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
Лекция 1:
Цели процесса конструирования: создавать малогабаритную, высокоэффективную и надёжную аппаратуру, производство и эксплуатация которой требует ограниченного расхода трудовых, энергетических и материальных ресурсов.
Задачи современного конструирования:
Производственная технологичность – минимальные трудовые и материальные затраты при изготовлении изделия.
Эксплуатационная технологичность – минимальные сроки для предупреждения обнаружения и устранения неисправности и отказов в работе аппаратуры.
Виды изделий РЭС:
Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения каких-либо сборочных операций.
Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии-изготовителе с помощью сборочных операций.
Комплекс – 2 и более изделия (состоящих в свою очередь из 2-х и более частей), не соединённых на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.
Комплект – 2 и более изделия, не соединённых на предприятии-изготовителе сборочными операциями и предоставляющих общие функции вспомогательного характера (комплекты инструмента и др.).
// директива 2002/95/ЕС от 27.01.2003 по ограничению применения определённых опасных веществ в электрическом электронном оборудовании.
// Цель директивы: согласование законодательств по ограничению применения опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании и содействовать охране здоровья человека, восстановление окружающей среды и размещение отходов.
// директива 2002/96/ЕС от 27.01.2003 об отходах электрического и электронного оборудования
// Цель: сохранение, защита и улучшение качества окружающей среды, защита здоровья населения, благоразумное и рациональное использование природных ресурсов.
Классификация РЭС
Радиоэлектронные средства классифицируются по категориям (применения):
многократного применения
однократного применения
непрерывного применения
общего применения
классам (размещения):
наземные РЭС (стационарные, для подвижных объектов, носимые, бытовые)
морские (судовые, корабельные, буйковые)
бортовые (воздушное и космическое пространство)
Особенности стационарных РЭС: длительный период эксплуатации, работа в помещениях с нормальными климатическими условиями, высокая ремонтопригодность, ограничение по объёму (габариту) и массе.
Особенности РЭС для подвижных объектов: повышенные требования к защите от механических воздействий, защита от возможных воздействий влаги и пыли, возможность погрузки/разгрузки в помощью 2-х человек.
Носимые РЭС: радиолокационные, пеленгационные станции, передвижные телевизионные студии и т.д
Бытовые РЭС : повышенная эстетичность внешнего вида и качество акустических характеристик, возможность эксплуатации иногда совершенно неподготовленным человеком, массовость производства и определяющая значение стоимость.
Морские : комплексное взаимодействие климатических и механических факторов, длительная автономная работа с отрывом от ремонтных баз.
Бортовые (авиационные, космические, ракетные классы): минимальные масса и объём, высокая надёжность, комплексное воздействие внешних факторов (механические, радиационные, температурные воздействия).
Лекция 2(10.09):
Организация процесса конструирования на предприятии
Организации могут выполнять функции заказчика (формирует технические требования), субподрядчика (вопросы производства, введение и подготовка методов испытаний и измерений, разработка технологических процессов, доставка комплектующих)и подрядчика (производственные службы, техники, инженеры-конструкторы, испытательные центры, снабженческие службы, патентные службы, автоматизация производства).
Технические требования (ТТ) определяют:
Виды работ при проектировании
Этапы проектирования РЭС
Конструирование – один их основных видов процессов проектирования РЭС, заключающийся в физическом воплощении принятых схемотехнических решений. Конструктор принимает участие во всех этапах конструирования.
// ГОСТ 2.103-68
Все рассматриваемые в дальнейшем ГОСТы будут начинаться с «2.», что означает ЕСКД.
Работы, выполняемые на этих этапах (научно-исследовательская разработка - НИР и опытно-конструкторская разработка – ОКР).
Основная цель НИР – выяснение принципиальной возможности реализации выбранных принципов и решений; при выполнении НИР ведётся исследование и разработка новых конструкций. Этапы проведения НИР:
Этапы проведения ОКР:
// ГОСТ 15.001-73 техническое задание (ТЗ)
Техническое задание – документ, в котором указывается: основное назначение, технические характеристики, показатели качества, технико-экономические требования, стадии разработки конструкторской документации (КД) и её составных частей.
Техническое предложение – совокупность КД, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия.
// ГОСТ 2.118-73 техническое предложение
Эскизный проект – комплект документов, дающий общее представление об устройстве и принципе работы изделия.
// ГОСТ 2.119-73 эскизный проект
Технический проект – совокупность КД, содержащий окончательные технические решения.
// ГОСТ 2.120-73 технический проект
Этапные проекты позволяют обнаружить ошибки на данной стадии и их устранить.
После разработки всей документации, она отправляется на утверждение заказчику. После согласования, документации присваивают литеру «П».
Рабочая документация разрабатывается для производства опытной партии. После производства, опытная партия испытывается, документация корректируется и ей присваивается литера «О».
// ГОСТ 2.103-68 рабочая документация
Следующий этап – установочная серия. Происходит корректировка ТД и присваивается литера «А» (литера установочной серии).
Происходит окончательная проверка и тестирование контрольной или головной группы, корректируется ТД и присваивается литера «Б» (массовое серийное производство).
Конструкция РЭС и иерархичная структура
Геометрические размеры типовых конструкций должны обеспечить принцип входимости модуля низшего уровня в модуль следующего ранга.
Нулевой уровень иерархии составляют исходные схемотехнические компоненты. Схемотехнические компоненты разрабатываются в виде элементов единых размерно-параметрических рядов в отношении номиналов допуска, мощностей рассеивания и геометрических размеров корпусов, что обеспечивает из унификацию и стандартизацию.
Первый уровень иерархии: типовые конструкции – ячейки, которые конструктивно объединяют на одной или нескольких печатных платах (ПП) и содержат от десятков до сотен микросхем.
Второй уровень иерархии: кассета в которой на рамочной несущей конструкции объединяются две и более ячейки (т.н. субблоки).
Третий уровень иерархии: блок, панель, шасси, которые выполнены в виде сварного или сборного каркаса, в котором соединены несколько субблоков.
Четвёртый и пятый уровень иерархии: рамы и стойки.
