Для улучшения коррозионной стойкости и придания корпусу удовлетворительных декоративных свойств на него необходимо нанести покрытия. Для этих целей используется покрытие из 2-х слоев:
- грунтовка ЗП-09Т ТУ 6-10-1155-76 цвет желтый. Матовое, твердое, механически прочное, эластичное покрытие. Назначение - самостоятельное покрытие для защиты от коррозии металлических деталей при временном хранении и при транспортировке. Температурный диапазон применения - от минус 60 до плюс 150°С. Толщина слоя – от 15 до 20 мкм.
- краска П-ЗП-219 ТУ 6-10-1597-76 цвет белый. Ровное, однородное покрытие, обладает защитно-декоративными свойствами. Назначение: изделия из стали, магния, алюминия и его сплавов, электробытовые машины и приборы. Температурный диапазон применения – от минус 60 до плюс 100°С. Толщина слоя – от 50 до 80 мкм.
Выбираем коробчатый тип корпуса. Корпус состоит из двух частей: несущей конструкции (основания) и верхней крышки. На основании корпуса создается прижимная ступенька для контакта с островком меди – теплоотводом. Кнопки SB1 – SB2 монтируются в отверстия в корпусе, диаметр отверстий определяется исходя из крепежных параметров кнопки. После сверления отверстий необходимо произвести удаление заусенцев. Надписи на лицевой панели маркировать как указано на рисунке 3.1 краской БМ черной, ТУ029-02-859-78. Шрифт 5 по ГОСТ 2.304-81, тип А без наклона.
Рисунок 3.1 – Лицевая панель
Надписи на задней стенке маркировать как показано на рисунке 3.2 таким же образом, как и лицевую панель.
Рисунок 3.2 – Задняя стенка
Размеры корпуса – 105х150х30 мм. Размер 105 мм обусловлен габаритами платы, т.к. на краях установлены разъемы и фотоприемник которые должны быть доступны для коммутации. Размер 150 мм получен путем сложения размера платы (100 мм) и посадочного места для кнопок. Расположение корпуса – вертикальное (данное расположение улучшает устойчивость корпуса), обусловлено расположением платы. Плата устанавливается вертикально, табло индикатора должно быть направлено вверх. Корпус изготавливается без перфорационных отверстий, т.к. мощность, потребляемая устройством мала. К тому же, дополнительные отверстия способствуют лучшему проникновению в корпус агрессивных веществ, пыли и влаги, что в условиях тропического морского климата будет недопустимо.
Способ охлаждения в корпусе — естественный воздушный. В применении устройств амортизации нет необходимости, так как не предполагается, что разрабатываемое устройство будет подвергаться значительным механическим нагрузкам во время эксплуатации.
Плата крепится к основанию на стойки винтами М3-6g×10 ГОСТ1476-84 [4]. Затем в основание корпуса вставляются резиновые вставки, ложится резиновая прокладка, а затем устанавливается крышка. Перед установкой крышки на корпус необходимо установить на ее кнопки, а затем произвести распайку соединительных проводников. В качестве соединительных проводников используется провод МГШВ 0,12 ГОСТ 10349 – 79 [6].
Материл, из которого изготавливается печатная плата – стеклотекстолит, марка СФ-2-20Г-1,5 ГОСТ 103160 – 78 [6]. Метод изготовления печатной платы - комбинированный позитивный, так как необходимы металлизированные отверстия. Использование этого метода дает возможность выполнить печатный монтаж с высокой разрешающей способностью. Рисунок формируется путем фотолитографии.
Использование ЧИП элементов для поверхностного монтажа снижает площадь печатной платы. Пайка установленных на плате поверхностно-монтируемых элементов ведется методом оплавления в печи, остальных (компоненты, монтируемые в отверстия) – индивидуальной пайкой паяльником. Сегментный индикатор и фотоприемник устанавливаются на плату с одной стороны, а все остальные компоненты с другой. Выводы фотоприемника формуются таким образом, что бы его корпус лежал на плате, а лицевая сторона не выступала за пределы платы.
Травление платы осуществляется согласно чертежам ПП, островок меди, создаваемый в области стабилизатора напряжения является теплоотводом. После травления платы необходимо провести ее лужение припоем ПОС 61 ГОСТ 21931 – 76 [6]. При установке стабилизатора его необходимо приклеить к островку меди клеем 88Н ТУ 38-105-1061-76. Затем производится покрытие платы лаком УР – 231 ТУ 6-10-863-76 (бесцветный) для улучшения коррозионной стойкости элементов монтажа. Необходимо учесть то, что попадание лака на медный теплоотвод недопустимо, т. к. это ухудшит его теплопроводящие свойства.
Для соединения прибора с датчиком используется кабель типа STP2S – экранированная витая пара. Количество пар – 2. Это дает возможность не меняя кабель, при выходе из строя рабочей витой пары, заменить ее на резервную. Экранированная витая пара имеет защиту от электромагнитных помех и обеспечивает высокое качество передачи данных. Этот же кабель используется и для связи прибора со светодиодами.
