Модернизация конструкции блока передатчика радиоэлектронного противоугонного устройства

 

Суммарная интенсивность отказов  λ = 26,269 * 10^-6  1/час.

Среднее время работы на отказ определяется :

Т_отказ = 1 / λ                                                              (5.5)

Т_отказ - 1/26,269-10^-6 = 38 068 часов.

Приведенные выше расчеты показывают,  что разрабатываемый передатчик  по  параметрам надежности удовлетворяет требованиям технического задания .

5.6. Расчёт теплового режима

Расчет теплового режима блока  будем проводить с учетом того, что корпус является герметичным, охлаждение естественное воздушное. Кроме того, расчет нужно вести по самому тепло-рассеивающему элементу, в нашем случае таким элементом является транзистор КТ920Б с рассеиваемой мощностью 2 Вт, и по самому тепло-зависимому элементу – модуль с кристаллом 1806ХМ1. Тепловой расчет ведем по методике изложенной в [9].

1. Рассчитываем поверхность корпуса блока:

S_K = 2*[L₁* L₂+(L₁ + L₂)*L₃],              (5.6)

где L₁ – длинна блока,

L₂ – ширина блока,

L₃ – высота блока.

S_K = 2* [0,187*0,087 +(0,187 + 0,087)*0,03] = 0,049 м².

2. Определяем условную поверхность нагретой зоны:

S_a = 2*[L₁* L₂+(L₁ + L₂)*L₃* K_a],                   (5.7)

где К_a - коэффициент заполнения, К_a=0,9.

S_a = 2* [0,187*0,087 +(0,187 + 0,087)*0,03*0,9] = 0,047 м².

3. Определяем удельную мощность корпуса блока:

q_K = P_a / S_K,                                                      (5.8)

где Р_a - мощность рассеиваемая нагретой зоной, Р_a=6 Вт.

q_K = 6/ 0,049 = 122,5 Вт/м².

4. Рассчитаем удельную мощность нагретой зоны:

q_а = P_a / S_а,                                                         (5.9)

q_а = 6 / 0,047 = 127,66 Вт/м².

5. Из графика зависимости перегрева корпуса от удельной мощности [9] определяем коэффициент Θ₁=13 К.

6. Из графика  зависимости  перегрева нагретой зоны  от удельной   мощности рассеивания [9] определяем коэффициент Θ₂=15 К.

7. Находим коэффициент К_Н1 из графика зависимости от давления окружающей среды [9], К_Н1=1.

8. Находим коэффициент К_Н2 из графика зависимости от давления внутри аппарата [9], К_Н2=1.

9. Определяем перегрев корпуса блока:

Θ_К= Θ₁ * К_Н1, Θ_К =13 К.                                  (5.10)

10. Рассчитываем перегрев нагретой зоны:

Θ₃ = Θ_К +(Θ₂ – Θ₁)К_Н2;                                      (5.11)

Θ₃ = 13 +(15-13)1 = 15 К.

11. Рассчитываем средний перегрев воздуха в блоке:

Θ_В = 0,5 (Θ_К – Θ_З);                  .                          (5.12)

Θ_В = 0,5 (13+15) = 14 К.

12. Определяем удельную мощность транзистора КТ920Б:

q_ЭЛ = P_ЭЛ / S_ЭЛ,                                                    (5.13)

где  Р_эл – мощность элемента, по ТУ 2 Вт у транзистора и 0,072 Вт у микросхемы,

S_ЭЛ – площадь транзистора с радиатором 0,0037 м², площадь корпуса модуля 7,0 *10^-3 м²;

q_ЭЛ1 = 2 / 0,037 = 540,54 Вт/м²       - транзистор;

q_ЭЛ2 = 0,072 / 0,007 = 10,29 Вт/м²  - микросхема.

13. Рассчитываем перегрев поверхности элемента:

Θ_ЭЛ= Θ₃(а + b*q_ЭЛ / q_а),                                         (5.14)

где а и  b – коэффициенты, найденные экспериментально методом наименьших квадратов, а=0,75, b=0,25 [9];

Θ_ЭЛ1= 15(0,75 + 0,25*540,54/127,66) = 27,13 К,

Θ_ЭЛ2 =15(0,75 + 0,25*10,29 /127,66) = 11,55 К.

14. Рассчитываем перегрев окружающей элемент среды:

Θ_ЭС= Θ_В(а + b*q_ЭЛ / q_а)                                           (5.15)

Θ_ЭС1= 14(0,75 + 0,25*540,54/127,66) = 25,32 К,

Θ_ЭС2= 14(0,75 + 0,25*10,29 /127,66) = 10,78 К.

15. Определяем температуру корпуса блока:

Т_К = Θ_К + Т_С ,                                                         (5.16)

где Т_С – температура окружающей блок среды (по ТЗ Тс=328 К);

Т_К = 13 + 328 = 341 К.