Основные свойства N-уровневой иерархии: возможность поиска в каждом уровне иерархии оптимального варианта типовой конструкции; возможность итерационного поиска оптимального варианта типовой конструкции внутри рангов и между ними.
Лекция 3(17.09): Методы конструирования
…
По степени автоматизации выявления структуры связи между элементами:
Метод моноконструкций основан на минимизации числа связей в конструкции, применяется для создания РЭС на основе оригинальной несущей конструкции (шасси, каркас). Недостатки: длительность процесса конструирования и внедрения, низкая ремонтопригодность, сложность внесения изменений, значительная стоимость разработки.
Базовый метод конструирования: в основу положено деление РЭС на конструктивно и схемно законченной части. Разновидности метода: функционально-узловой, функционально-модульный, функционально-блочный основываются на принципах функциональной и размерной взаимозаменяемости схемной и конструкторской унификации. Достоинства: на этапе производства сокращает сроки освоения, при эксплуатации облегчает обслуживание и улучшает ремонтопригодность.
Метод автоматизированного конструирования основан на использовании ЭВМ для решения задач компоновки, трассировки, выпуска КД.
Эвристический метод эффективен на начальных этапах конструирования, основан на возможности получения новых идей в результате творческого сотрудничества отдельных членов организованной группы.
Общие принципы и основные задачи конструкторского проектирования
Одноуровневый принцип конструирования заключается в том, что вся принципиальная электрическая схема (Э3) реализуется на одной плате (в идеале на одной подложке, т.е. одна плата – одно устройство), выход из строя одного элемента приводит к отказу всего устройства. Основные достоинства: обеспечение максимальной надёжности (отсутствие или минимальное количество внешних соединений), минимальная потеря быстродействия из-за задержек сигналов в линиях связи.
Многоуровневый принцип конструирования: конструкция РЭС состоит из типовых сборочных единиц, разбитых на несколько уровней. Под типовой сборочной единицей подразумевается любой узел РЭС, который по конструктивному оформлению и технологии производства является самостоятельным. Многоуровневый принцип конструирования позволяет организовать производство типовых конструкций по независимым циклам (т.е. обеспечить специализацию их производства).
// ТЭЗ – типовой элемент замены оформляется в виде легкосъёмной сборочной единицы, его схемное содержание должно быть логически законченным и обеспечивать независимость электрической проверки.
Функционально-узловой метод конструирования заключается в разбиение общей Э3 на функционально законченные части разной степени сложности и оформлении их в виде типовых сборочных единиц.
Таким образом многоуровневый принцип в сочетании с функционально-узловым методом позволяет:
Конструирование должно обеспечивать заданное быстродействие, максимальную надёжность, тепловые режимы, помехозащищённость.
Выбор компоновочной схемы, разработка деталей и сборочных единиц в целом, прорабатываются вопросы уменьшения потерь и др.
Монтажная область – метрическое пространство, в котором размещаются конструктивные элементы, входящие в данный узел и осуществляется их межконтактное соединение.
Схемная компоновка – задача определения содержания конструктивных узлов. Цель задачи схемной компоновки: обеспечить высокую ремонтопригодность, унифицировать функциональные узлы в пределах одной или нескольких моделей РЭС и определить наименьшую сменную единицу (ТЭЗ).
Виды выполнения компоновочных работ при конструировании изделий РЭС
Для ускорения разработки РЭС, повышения его работоспособности, необходимо иметь соответствующие цифры.
Компоновка представляет собой представление размещения элементов РЭС на плоскости для облегчения работы разработчиков. Основная задача – выбор формы, массы, объёмы, конструктивных элементов. Компоновочный эскиз носит характер рисунка.
Виды компоновок:
, - коэффициент заполнения
Геометрическая компоновка РЭС
Выбор формы, размеров, взаимного расположения типовых конструкций и способа их перемещения относительно друг друга. Цель геометрической компоновки: обеспечить технические характеристики РЭС и удовлетворение эксплуатационных и конструкторско-технологических требований.
Основная техническая характеристика, которую необходимо обеспечить при геометрической компоновке – заданное быстродействие. Одна из проблем, которая решается – сокращение потерь быстродействия из-за конечной скорости распространения сигналов по линиям межэлементной связи; длина линии связи между наиболее удалёнными участками типовых конструкций зависит от компоновочной схемы. В связи с этим возникает задача выбора такой пространственной геометрии конструктивного модуля, которая при данном его объёме обеспечила бы минимальную длину линии связи между наиболее удалёнными элементами.
Лекция 4(24.09): Методы конструирования
Задача компоновки – выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение массы и расположение в пространстве составных элементов изделия.
Задача отыскания оптимальной формы типовой конструкции ставится следующим образом: найти плоскую фигуру заданной площади, ограниченную заданной кривой минимального периметра. Или пространственную форму заданного объёма, ограниченную замкнутой поверхностью минимальной площади. Теоретически искомыми фигурами являются круг и шар, которые теоретически обеспечивают минимум внешних элементов и их равноудалённость от центра (на практике эти формы не обеспечивают высокой степени упаковки радиоэлементов, поэтому используют форму прямоугольника и параллелепипеда, однако такие формы увеличивают максимальную длину линии связи до 25%).
Модульный принцип создания технических средств РЭС
При проектировании РЭС, принадлежащих к какому-либо семейству, все механические конструкции (стойки, рамки, панели и др.) создаются типовыми в виде базовых многократно повторяющихся конструкций, которые и называют конструктивными модулями. На основе конструктивной модульности создаётся электрически функциональная модульность. Количество таких уровней зависит от класса изделия, технологии процесса производства и других факторов.
Модульный принцип конструирования основывается на применении конкретной конструктивной системы с модульной структурой.
Достоинства модульного принципа:
Система базовых конструкций – совокупность типовых конструкций, находящихся в определённой соподчинённости на основе единого размерного модуля и оптимальной технологии производства.