Надписи, поясняющие назначения разъемов и кнопок выполнены краской ЧМ, черной ТУ 029-02-859-78. Надписи наносятся непосредственно над элементами управления или под элементами коммутации.
4 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ
4.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства
Исходные данные для расчета:
К - коэффициент заполнения, К = 2…3, принимаем К = 3;
Суммарная площадь занимаемая радиоэлементами на плате (таблица 1.2), SΣ = 3500 мм2;
- суммарный объем всех ЭРИ, установленных на плате (таблица 1.2), ;
- суммарная масса всех ЭРИ, установленных на плате, (таблица 1.2), ;
Находим общую площадь платы:
мм2, (4.1)
мм2.
Согласно ГОСТ 10317-79 принимаем размеры платы 100x100 мм.
Коэффициент заполнения устройства по объему:
, (4.2)
где - объем проектируемого устройства, мм3 (габаритные размеры корпуса 150´105´30 мм3 определены в п.3 Разработка конструкции изделия);
.
Объемная плотность устройства:
, (4.3)
(г/мм3).
4.2 Расчёт элементов печатного монтажа
Выбирается двусторонняя печатная плата с металлизацией сквозных отверстий из СФ-2-20Г-1,5 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,5 мм (толщина фольги – 0,020 мм). ДПП с металлизацией переходных отверстий отличается высокой трассировочной способностью, обеспечивает высокую плотность монтажа элементов и хорошую механическую прочность их крепления, она допускает монтаж элементов на поверхности и является наиболее распространенной в производстве радиоэлектронных устройств.
Точность изготовления печатных плат зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатной платы. В первую очередь это относится к минимальной ширине проводников, минимальному зазору между элементами проводящего рисунка и к ряду других параметров.
По ГОСТ 23.751-86 предусматривается пять классов точности печатных плат, которые обусловлены уровнем технологического оснащения производства. Выбираем 3-ий класс точности ОСТ 4.010.022— 85. Метод изготовления печатной платы – комбинированный [7].
Диаметры выводов для ZQ1, монтажа проводов для кнопок и для переходных отверстий равны 0,4 мм – 1-я группа; для элементов BL1, DD1, DD2, HG1, U1, C3, C6, C7, C10 и VD2 равны 0,6 мм – 2-я группа; для элементов DA1, VD3, VT1, VT2, SX1-SX3 – 1,1 мм – 3-я группа; для элемента SX4 – 2,6 мм – 4-я группа. Произведем расчет печатного монтажа с учетом созданных групп.
Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и конструктивно-технологический.
Исходные данные для расчёта:
1. Imax — максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы), Imax = 0,25 A;
2. Толщина фольги, t = 20 мкм;
3. Напряжение источника питания, Uип = 12 В;
4. Длина проводника, l = 0,04 м;
5. Допустимая плотность тока, jдоп = 75 А/мм2;
6. Удельное объемное сопротивление ρ = 0,0175 Ом·мм2/м;
7. Способ изготовления печатного проводника: комбинированный позитивный;
Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:
, (4.4)
где bmin1 - минимальная ширина печатного проводника, мм;
jдоп - допустимая плотность тока, А/мм2;
t – толщина проводника, мм;
мм.
Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:
, (4.5)
где ρ — удельное объемное сопротивление [7], Ом·мм2/м;
l — длина проводника, м;
Uдоп— допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем.
Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:
, (4.6)
где dэ — максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;
Δdн.о — нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, Δdн.о = 0,1 мм;
r — разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах от 0,1 до 0,4 мм. Примем r = 0,1 мм.
d1 = 0,4+0,1+0,1 = 0,6 мм;
d2 = 0,6+0,1+0,1 = 0,8 мм;
d3 = 1,1+0,1+0,1 = 1,3 мм;
d4 = 2,6+0,1+0,1 = 2,8 мм;
Рассчитанные значения d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм. Принимаем для выводов 1-й группы d1 = 0,6 мм; для второй - d2 = 0,8 мм; для третей d3 = 1,3 мм; для четвертой d4=2,8мм.
Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, мм:
, (4.7)
где t — толщина фольги, мм; D1min— минимальный эффективный диаметр площадки, мм:
, (4.8)
где bм — расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [7], bм=0,035мм;
δd и δр — допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [7], δd=0,08мм и δр=0,20мм;
dmax — максимальный диаметр просверленного отверстия, мм:
, (4.9)
где Δd — допуск на отверстие, мм, [7], Δd=0.05мм
Для 1-й группы:
мм;
Для 2-й группы:
Для 3-й группы:
Для 4-й группы:
Максимальный диаметр контактной площадки Dmax, мм:
, (4.10)
Определяем ширину bmin3, проводников при изготовлении комбинированным позитивным методом, мм:
, (4.11)
где b1min — минимальная эффективная ширина проводника b1min=0,18 мм для плат 3-го класса точности.