16. Определяем температуру нагретой зоны:

Т_а = Θ_а + Т_С ;                                                          (5.17)

Т_а = 15 + 328 = 343 К.

17. Определяем температуру поверхности элемента:

Т_ЭЛ = Θ_ЭЛ + Т_С ;                                                       (5.18)

Т_ЭЛ1 = 27,13 + 328 = 355,13 К,

Т_ЭЛ2 = 11,55 + 328 = 339,55 К.

18. Находим среднюю температуру воздуха в блоке:

Т_В = Θ_В + Т_С ;                                                          (5.19)

Т_В = 14 + 328 = 342 К.

19. Вычисляем температуру окружающей элемент среды:

Т_ЭС = Θ_ЭС + Т_С;                                                          (5.20)

Т_ЭС1 = 25,32 + 328 = 353,32 К,

Т_ЭС2 = 10,78 + 328 = 338,78 К.

Сравнивая температуру  окружающей элемент среды с максимально допустимой (у транзистора 363 К, у микросхемы 353 К) можно сделать вывод, что тепловой режим для блока выполняется.

 

5.7. Расчёт вибропрочности печатной платы

Все виды  РЭА подвергаются воздействию  внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию.

1. Определим частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины, закрепленной по углам в четырех точках [15]:

             (5.21)

где                                (5.22)

D – цилиндрическая жесткость,

а и b – длина и ширина пластины,

М – масса пластины (0,43 кг),

Е – модуль упругости,

h – толщина пластины,

μ – коэффициент Пуассона.

D = 3,2*10¹⁰ * (1,5*10^-3)³ / 12*(1-0,279²) ≈ 9,76 Нм.

2. Рассмотрим кинематическое возбуждение пластины за счет гармонического колебания ее закрепленных краев с амплитудой виброперемещения S₀.

                                                                                             (5.23)

η – коэффициент расстройки,

ε – показатель затуханий,

К(х), К(у) – коэффициенты формы колебаний (находится из графика).

η = F / F₀                                                                    (5.24)

где F – частота возбуждения (F=50 Гц по ТЗ),

F₀ – частота собственных колебаний системы,

η = 50/864,3 ≈ 0,06 .

ε = λ / π                                                                      (5.25)

где λ – декремент затухания (2...10*10²),

ε = 100/3,14 ≈ 31,85.

3. Определим виброускорение элементов РЭА в случае кинематического возбуждения:

а_В(х,у) = 4*π²*F²*ς₀*γ(х,у)                                    (5.26)

ς₀ – амплитуда виброперемещения

ς₀=a₀/4* π²*F²                                                            (5.27)

где a₀ – виброускорение (а₀ = 31,8 м/с²)

ς₀=31,8 / 4* π²*50² = 3,23*10^-4 м

а_В = 4 *3,14² *50² *3,23*10^-4 *0,88 = 28,02 м/c².

4. Найдем амплитуду вынужденных колебаний:

S_B(х,у) = ς₀*γ(х,у)                                                    (5.28)

S_B(x,y) = 3,23*10^-4 *0,88 = 2,84*10^-4 м.

5. Определим максимальный прогиб пластины  относительно  ее краев:

б_В=|S_B(x,y) – ς₀|                          (5.29)

где б_В – коэффициент затухания

б_В = |2,84*10^-4 - 3,23*10^-4| = 0,39*10^-4 м.

6. Проверим выполнение условия вибропрочности. Оценку вибропрочности производим по следующим критериям:

а) максимальное значение виброускорения должно быть меньше а_доп – допустимого по ТЗ

а_B < а_доп

в нашем случае а_B = 28,02 м/с², а_доп = 50 м/с², т.е. условие выполняется;

б) для печатной платы стрела прогиба  на расстоянии L не должна превышать величины  б = б_ДОП*L², где б_ДОП – допустимый размер стрелы прогиба на длине 1 метр (для фольгированного стеклотекстолита б_доп=11мм)

б_В < б

в нашем  случае б_В = 0,39*10^-4 м, б = 2,4*10^-4 м, т.е. условие выполняется.

На основании  полученных данных мы можем судить о вибропрочности печатной платы.

 

5.8. Расчет ударопрочности

Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса. Максимальное воздействие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы [15].

1. Определим условную частоту ударного импульса:

ω = p/t                                                                       (5.30)

где t - длительность ударного импульса  (t = 11 *10^-3 c по техническому заданию)

ω = 3,14/11 *10^-3 = 285,45 Гц.