Использование определённых систем базовых конструкций даёт при разработке РЭС большой технико-экономических эффект. Он заключается в следующем:
Конструктивно-технологические и эксплуатационные требования к конструкции РЭС
К конструктивно-технологическим требованиям относятся:
К эксплуатационным требованиям относятся:
Влияние внешних факторов на работоспособность РЭС
Факторы подразделяются на:
Нормальные климатические условия эксплуатации технических средств: температура окружающей среды 293±5 К (20±5 °С), относительная влажность 60±5%, атмосферное давление от 84 до 107 кПа (630-800 мм. рт. ст.).
Изменение температуры напрямую влияет на параметры РЭС. Все элементы работают в своих температурных диапазонах. Повышение температуры приводит к изменению типов посадок, ослаблению креплений, снижению надёжности РЭС.
Пониженное атмосферное давление отрицательно влияет на теплоотвод от конструкции.
Повышение влажности влечёт за собой коррозию материалов, несущих конструкций, снижению эффективности изоляции.
По условиям устойчивости к внешним воздействиям РЭС делятся на группы (группы эксплуатации РЭС):
Лекция 5(01.10): Влияние внешних факторов на работоспособность РЭС
Факторы подразделяются на:
Нормальные климатические условия эксплуатации технических средств: температура окружающей среды 293±5 К (20±5 °С), относительная влажность 60±5%, атмосферное давление от 84 до 107 кПа (630-800 мм. рт. ст.).
Изменение температуры напрямую влияет на параметры РЭС. Все элементы работают в своих температурных диапазонах. Повышение температуры приводит к изменению типов посадок, ослаблению креплений, снижению надёжности РЭС.
Пониженное атмосферное давление отрицательно влияет на теплоотвод от конструкции.
Повышение влажности влечёт за собой коррозию материалов, несущих конструкций, снижению эффективности изоляции.
По условиям устойчивости к внешним воздействиям РЭС делятся на группы (группы эксплуатации РЭС):
По степени жёсткости (ГОСТ 16962-71):
воздействующий фактор – температура воздуха при эксплуатации:
воздействующий фактор – температура воздуха при транспортировании и хранении:
воздействующий фактор – относительная влажность:
I – до 80% при +25 °С
II – до 98% при +25 °С без конденсации влаги
IV – 100% при +25 °С с конденсацией влаги
ГОСТ 15150-69 устанавливает исполнение для различных климатических районов. Различают 10 различных климатических исполнений:
У – исполнение для умеренного климата
УХЛ – для умеренного и холодного
ТВ – для влажного тропического климата
ТС – для районов сухого тропического климата
Т – как для сухого, так и для влажного тропического климата
М – для умеренно холодного климата
ТМ – для тропического морского климата
ОМ – общеклиматическое морское исполнение
В – всеклиматическое исполнение для суши и моря
О – общеклиматическое исполнение (для любого климата)
В зависимости от места размещения:
Показатели качества и надёжности конструкции
Показатели качества конструкции РЭС.
Показатель надёжности характеризует возможность РЭС выполнять заданную функцию, сохраняя во времени значение установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах.
ГОСТ 27.002-87
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени. Показатель безотказности – вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработке отказ объекта не возникает.
Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновении отказов объектов при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возникал.
Долговечность – свойство объектов сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при системе ТО и ремонтов. Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
Гамма-процентный ресурс – суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с определённой вероятностью, выраженной в процентах.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к восстановлению работоспособного состояния путём технического обслуживания (ТО) и ремонтов. Показатель ремонтопригодности – вероятность восстановления – вероятность того, что время восстановления не превысит заданного значения.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности.
Сбой – самоустраняющийся отказ или отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.
Время восстановления – продолжительность восстановления работоспособного состояния.
Наработка до отказа – наработка объекта от начала эксплуатации или восстановления до возникновения первого отказа.
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта до перехода в предельное состояние.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значение параметров в течение и после хранения.
Транспортирование.
Резервирование – способ обеспечения надёжности объекта за счёт использования дополнительных средств и возможностей.
Лекция 6(08.10): 123
ГОСТ 27.003-90 «Состав и общие правила задания требований по надёжности»
Требования по надёжности – совокупность количественных и качественных требований к безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, выполнение которых обеспечивает эксплуатацию изделий с заданными показателями.
При задании технических требований определяют:
Общее количество задаваемых на изделие показателей должно быть минимальным, но характеризовать все этапы его эксплуатации. Все показатели должны иметь однозначное толкование и для каждого из них должны существовать методы контроля на всех этапах жизненного цикла изделия.
Требования по надёжности включаются в:
Выбор номенклатуры задаваемых показателей надёжности
Основные признаки, по которым подразделяют изделия при заданий требований по надёжности:
Пример: радиостанция переносная
ИКН; вид 1; изделие многократного циклического применения; восстанавливаемое; обслуживаемое; изделие, переход которого в предельное состояние не ведёт к катастрофическим последствиям; стареющее и изнашивающееся одновременно; ремонтируемое; длительно хранимое (средний ресурс до капитального ремонта, средний срок сохраняемости, средний срок восстановления).
Пример: транзистор
ИОН; вид 1; изделие непрерывного длительного применения; невосстанавливаемое; необслуживаемое; изделие, переход которого в предельное состояние не ведёт к катастрофическим последствиям; изнашиваемое и стареющее при применении; неремонтируемое; длительно хранимое (средний срок сохраняемости).
ГОСТ 253359-82 «Изделия электронной техники: общие требования по надёжности и методы испытаний»
Оценка надёжности типовых конструкций
Исходные данные для расчёта показателей надёжности конструкции:
Для оценки надёжности рассчитывают интенсивность отказов и наработка на отказ.
Промежуток от 0 до t1 – время повышенного числа отказов; от t1 до t2 – период нормальной работы; от t2 – время старения.
Суммарная интенсивность отказов:
Время наработки на отказ:
Лекция 7(15.10): [без рисунков]
При разработке РЭС расчётные значения показателей надёжности сравнивают с показателями, установленными в ТЗ. Если показатель в ТЗ лучше расчётных принимаются меры, повышающие надёжность:
Отказоустойчивость – свойство системы сохранять свою работоспособность при наличии отказа в компонентах её составляющих.
Структурное резервирование состоит в применении дополнительной аппаратуры для реализации контроля и коррекции отказов.
В случае нагруженного резервирования резервные элементы находятся в том же режиме, как и основные элементы.
