параметров с любой заданной степенью вероятности, которые учитываются с помощью коэффициента относительного рассеивания выходного параметра .
Значения коэффициента относительного рассеивания сведены в табл. 8.1 в зависимости от заданного процента риска.
Таблица 8.1.
Значения коэффициента относительного рассеяния
|
Процент риска |
|||||||||||
|
0,27 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
6,0 |
8,0 |
10,0 |
|
|
1 |
1,05 |
1,11 |
1,17 |
1,21 |
1,26 |
1,30 |
1,33 |
1,36 |
1,40 |
1,44 |
C учетом коэффициента относительного рассеивания рассчитанные поля рассеивания погрешностей выходных контролируемых параметров уменьшаются, а допуски на первичные параметры - увеличиваются
. (4)
Метод групповой взаимозаменяемости. Сущность метода групповой взаимозаменяемости состоит в том, что требуемая точность выходных выходных контролируемых параметров узлов достигается включением в схему одного или нескольких схемных элементов с узкими допусками на их первичные параметры. С этой целью производится предварительная селекция или сортировка схемных элементов и последующее их комплектование, таким образом, чтобы осуществлялась взаимная компенсация их погрешностей.
Дополнительные расходы, связанные с проведением селекции или сортировки элементов схемы должны окупаться за счет экономии, получаемой при изготовлении электрорадиоэлементов с более широкими допусками.
Вместе с тем следует иметь в виду, что экономическая целесообразность использования метода групповой взаимозаменяемости значительно уменьшается при увеличении количества элементов, проходящих селекцию или сортировку и, за счет наличия незавершенного производства (т.е. остатков электрорадиоэлементов не вошедших в комплекты для сборки).
Метод подгонки. Сущность метода состоит в том, что требуемая точность выходных контролируемых параметров изготавливаемых узлов достигается необратимым изменением параметра или подбором одного или нескольких схемных элементов с постоянными параметрами, применение которого в схеме узла обеспечивает частичную или полную компенсацию погрешностей выходных контролируемых параметров.
Подгоняемый или подбираемый элемент называется компенсатором. В качестве компенсаторов рекомендуется выбирать элементы, с наибольшей чувствительностью, чтобы уменьшить объемы подгоночных операций или количество значений подбираемых параметров.
Метод регулировки обеспечивает точность выходных контролируемых параметров изготавливаемых узлов путем обратимого изменения первичного регулируемого параметра компенсирующего элемента, в качестве которого применяют специальные схемные элементы с переменными параметрами - регулировочные элементы.
Метод регулировки аналогичен методу подгонки. Однако в случае раскомпенсации имеется возможность ее восстановления. Регулировочный элемент с переменным параметром позволяет получить необходимую точность не только при изготовлении, но и в период эксплуатации. Он компенсирует производственные погрешности и погрешности, являющиеся следствием изменения температуры и старения схемных элементов.
Наряду с достоинствами метод регулировки имеет недостатки: регулировочный элемент, поставленный в схему, снижает надежность аппаратуры, так как надежность регулировочных элементов значительно ниже надежности элементов с постоянными параметрами; кроме того наличие регулировочных элементов в схеме значительно усложняет технологический процесс изготовления аппаратуры, поскольку требует неоднозначного выбора набора регулировочных элементов, разработки стратегии регулировки и высокой квалификации регулировщиков.
2. Анализ методов сборки делителя напряжения
Схема делителя напряжения представлена на рис. 1. Основным выходным параметром делителя является коэффициент передачи (коэффициент деления) по напряжению
. (5)
При этом .
Рис. 1. Электрическая схема делителя напряжения
Уравнение погрешности выходного контролируемого параметра может быть записано следующим образом:
,
где - относительные погрешности сопротивлений резисторов , ; - чувствительности (коэффициенты влияния) выходного параметра к вариациям первичных параметров сопротивлений резисторов , .
Чувствительности , используя выражение (5), определяются следующим образом:
;
.
При , =и ; . Тогда уравнение погрешности запишется следующим образом
.
Сделаем следующие допущения.
Тогда можно записать, что , так как = .
Уравнение допусков при статистическом методе расчета с полной взаимозаменяемостью в данном случае запишется следующим образом:
полагая =10% и ==, уравнение допусков перепишется в виде
илитогда === =14,3%.
Расчет допусков по методу максимума-минимума в тех же условиях сводится к следующему
, причем полная взаимозаменяемость будет выполняться независимо от вида законов распределения погрешностей.
Из сравнения приведенных расчетов видим, что допуски рассчитанные по статистическому методу почти в три раза шире допусков, рассчитанных по методу максимума-минимума.
Рассмотрим расчет допусков на параметры сопротивлений резисторов делителя по методу неполной взаимозаменяемости. Допустим, что процент риска равен 5% , тогда коэффициент относительного рассеяния = 1,33. Уравнение допусков в данном случае запишется следующим образом:
аналогично полагая =10% и ==, уравнение допусков перепишется в виде
или ,
тогда === = 19%.