2. Определим коэффициент передачи при  ударе для прямоугольного импульса:

К_у = 2 *sin (p/(2n)),                                                  (5.31)

где n - коэффициент расстройки

n = ω / (2*p*F₀),                                                        (5.32)

где F₀ - частота собственных колебаний механической системы (F₀=864,3 Гц)

n = 285,45 / (2*3,14*864,3) = 0,05

К_у = 2 *sin (3,14/(2 *0,05)) = 0,84

3. Рассчитаем ударное ускорение:

a_У = H_У*K_У,                                                                 (5.33)

где Н_У – амплитуда ускорения ударного импульса (Н_У =147 м/с² по ТЗ)

a_У = 147*0,84 = 123,48 м/с²

4. Определим максимальное относительное перемещение:

                            (5.34)

5. Проверим выполнение условий ударопрочности по следующим критериям:

а)  а_У < а_{У доп} ;

где а_{У доп} – допустимое ускорение (147 м/с²)

123,43 м/с² < 147 м/с²

б)  Z_MAX < б_доп * L²

3,27 *10^-5 м < 0,011 м.

Отсюда можно  сделать вывод, что при воздействии  удара с ускорением 147 м/с и длительностью ударного импульса 11 мс изделие сохранит работоспособность.

 

5.9. Оценка технологичности изделия

Согласно ГОСТ 14.205-83 под технологичностью понимают совокупность свойств изделия, определяющую ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

Расчет комплексного показателя технологичности изделия  произведем для этапа технического проектирования. Расчет произведен согласно методике изложенной в [10].

Ниже приведен список базовых показателей технологичности  для электронных блоков. Символом ‘Q’ обозначена значимость показателя.

1. Коэффициент использования интегральных  микросхем и микросборок

Ки.мс = Нмc / (Нмс+Нэрэ) ; Q = 1    (5.35)

где Нмс –  количество интегральных микросхем  и микросборок, используемых в изделии.

Нэрэ –  общее количество  электрорадиоэлементов, используемых в изделии

2. Коэффициент механизации и автоматизации

Ка.м = На.м / Нм ; Q = 1                                           (5.36)

где На.м –  число монтажных соединений осуществляемых автоматизированным способом

Нм – общее число монтажных соединений

3. Коэффициент автоматизации и механизации по  подготовке ЭРЭ к монтажу

Км.п = Нм.п / Нэрэ ; Q = 0.75                                 (5.37)

где Нм.п – число ЭРЭ, подготовка которых к монтажу может осуществляться автоматизированным способом.

4. Коэффициент механизации контроля и настройки

Км.к = Нм.к / Нк.н ; Q = 0.5                                   (5.38)

где Нм.к – число операций контроля и настройки, осуществляемых автоматизированным способом.

Нк.н – общее число операций контроля и  настройки.

5. Коэффициент повторяемости ЭРЭ

Кп = 1-(Нт.эрэ / Нэрэ) ; Q = 0.31                            (5.39)

где Нт.эрэ – число типоразмеров оригинальных ЭРЭ в блоке

6. Коэффициент применяемости ЭРЭ

Кпр.эрэ = 1-(Нти / Нэрэ) ; Q = 0.187                      (5.40)

где Нти – число типоразмеров в блоке

7. Коэффициент прогрессивности формообразования

Кф = Дпр / Нэрэ ; Q = 0.11                                      (5.41)

где Дпр – число деталей полученных прогрессивным способом формообразования

8. Комплексный показатель технологичности

Кк = KiQi /  Qi                                                           (5.42)

Значение аргументов для расчета базовых показателей  технологичности:

Нэрэ = 201, Нм.п = 201, Нт.эрэ = 10, Нмс = 13, Нм.к = 0,

Нти = 30, На.м = 616, Нк.н = 8, Дпр = 201, Нм = 647.

Значение базовых  показателей:

Ки.мс = 0,06  Ка.м = 0,95    Кф = 1   Км.п  = 1  Км.к  = 0

Кп = 0,95  Кпр = 0,85

Комплексный показатель технологичности:

Кк = (0,06*1 + 0,95*1 + 1*0,75+ 0,95 *0,31+ 0,85 *0,187) / 3,85 = 0,57

Сравним полученный комплексный показатель технологичности с нормативами  комплексных показателей технологичности  электронной техники [10] по таблице 5.3.

Таблица 5.3.

	Опытный образец	Установочная серия	Установившееся серийное пр – во.
Показатель технологичности	0,4 – 0,7	0,45 – 0,75	0,5 – 0,8

 

Следовательно, можно сделать вывод, что изделие технологично.

 

5.10. Выбор метода изготовления  печатной платы

Методом изготовления печатной платы  будет комбинированный позитивный метод, сочетающий травление фольги с электрохимической  металлизацией отверстий, так как этот метод обеспечивает высокую надежность паяных соединений и позволяет производить металлизацию отверстий непосредственно в процессе изготовления печатной платы.