При облегчённом резервировании резервные элементы находятся в неполном рабочем режиме.
В случае ненагруженного резервирования резервные элементы находятся в нерабочем состоянии.
Скользящее резервирование – резервирование замещением, при котором группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, в каждый из которых может заменить любой из отказавших элементов данной группы.
Для осуществления этого метода необходимо иметь устройство, которое автоматически находит неисправный элемент и подключает резервный. Скользящее резервирование применяется только в однородных схемах. Подключение резервного элемента (либо строки запоминающих элементов) вместо дефектного осуществляется при помощи программируемого прожигания плавких перемычек.
… существуют свои…
Данный метод резервирования применяется в секционированных запоминающих устройствах в матрице процессорных элементов.
Каждый элемент… резервного столбца соответствующей строки. Подключение происходит изменением состояния переключателей. Реконфигурация «сдвиг строки», которая позволяет восстановить начальную размерность процессорной матрицы.
Дублирование элементов схемы – резервирование с кратностью резерва 1:1, при этом необходимо контролировать работоспособность элементов схемы и в случае необходимость вместо неисправных элементов должны подключаться неисправные. В этом случае предполагается, что каждый модуль имеет свою систему диагностики.
Данная схема будет нормально функционировать до тех пор, пока исправен хотя бы один из модулей, а также система диагностики и восстанавливающий орган.
Мажоритарное резервирование – на входы мажоритарного элемента поступают двоичные сигналы от нечётного количества идентичных элементов, сигнал на выходе мажоритарного элемента принимает значение, которое принимает большинство входных сигналов. Существует 3-хкратное, 5-кратное и т.д. мажоритарное резервирование.
Тепловой баланс и тепловой режим изделий РЭС
Баланс энергии подводимой и отводимой от изделия:
Элементы, выделяющие теплоту называют источниками; поглощающие теплоту – стоками; сам процесс – теплообменом.
Если выделение теплоты происходит в определённом объёме, то это теплорассеивающее пространство называют нагретой зоной.
Тепловой режим изделия – пространственно-именное изменение его температуры в зависимости от мощности источников и стоков энергии от геометрических и физических параметров изделия.
Тепловой режим изделия считается нормальным, если обеспечивается нормальный тепловой режим всех без исключения составных частей конструкции. Тепловой режим отдельного элемента считается нормальным, если выполняются 2 условия: температура элемента находится в пределах, определённых паспортом или техническими условиями на него, независимо от температуры окружающей среды; температура элемента должна быть такой, чтобы обеспечить его функционирование с заданной надёжностью.
Объёмная плотность теплового потока:
k – коэффициент потерь мощности; P – потребляемая мощность; V – объём изделия.
Поверхностная плотность теплового потока:
S – площадь поверхности теплоотдачи
Виды теплообмена в конструкциях РЭС
Конвекция – процесс теплообмена, при котором перенос теплоты от одной нагретой точки к другой осуществляется макрочастицами газа или жидкости. Конвекция может быть естественной (в результате действия сил тяготения) или принудительной (вынужденной), когда перемещение газа или жидкости выполняется специальными устройствами.
Количество теплоты, отдаваемое нагретым телом за счёт конвекции определяется по формуле:
– коэффициент теплообмена конвекции; S – площадь поверхности нагретого тела; – перепад температур между изотермическими поверхностями.
Коэффициент теплообмена конвекции зависит от многих факторов:
Лекция 8 (22.10): Виды теплообмена в конструкциях РЭС [БЕЗ РИНУНКОВ]
Излучение – перенос теплоты, основанный на способности физических тел излучать и поглощать тепловую энергию в виде электромагнитных волн в инфракрасной области спектра. При попадании лучей на тело, часть из них поглощается, а часть отражается.
Отношение отражённого излучения к падающему характеризуется отражательной способностью тела . Отношение поглощённого излучения к падающему характеризуется поглощательной способностью тела .
Наибольшей поглощательной и наименьшей отражательной поверхностями обладает «абсолютно чёрное тело». Такое же тело и излучает 100% энергии, если оно имеет температуру выше температуры окружающей среды.
Отношение излучательной способности любого тела к излучательной способности абсолютно чёрного называют степенью черноты тела .
Мощность теплового потока, отводимого …
– коэффициент теплообмена излучения;
– перегрев поверхности излучения относительно окружающей среды.
- коэффициент облучённости, который показывает какая часть энергии излучаемая первым телом попадает на второе тело.
Тепловое сопротивление при излучении:
Теплопроводность – процесс теплообмена между находящимися в соприкосновении телами, обусловленный взаимодействием молекул и атомов. Процесс передачи теплоты за счёт теплопроводности (кондукции) возможен, если имеется градиент температуры в различных точках тела или в местах соприкосновения тел.
…
- коэффициент теплопроводности материала;
– длина пути теплового обмена
– теплопроводящая площадь
– разность температур нагретого и холодного тел
[РИСУНКИ]
- конвективные тепловые сопротивления
…
– коэффициент теплоотдачи
Для теплопроводящей стенки с учётов конвекции мощность теплового потока:
В общем случае мощность теплового потока через две разные точки, имеющие градиент температур:
Рекомендации при проектировании радиоэлектронных средств с учётом теплопроводности:
Системы охлаждения и способы обеспечения нормального теплового режима конструкции РЭС
Система охлаждения – совокупность устройств и конструктивных элементов, используемых для уменьшения локальных и общих перегревов.
Системы охлаждения различаются:
В конструкциях радиоэлектронных средств используются испарительные системы охлаждения, естественное воздушное охлаждение, принудительное (активное) воздушное охлаждение, жидкостные системы охлаждения.
Выбор способа охлаждения происходит на ранних стадиях разработки устройства. Основные показатели при выборе на ранних стадиях разработки: плотность теплового потока (поверхностная) и максимальный температурный режим устройства.
Для конструкции прямоугольной формы:
Коэффициент заполнения:
Минимально допусти…
– минимально допустимая температура поверхности наименее теплостойкого элемента;
– температура окружающей среды.