Принимаем bmin = max{bmin1, bmin2, bmin3} = 0,25 мм
Максимальная ширина проводников, мм:
(4.12)
Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:
, (4.13)
где L0 — расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L0 = 4 мм;
— допуск на расположение проводников, мм, =0,05.
мм
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками, мм:
, (4.14)
Минимальное расстояние между двумя проводниками, мм:
, (4.15)
Контактные площадки для поверхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочных размеров. Для резисторов размеры контактных площадок 0,8×2 мм; для элемента DS1- 1,6×3 мм; для VD1 - 0,9×0,9 мм; для конденсаторов С1, С2, С4, С5, С8, С9 - 1,2×0,8 мм; для дросселя 1×3 мм.
Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,6/1,5; для элементов 2-й группы – 0,8/1,7; для элементов 3-й группы – 1,3/2,2; для элементов 4-й группы – 2,8/3,6. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,3 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой – 0,75 мм; двумя контактными площадками - 0,2 мм; двумя проводниками - 0,35мм.
4.3 Расчет теплового режима
Исходные данные.
Длина блока L1,м - 0,105;
Ширина блока L2, м – 0,15,;
Высота блока L3,м - 0,3;
Коэффициент заполнения Kз - 0,054;
Мощность расеиваемая в блоке Pз, Вт – 5;
Давление среды H1i=H2i, мм.рт.ст - 770;
Мощность рассеевания элементов Pэл., Вт - 3,5;
Максимально допустимая температура тепловыделяющего элемента (DA1) Тэ.эл1., К – 358;
Максимально допустимая температура элемента (ZQ1) Тэ.эл2., К – 343;
Максимально допустимая температура для материала корпуса Тк1, К - 473;
Температура среды Тв., К – 323.
— Рассчитывается поверхность корпуса блока:
м2, (4.16) где и - горизонтальные размеры корпуса аппарата, м.
- вертикальный размер, м.
м2.
— Определяется условная поверхность нагретой зоны:
м2, (4.17)
где - коэффициент заполнения корпуса аппарата по объему,
— Определяется удельная мощность корпуса блока:
Вт/ м2 , (4.18)
где Р - мощность, рассеиваемая в блоке, Вт.
Вт/ м2
— Определяется удельная мощность нагретой зоны:
Вт/ м2, (4.19)
Вт/ м2.
— Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности корпуса блока:
, (4.20)
— Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:
, (4.21)
— Находится коэффициент в зависимости от давления среды вне корпуса блока :
, (4.22)
где - давление окружающей среды в Па.
— Находится коэффициент в зависимости от давления среды внутри корпуса блока :
, (4.23)
где - давление внутри корпуса аппарата в Па.
— Определяется перегрев корпуса блока:
K, (4.24)
К.
— Рассчитывается перегрев нагретой зоны:
К, (4.25)
— Определяется средний перегрев воздуха в блоке:
К, (4.26)
— Определяется удельная мощность элемента:
Вт/, (4.27)
где - мощность, рассеиваемая теплонагруженным элементом (узлом), температуру которого требуется определить, Вт;
площадь поверхности элемента (вместе с радиатором), омываемая воздухом, . Т. к. в данном случае радиатором будет являться корпус блока, то за принимаем площадь корпуса равную Sк .
— Рассчитывается перегрев поверхности элемента:
К, (4.28)
— Рассчитывается перегрев среды, окружающей элемент:
К, (4.29)
— Определяется температура корпуса блока:
K, (4.30)
где - температура среды, окружающей блок , К.
— Определяется температура нагретой зоны:
, K, (4.31)
— Находится температура поверхности элемента:
К, (4.32)
— Находится средняя температура воздуха в блоке:
K, (4.33)
— Находится температура среды, окружающей тепловыделяющий элемент:
К, (4.34)
При сравнении расчётных данных с необходимыми условиями: Тэ.эл 1> Тэ.эл2 > Т в (343>358 > 331,7 K),
Тэ.эл 1> Тэ.эл2 > Т эс(343>358 > 330,7 K),
Тэ.эл 1> Тэ.эл2 > Т з (343>358 > 338,5 K),
Тк1 > Tк (473>326,9 К).
Подтверждается, что тепловой режим блока соблюдается.
4.4 Расчет надежности
Исходными данными для данного расчета является схема электрическая принципиальная устройства «Циклоп» ПАЛ.437291.002.Э3, а также перечень элементов.
Время наработки на отказ tз = 30000 ч.
Коэффициенты электрической нагрузки элементов РЭУ:
Активные: 0,6
Резисторы: 0,7
Конденсаторы: 0,8
Другие: 0,8
В данном расчете учитываются электрический режим и условия эксплуатации элементов, кроме того, принимаются во внимание конструктивные элементы устройства.
Страницы: 1, 2, 3, 4