При расчете допусков на параметры сопротивлений резисторов для сборки с групповой взаимозаменяемостью воспользуемся методом максимума-минимума, так как законы распределения погрешностей в группах рассортированных деталей неизвестны. Тогда
, а величина поля группового допуска равна .
Таким образом партия резисторов рассортировывается на группы шириной 1%, поскольку, то комплекты для сборки делителей формируются из пар резисторов принадлежащих к одной группе. Для проверки погрешностей выходного параметра воспользуемся уравнением погрешности (1). Для группы с границами [9,10]% наихудший случай сборки
,
.
С учетом взаимной компенсации идентичных погрешностей ширину групп сортировки можно увеличить в 2 раза, т.е. .
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1. Исследование процесса сборки по методу полной взаимозаменяемости
1. Получить у преподавателя задание в виде партии резисторов (50 – 100) штук из производственной упаковки с допуском= +10%, измерить их сопротивления, построить гистограмму распределения сопротивлений (см. приложение ), определить оценки математического ожидания , среднеквадратического отклонения и поля рассеяния .
2. Сопоставить полученные характеристики с предположением о нормальном законе распределения. При этом рассмотреть соответствие полученного поля рассеяния с заданным допуском , оценку математического ожидания с номинальным значением сопротивления резисторов, указанным на упаковке и, сопоставить форму полученной гистограммы с кривой нормального закона распределения.
3. Определить поля рассеяния коэффициента передачи делителя рис. 1, полагая, что и , пользуясь выражением (2), и предположением о нормальности законов распределения и = 1:
- для нормативных значений, заданных на упаковке - , ;
- для измеренных реальных (заданных гистограммой) характеристик выборки - , =3.
4. Подготовить лабораторный стенд для контроля коэффициента передачи делителя.
Входное напряжение установить, тогда . В этом случае погрешность коэффициента передачи в процентах будет равна сотым долям .
5. Устанавливать последовательно пары резисторов (выбранные случайно) в клеммы стенда и измерять с точностью до второго знака после запятой. Погрешности , т.е. отклонения от «1» с точностью до второго знака после запятой - занести в таблицу.
6. Построить гистограмму распределения отклонений , определить оценки математического ожидания , среднеквадратического отклонения и поля рассеяния при сборке по методу полной взаимозаменяемости. Сопоставить экспериментальные данные с расчетными п.3.
3.2. Исследование процесса сборки по методу неполной взаимозаменяемости
7. Получить у преподавателя задание в виде заданного значения процента риска выхода бракованных делителей, относительно , полученного в п.6.
8. Определить поле рассеяния с учетом процента риска, пользуясь выражением (4).
9. Определить процент брака на основе гистограммы п.6 для расчетного значения п.8.
3.3. Исследование процесса сборки по методу групповой взаимозаменяемости
10. Рассчитать групповые допуски для сортировки резисторов при заданном значении допуска =2%.
11. Рассортировать резисторы полученной партии на группы с групповым допуском 1% или 2% относительно оценки математического ожидания .
12. Осуществить сборку делителей напряжения, устанавливая последовательно пары резисторов из одной группы в клеммы стенда. Для каждой сборки (комплекта резисторов) измерять с точностью до второго знака после запятой. Погрешности , т.е. отклонения от «1» с точностью до второго знака после запятой - занести в таблицу.
13. Построить гистограмму распределения отклонений , определить оценки математического ожидания , среднеквадратического отклонения и поля рассеяния при сборке по методу групповой взаимозаменяемости. Сопоставить экспериментальные данные с расчетными п.3 и экспериментальными п.6.
14. Определить уровень незавершенного производства – количество резисторов в группах сортировки не имеющих пары.
4. ЗАДАНИЕ ПО УИРС
Задачи, предлагаемые для исследования
Исследование влияния алгоритмов комплектования на точ ность селективной сборки
Исследование влияния числа групп разбиения на точность селективной сборки.
Исследование влияния границ групп разбиения на точность селективной сборки.
Исследование влияния числа групп разбиения на незавер шенное производство при селективной сборке.
Исследование влияния границ групп разбиения на незавер шенное производство при селективной сборке.
5. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать: а) формулировку цели работы; б) - основные положения алгоритмов сборки по методу взаимозаменяемости; в) гистограммы и расчетные характеристики законов распределения; г) оценки точности выходного параметра для разных методов сборки; д) выводы о результатах сравнительной оценки методов сборки.
6. Контрольные вопросы
Порядок разработки схемы сборочного состава.
То же, для схем технологического процесса оборки.
Чем отличается серийное производство от мелкосерийного?
Назовите участки серийной сборки.
Назовите операции подготовки радиоэлементов, плат и сборки узлов.
Как вычисляются параметры участка и линии?
Библиографический список
1. Гусев В.П. Технология радиоаппаратостроения. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа. 1972. 496с.
2. Буловский П.И., Крылов Г.В., Лопухин В.А. Автоматизация селективной сборки приборов. Л.: Машиностроение. 1978. 232с.
3. Лопухин В.А. Обеспечение точности электронной аппаратуры. Л.: Машиностроение. 1980. 269с.