[РИСУНОК]
1 – зона естественного воздушного охлаждения
3 – зона принудительного воздушного охлаждения
5 – жидкостное охлаждение
2, 4 – переходящие зоны (зоны решений)
В соответствии с плотностью теплового потока узлы и блоки РЭС подразделяются на:
Воздушное естественное охлаждение (75% теплоты отводится за счёт естественной конвекции, 15% – за счёт теплопроводности и 10% – за счёт излучения).
Чтобы отвод теплоты от элементов конструкции был эффективным, необходимо:
Лекция 9 (29.10): Виды теплообмена в конструкциях РЭС [БЕЗ РИНУНКОВ]
…
Принудительное воздушное охлаждение
Три системы принудительного воздушного охлаждения:
При этом система принудительного охлаждения имеет ряд недостатков:
Чисто жидкостные системы эффективны только лишь в том случае, если обеспечивается хороший тепловой контакт между источниками теплоты и охлаждающей жидкостью (теплоносители).
Воздушно-жидкостные системы охлаждения: отвод теплоты от блоков осуществляется как поступающим в стойку от вентилятора воздухом, так и жидким носителем (чаще водой, реже – фреон и антифриз), поступающим по трубам к охладителям. Охладители выполняются в виде систем параллельных трубок, расположенных под каждым охлаждаемым блоком или в виде направляющих для ТЭЗов.
Кондуктивно-жидкостные системы: используется принцип параллельного охлаждения, когда каждый ряд элементов (источники теплоты) и даже каждый элемент охлаждаются отдельно.
Тепловая труба представляет собой …, внутри которого … фитиль, изготовленный из металлических и неметаллических сеток, металловолокон, металлокерамических и порошковых материалов…
Фитиль насыщается теплоносителем, если на один конец трубы подаётся теплота, то носитель там испаряется и перемещается по трубе до тех пор, пока не конденсируется и превращается опять в жидкость в холодной части трубы. Затем за счёт капиллярного эффекта теплоноситель по фитилю возвращается к горячему концу тепловой трубы.
Для увеличения теплоотводящей способности используется оребрение охлаждающей части трубы.
Рисунок 3
Техническая документация на изделия РЭС
Всю документацию можно разделить на три основные группы:
Конструкторская документация (КД) – совокупность документов, которая полностью определяет все необходимые данные для изготовления, наладки, приёмки, эксплуатации изделия.
Технологическая документация (ТД) – определяет технологический процесс изготовления (сборки), содержит необходимые данные для организации производства.
ТНПА – технический нормативный правовой акт; включает в себя всю нормативно-техническую документацию.
Нормативно-техническая документация: обеспечивает единство подхода к разработке, изготовлению и эксплуатации изделия, техническую, информационную и программную совместимость.
Группа ТНПА, используемая в пределах одной разработки представляет собой комплекс взаимосвязанных стандартов различного уровня (государственных, отраслевых, предприятия) и руководящие материалы.
Основную роль играют документы ЕСКД, ЕСТД, ЕСПД. Их основное назначение заключается в установлении во всех организациях и на всех предприятиях единой нормативно-технической и информационной базы, а также использование единой терминологии и правил выполнения документаций. Они дают возможность обмена документами между организациями и предприятиями без их переоформления.
ЕСКД – комплекс государственных стандартов, устанавливающий взаимосвязанные нормы и правила по разработке, оформлению и обращению КД. ЕСКД обеспечивает применение современных методов и средств при проектировании изделий, возможность взаимообмена КД без её переоформления, возможность расширения стандартизации и унификации при проектировании изделия, оперативную подготовку документации для быстрой переналадки действующего производства.
// ГОСТ 2.601-2006
// цифра 2 – класс ЕСКД
// 601 – группа, 01 – номер стандарта в группе, 2006 – год регистрации
// 1 – основные положения
// 2 – классификация и обозначения изделий и КД
// 3 – общие правила выполнения чертежей
// 4 – правила выполнения чертежей различных изделий
// 5 – правила изменений и обращений КД
// 6 – правила выполнения эксплуатационных и ремонтных документов
// 7 – правила выполнения схем (для всех отраслей промышленности)
// 8 – правила выполнения документов при макетном методе проектирования
// 9 – прочие (для служебного пользования)
// ГОСТ 2.102-68 Основные положения – Виды и комплекты КД
// ГОСТ 2.106-96 Основные положения – Текстовые документы
Лекция 10 (05.11): Виды и комплекты конструкторских документов [БЕЗ РИСУНКОВ]
// ГОСТ 2.102-68 «Виды и комплекты конструкторских документов»
В зависимости от способа выполнения и характера использования КД подразделяется на:
К конструкторским документам относятся как текстовые, так и графические документы.
К графическим КД относятся виды чертежей:
// ГОСТ 2.701-2008
Схема – документ, на котором показаны в виде условных графических единиц или обозначений, составные части изделий и связи между ними.
// ГОСТ 2.106-96 «Текстовые документы»
Пояснительная записка (ПЗ) – документ, содержащий описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия.
Технические условия (ТУ) – документ, содержащий требования (совокупность всех показателей, правил, норм и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, поставке, приёмке.
Программа и методика испытаний (ПМ) – документ, содержащий технические данные, подлежащие проверке при испытании изделия.
Инструкции (И) – документ, содержащий указания и правила используемые при изготовлении изделий (сборка, регулировка, контроль, приёмка и т.д.).
Расчёты (РР) – документ, содержащий расчёты параметров и величин (расчёт различных цепей, расчёты на прочность, на тепловые режимы и т.д.).
Ремонтные документы, эксплуатационные документы.
Текстовые документы, содержащие текст, разбитый на графы.
Спецификация – документ, определяющий состав сборочный единицы, комплекса или комплекта.
Таблицы (ТБ) – документ, содержащий в зависимости от его назначения соответствующие данные, сведённые в таблицу.
// ГОСТ 2.106 «Ведомости»
Ведомость спецификаций (ВС).
Ведомость покупных изделий (ВП).
Ведомость держателей подлинников (ДП).
Сборочный чертёж должен содержать:
Спецификация и порядок её оформления:
Спецификация имеет разделы:
Три варианта комплектности КД:
Схема как конструкторский документ
// ГОСТ 2.701-2008 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению»
Схемы подразделяются на виды:
По основному назначению схемы подразделяются на типы (обозначаются цифрами):
Основные требования:
Лекция 10 (05.11): Виды и комплекты конструкторских документов [БЕЗ РИСУНКОВ]
// ГОСТ 2.102-68 «Виды и комплекты конструкторских документов»
В зависимости от способа выполнения и характера использования КД подразделяется на:
К конструкторским документам относятся как текстовые, так и графические документы.
К графическим КД относятся виды чертежей:
// ГОСТ 2.701-2008
Схема – документ, на котором показаны в виде условных графических единиц или обозначений, составные части изделий и связи между ними.
// ГОСТ 2.106-96 «Текстовые документы»
Пояснительная записка (ПЗ) – документ, содержащий описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия.
Технические условия (ТУ) – документ, содержащий требования (совокупность всех показателей, правил, норм и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, поставке, приёмке.
Программа и методика испытаний (ПМ) – документ, содержащий технические данные, подлежащие проверке при испытании изделия.
Инструкции (И) – документ, содержащий указания и правила, используемые при изготовлении изделий (сборка, регулировка, контроль, приёмка и т.д.).
Расчёты (РР) – документ, содержащий расчёты параметров и величин (расчёт различных цепей, расчёты на прочность, на тепловые режимы и т.д.).
Ремонтные документы, эксплуатационные документы.
Текстовые документы, содержащие текст, разбитый на графы.
Спецификация – документ, определяющий состав сборочный единицы, комплекса или комплекта.
Таблицы (ТБ) – документ, содержащий в зависимости от его назначения соответствующие данные, сведённые в таблицу.
// ГОСТ 2.106 «Ведомости»
Ведомость спецификаций (ВС).
Ведомость покупных изделий (ВП).
Ведомость держателей подлинников (ДП).
Сборочный чертёж должен содержать:
Спецификация и порядок её оформления:
Спецификация имеет разделы:
Три варианта комплектности КД:
Схема как конструкторский документ
// ГОСТ 2.701-2008 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению»
Схемы подразделяются на виды:
По основному назначению схемы подразделяются на типы (обозначаются цифрами):
Основные требования:
Лекция 11 (12.11): Схема как конструкторский документ [БЕЗ РИСУНКОВ]
// ГОСТ 2.701-2008 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению»
Основные требования:
Правила выполнения схемы электрической принципиальной
Схема Э3 используется при изучении принципов работы изделия, при их наладке, контроле, ремонте
Рисунок 1
Позиционные обозначения: сверху вниз, слева направо. Кроме позиционных обозначений допускается указание номиналов групп.
Схемы выполняют для изделий, находящихся в отключённом положении. Буквы и цифры позиционных обозначений выполняют чертёжным шрифтом одного размера. Могут …..
Таблица 1
Таблицы адресов обозначаются номером того элемента, который они заменяют. На поле схемы допускается помещать указание о марках, сечениях и расцветках соединительных проводов и кабелей.
При выполнении Э3 на нескольких местах должны соблюдаться следующие требования:
Таблица 2; Шапка, Рамка
Графа позиционные обозначения: помещаются позиционные обозначения элементов и функциональных групп; наименование: наименование элемента в соответствии с документом, на основании которого он приведён; в графе примечание: технические данные элемента, не содержащиеся в его наименовании.
Элементы в перечень записываются группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений; в пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения элементы располагают в порядке возрастания порядкового номера.
// ГОСТ 2.307-68 Нанесение размеров и предельных отклонений
…..
Размерные числа на чертеже должны однозначно определять… Размеры указываются от баз или располагаются цепочкой. Базой могут служить края плоских деталей, торцы круглых деталей.
…
Справочные размеры: габаритные размеры на сборочных чертежах.
Габаритный размер – размер, определяющий предельные внешние очертания изделия.
…
Не допускается пересечение размерных и выносных линий. Не допускается использовать выносные, центровые, линии контура и осевые линии в качестве размерных.
….
Размеры, полученные при проектировании изделий…
Отклонения всегда имеют знак + или -. Зона значения размеров, между которыми находится действительный размер годной детали характеризует точность размера и называется допуском:
Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному значению.
Зона, заключённая между двумя линиями, соответствующая верхнему и нижнему предельным отклонениям – поле допуска.
Лекция 12 (19.11): Правила выполнения схемы электрической принципиальной [БЕЗ РИСУНКОВ]
Варианты расположения допуска относительно нулевой линии:
Рисунок
Квалитет – совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров.
Рисунок (допуски)
Рисунок (стрелочка с размерами)
//// ГОСТ 2.309 – 73 «Обозначение шероховатости поверхности»
//// ГОСТ 27.89 – 73 «---»
- высота неровности профиля по 10 точкам
- среднее арифметическое отклонение профиля
Шероховатость поверхности – совокупность микронеровностей с относительно малым шагом на базовой длине L.
Рисунок (знак шероховатости – способ обработки конструктором не устанавливается)
h – равна высоте цифр размерных чисел
H -
Рисунок (знак шероховатости – образована только удалением слоя материала)
Рисунок (знак шероховатости – образована без удаления слоя материала)
Числовые значения шероховатости поверхности указываются только в микрометрах.
Обозначения наносятся:
Рисунок (пример указания шероховатости на чертеже)
При указании шероховатости поверхности для всех поверхностей изделия
Рисунок (пример указания шероховатости на чертеже)
//// ГОСТ 2.601 – 2005 «Эксплуатационные документы»
Эксплуатационные документы составляются на изделия для которых монтаж, использование, техническое обслуживание, транспортирование или хранение могут быть обеспечены при наличии сведений об устройстве, составе, технических параметров, правил эксплуатации и т.д. Если объём сведений, необходимых для правильной эксплуатации незначителен, то из можно разместить в виде табличек, маркировок на самом изделии, то эксплуатационные документы не составляют.
К числу эксплуатационных документов относят:
/// ГОСТ
…
Выпускаются только для среднего и капитального ремонта (производят на специализированных предприятиях, поэтому ремонтные документы предоставляются для них). Основной ремонтный документ – общее руководство по ремонту, которое составляется для класса …
//// ГОСТ 19.504 – 79 «Руководство программиста»
Разделы:
//// ГОСТ 19.504 – 79 «Руководство оператора»
Разделы:
….
Листовая штамповка – процесс получения из листа полосы, ленты, изделий плоской или пространственной формы с заданными конструктивно-геометрическими и структурными параметрами без существенного изменения толщины материала.
Материалы: металлические (….., сплавы стали и латуни) и неметаллические (слоистые пластики, листовые термопласты).
Заготовки обрабатываются с помощью инструментов-штампов (главные части – пуансон и матрица).
Различные фазы процесса изготовления деталей, при которых происходит изменение формы заготовки – операции. Все основные операции листовой штамповки делятся на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, разрезка, нарезка и т.д.) и формообразующие (гибка, скручивание, вытяжка, отбортовка, выдовка и т.д.).
Рисунок (отверстия)
Лекция 13 (26.11): Правила выполнения схемы электрической принципиальной [БЕЗ РИСУНКОВ]
При гибке узких полос происходит искажение поперечного сечения детали. С уменьшением радиуса изгиба увеличивается напряжения во внутренних и наружных волокнах, которые могут привести к трещинам.
Рисунок 1
Минимальный радиус гибки листа проката в холодном состоянии зависит от коэффициентов:
(зависит от марки материала, его состояния и расположении линии гиба относительно направления проката)
(зависит от угла гибки)
(толщина листа)
Рисунок 2
Выдавки круглой формы используются как опорные поверхности для крепления амортизаторов или для утопления головок винтов. Выдавки прямоугольной формы применяют как опорные площадки для крепления тяжёлых узлов (трансформаторов).
Разбортованное отверстие применяют в тонколистовых деталях, предназначенных для вентиляции и снижения массы, а также с целью утопления винтов с потайной головкой.
Вытяжка
Рисунок 3
Методы конструирования прессованных и литых деталей
Ледниковая система в соответствии со специальными требованиями состоит из следующих деталей:
При заполнении литьевой формы расплав проходит через центральный ледниковый канал и распределяется в полости по системе разводящих ледников.
Рисунок 4
Общие требования к конструкции литых и прессованных деталей:
Расстояния между соседними отверстиями или отверстием и краем должны быть не менее диаметра отверстия.
При конструировании пластмассовых деталей часто применяют армирование, т.к. пластмассы характеризуются низкой контактной прочностью, склонны к ползучести. Чтобы избежать этих недостатков, пластмассы армируют металлической арматурой (сталь, латунь).
По расположению арматуры в детали делят на:
Методы конструирования механических соединений
Соединения:
Лекция 14 (03.12): Виды механических воздействий [БЕЗ РИСУНКОВ]
В процессе эксплуатации электронных схем, они подвергаются различными воздействиями. Наиболее распространённые воздействия:
Реакция РЭС и их элементов на механические воздействия
Восстанавливаемые отказы функционирования РЭС, к которым относят искажения или появление в полезном сигнале большого уровня шумов и паразитную модуляцию полезного сигнала; возникают из-за тензорезистивных эффектов, пьезоэлектрических и электромагнитных явлений элементов, обладающих способностью к проявлению подобных эффектов при знакопеременных и формационных нагрузках.
К этим элементам относятся тонкоплёночные резисторы на подложках микросхем, полупроводниковые приборы, а также обычные проводники, колеблющиеся в магнитных полях.
Невосстанавливаемые отказы, к которым приводят различного рода поломки и обрывы, окончательно выводят изделия из строя, и его функционирование не возобновляется после прекращения воздействия вибрации (разрывы дорожек печатного монтажа, разрушение паяных, сварных и клеевых соединений, обрывы выводов элементов).
Вибропрочность характеризует качество конструкции, т.е. способность противостоять разрушающему воздействию вибрации в нерабочем состоянии и продолжать нормально работать при включении после снятия вибрационных нагрузок.
Виброустойчивость – нормальное функционирование РЭС при механических воздействиях.
Наиболее типичные причины нарушения устойчивости работы РЭС при механических воздействиях:
Способы защиты конструкций РЭС от механических воздействий
График 1
1 способ – перевод частоты f0 в более высокочастотную область за пределы воздействующих частот.
Резонансное возбуждение колебаний защищаемого элемента происходить не будет. Подобное смещение можно достигнуть повышением жёсткости конструктивных элементов, либо повышение жёсткости конструкции.
Резонанс – резкое возрастание амплитуды, установившихся вынужденных колебаний системы, когда частота внешнего воздействия на систему приближается к частоте её собственных колебаний.
Демпфирование (демпфер – устройство для предотвращения вредных механических колебаний путём поглощения энергии; в качестве средств поглощения используют сухое трение, трение жидкостей и газов) – используют платы с вибропоглощающим покрытием, использую заливку поверхности платы демпфирующими материалами (например компаундом). Недостаток способа – нарушение ремонтопригодности.
Вывод собственной (резонансной частоты) в область низких частот по отношению к воздействующим частотам – виброизоляция – наиболее эффективный способ виброзащиты.
Виброизоляция обеспечивается тем, что между защищаемым аппаратом и вибрирующей поверхностью устанавливаются специальные элементы – виброизоляторы.
Виброизоляторы: резинометаллические, пружинные с воздушным демпфированием, пружинные с фрикционным демпфированием, цельнометаллические.
Для расчёта системы амортизации….
К основным параметрам амортизаторов относят:
жёсткость
номинальную нагрузку
диапазон собственных частот
относительный коэффициент демпфирования
условия эксплуатации
гарантированную наработку
габариты и массу
Определение собственных частот колебаний печатных плат
–
–
–
–
– коэффициент, зависящий от соотношения сторон и способа закрепления платы
Печатная плата может быть закреплена жёстко (закреплены все 4 стороны).
Проведение испытаний
Для воспроизведения вибраций используются механические, электродинамические и другие разновидности вибростендов.
Для воспроизведения ударных нагрузок используют установки, механические, электродинамические.
Линейные нагрузки создают на центрифугах, создающих на горизонтальных плоскостных радиально направленное ускорение.
Акустические шумы воспроизводят в специально оборудованных помещениях, либо в реверберационных камерах (отсутствие параллельных стенок в подобных камерах позволяет получить в объёме равномерное акустическое поле).
При производстве РЭС возможны следующие виды испытаний:
обнаружение резонансных частот
испытания на виброустойчивость
испытания на вибропрочность
испытания на ударную прочность
воздействия одиночных ударов
воздействия линейных (центробежных нагрузок)
воздействия акустических шумов
Лекция 15 (10.12): Причины возникновения помех в РЭС [БЕЗ РИСУНКОВ]
Помеха для изделий РЭС – внешние и/или внутренние воздействия, приводящие к искажению дискретной информации во время её хранения, преобразования, обработки и передачи.
Основные причины возникновения помех:
Помехи классифицируются по:
Все эти помехи характеризуются малой длительностью и большой интенсивностью. В основном они оказывают существенное воздействие на логические сигналы.
Основные причины, вызывающие искажения сигналов при прохождении их по цепям:
Помехи при соединении элементов РЭС
Линия связи считается электрически короткой, если длительность фронта импульса больше времени задержки распространения сигнала. Сигнал, отражённый от несогласованных нагрузок в этой линии связи достигает источника раньше, чем успеет существенно измениться входной импульс.
В пределах ячеек и модулей связи как правило электрически короткие.
При определении уровня помех, наводимых в линиях связи нужно учитывать электрические параметры линии.
Рисунок 1
При подаче на вход схемы Э2 ступеньки напряжения амплитудой Uвых1, при этом срабатывает элемент Э2, когда напряжение на его входе Uвх2 достигает порога срабатывания, т.е. с некоторой задержкой.
Для уменьшения задержки необходимо уменьшить индуктивность линии и увеличить входное сопротивление элементов.
Индуктивность линии зависит от типа используемых проводников, их сечения и длины.
Ёмкостной характер сигнальной линии.
Рисунок 2
Чтобы обеспечить устойчивую работу элементов необходимо уменьшить длину цепей связи, увеличить порог срабатывания элементов, и расстояние между проводниками связи.
Длинные линии связи
«Длинная» линия связи характеризуется временем распространения сигнала, которое много больше фронта импульса. Соединение внутри субблоков, блоков, панелей, внутристоечные, стоечные и т.д. «Длинные» соединения делают в виде согласованных экранированных линиях связи (коаксиальных кабелей). Для них характерна задержка сигнала и уменьшение его амплитуды. В этой линии отражённый от конца линии сигнал приходит к его началу после окончания фронта импульса и искажает его форму.
Рисунок 3
Такие линии называются согласованными (т.е. не происходит отражения сигнала от сопротивления нагрузки).
Такие линии называются несогласованными, при этом наблюдаются искажения.
Схема прохождения прямых и отражённых волн напряжения
Рисунок 4
Процесс поочерёдного отражения волны напряжения от обоих концов (длинной линии) продолжается до тех пор, пока амплитуда отражённой волны не уменьшится до нуля. Отражённые волны напряжения накладываются на падающие и в итоге форма входного напряжения может существенно исказиться.
Отражение токов и волн напряжения могут быть не только от несогласованных нагрузок в концах «длинной» линии, но и от различных неоднородностей в линии.
Лекция 16 (17.12): ---- [БЕЗ РИСУНКОВ]
….
Наиболее серьёзное воздействие – воздействие влаги. Источники:
Постепенное накопление влаги приводит в дальнейшем к мгновенному выходу устройства из строя. Последствия: нарушение паяных соединений, изменение геометрических размеров различных элементов, проявление коррозии и т.д.
Способы защиты конструкций РЭС от внешней среды:
разработка конструкции с применением материалов, не изменяющих своих свойств в условиях эксплуатации (нержавеющие стали, бронза, титановые сплавы, специальные пластмассы и др.)
покрытие (пропитка отдельных узлов и деталей специальными смолами, лаками, металлами или их оксидами для снижения вредного воздействия климатических факторов)
полная изоляция узла, блока или сборочной единицы от внешней среды путём герметизации, заливки, обволакивания и заключения их в герметичный корпус
Покрытия подразделяются на:
Покрытие приводит к увеличению срока службы изделия. При выборе покрытия учитываются как технические показатели, так и конструктивные особенности изделия.
Металлические покрытия более дорогие, но надёжные и долговечные. На поверхность изделия их наносят тонким слоем из металла, обладающего стойкостью в данной среде. К металлическим покрытиям относятся:
Неметаллические покрытия (самое простое и дешёвое):
Химические покрытия – защитные оксидные плёнки создаются при воздействии на металл сильных химических реагентов. Виды покрытия:
Гальванические покрытия – при гальваническом способе металлическое изделие после подготовки помещают в гальваническую ванну. Под воздействием электрического тока на поверхности изделия происходит катодное осаждение плёнки защитного металла.
Достоинства метода: лёгкая управляемость процессом, регулирование толщины покрытия и равномерность покрытия.
Виды покрытия:
никелевые (антикоррозийные свойства)
цинковые (для лёгких металлов)
кадмиевое (устойчиво к морской воде)
серебрение (для улучшения электропроводности)
золочение (высокая химическая стойкость в агрессивных средах)
Защита герметизацией
Герметизация может быть частичной и полной.
Частичной герметизации подвергаются наименее стойкие к внешним воздействиям детали и узлы (трансформаторы, дроссели и др.), при этом кожух не является герметичным. Основные методы: заливка, пропитка, обволакивание. Основные материалы: пропиточные лаки, компаунды, эмали.
Пропитка заключается в заполнении пор, трещин, пустот, промежутков между элементами, электроизоляционными негигроскопичными материалами.
Заливка заключается в заполнении диэлектриком свободного промежутка между заливаемым изделием и стенками кожуха.
Обволакивание – нанесённый слой удерживается на поверхности в результате адгезии, которой должен обладать тот материал, который применяется для обволакивания.
Полная герметизация (используется в основном на оборудовании на летательных аппаратах) может осуществляться следующими способами: