Розроблення конструкції частотоміра

- низька вартість;

- простота формоутворення;

- гарні естетичні характеристики;

- механічна міцність і стійкість  до ударних впливів;

- висока технологічність обробки;

- мала щільність (легкість конструкції);

- нешкідливість.

Цим вимогам відповідають різні пластмаси, що знаходять широке застосування в радіотехнічній промисловості. Пластмаси в порівнянні з металами мають меншу щільність, меншу вартість, простіше формоутворення, а також пластмаси не піддаються корозії, нешкідливі, мають гарний зовнішній вигляд, гладку поверхню різних кольорів, і на відміну від металів усі пластмаси є гарними діелектриками. До недоліків пластмас є менша міцність, теплопровідність і теплостійкість у порівнянні з металами. Так як нам більш важлива маса конструкції то доцільно вибрати полістирол удароміцний (полістирол УПМ – 03Л, білий, ОСТ6-05-406-80) через його оптимальні характеристики.

 

 

4. Розрахунок друкованої плати

Оскільки в елементній базі частотоміра (РI71.468162.002 ПЕ) досить велика кількість малих за розміром елементів, то для конструкції, як було сказано вище підійде друкована плата 3 класу точності. При цьому по ГОСТ мінімальна ширина провідника для даного класу точності складає 0.16 мм.

Проведемо розрахунок елементів провідникового малюнку з урахуванням технології виготовлення друкованої плати. Сторони ДП розташовані паралельно лініям координатної сітки

Визначення площі монтажної  поверхні

На основі параметрів елементів (РI71.468162.002 ПЕ) які занесено в таблицю 1 розрахуємо площу монтажної поверхні.

Табл. 4 Елементна база

Найменування і тип	Кільк., шт.	Довжина, мм	Ширина, мм
Резистори  0603 R1 – R15	15	2,8	1
Конденсатори керамічні 2220 С2 – С7	6	5,7	5
Конденсатор алюмініевий 139CLL С1	1	14,3	7,6
Діоди D1, D2	2	4.1	1.8
Карцевий резонатор ZQ1	1	12.9	4.7
Перемикачі S1, S2	2	7,1	2.8
Мікросхема IC1	1	52.3	15.2
Мікросхема IC2	1	5	6.2
Роз’єм J1, J2	2	14.8 *	13,8
Індикатори  A 564 SR	2	50	19

*частина роз’єму виступає над краєм плати, і при складанні потрапляє в спеціальний отвір в корпусі.

 

Визначення  площі монтажу деталей

Визначення малогабаритних деталей.

Ця площа враховує монтажні розміри  резисторів, конденсаторів та діодів. 

 

 

де  - відповідно кількість, довжина і ширина елементів. Усі резистори мають типорозмір 0603 (1,6х0,8мм), а контактні площини для них відповідно 2,8х1мм, конденсатори типорозміру 2220 мають контактні розміри 5,7х5мм, кнденсатор типорозміру 139CLL – 14,3х7,6мм  та для кварцового резонатора 12,9х4,7мм, діоди мають контактні площіни 4,1х1,8 .

Загальний  площа малогабаритних деталей, яка враховує монтажні розміри  резисторів, конденсаторів, діодів та кварцу дорівнює:

Визначення площі монтажу середньо і велико габаритних деталей.

Ця площа враховує монтажні розміри перемикачів, індикаторів, мікросхем та роз’ємів.

Для перемикачів контактні площини 7,1х2,8мм:

Для індикаторів контактні площини 50х19мм:

Для мікросхем 5х6,2 та 52,3х15,2мм:

Для роз’ємів 14,8х13,8мм:

Площа середньогабаритних  деталей  дорівнює:

Визначення загальної площі  монтажної поверхні.

Загальна площа монтажної поверхні буде дорівнювати:

Розрахунок  ширини провідників живлення

Визначимо ширину провідників ланцюгів живлення:

    де  - струм ланцюгів живлення ,

= 250мА

- щільність струму, 25

- товщина фольги, яка дорівнює 35 мкм.

Отже для ланцюгів живлення буде вибрана ширина 0,28мм.

 

Визначення ширини зазорів між  провідниками

Величину зазорів вибираємо  з точки зору технології 0.3мм (комбінований позитивний), оскільки великих напруг на платі між провідниками нема.

 

Висновки:

Розміри друкованої плати  приведені в кресленнях, отриманих  в результаті роботи програмного  продукту Eagle. Розташування на платі елементів відбувалося вручну, трасування провідників відбувалося в автоматичному режимі, із подальшою корекціею. Товщина друкованої плати 1.0мм. 

5. Розрахунок надійності

Для підтвердження працездатності пристрою треба провести розрахунки чинників, що мають найбільший вплив на роботу приладу. Серед них розрахунки надійності, теплові та електричні розрахунки, а також розрахунки міцності для друкованих плат. Для нашого випадку розрахунки теплових режимів не актуальні оскільки в схемі нема вагомих теплових джерел. Відповідно ГОСТ 27.002-83 існують наступні показники:

- імовірність відмовлення в  заданий час;

- середній час відмовлення;

- параметр потоку відмовлення блоку;

- ймовірність безвідмовної робот;

- середній наробіток на відмовлення;

Розрахунок параметра  потоку відмовлень блоку необхідно  робити для граничного значення температури  і вологості повітря (гранична температура 45⁰С; вологість 100%).

Подальші розрахунки будемо вести для робочої ділянки.

На робочій ділянці  , і для імовірності безвідмовної роботи можна записати:  

Для робочої ділянки параметр потоку відмови (інтенсивність відмови) дорівнює:

, де  - параметр потоку відмови і – го елемента.

При експоненціальному  законі, на робочій ділянці, середня  робота на відмовлення:

;

наближена - процентна робота на робочій ділянці:

, де 

- термін роботи, який досягається об’єктом з імовірністю , тобто в проміжку цього часу, імовірність безвідмовної роботи об’єкта не нижче заданої.

Коефіцієнт готовності визначається по формулі:

, де  - час відновлення апарата.

Параметр потоку відмов при реальних умовах експлуатації визначається:

,

  де - коефіцієнти, які враховують вплив навантажень, температури, вологи.

Ймовірність відмовлення  - це функція часу, для якої справедливий експоненціальний закон, - це імовірність того, що фактично тривалість робіт по відмовленню апарата не перевищує заданого часу:

, де 

(промислова РЕА з носінням апаратури) – коефіцієнт одночасної заміни;

- кількість елементів і – групи.

- середній час відновлення  апаратури, у випадку виходу  з ладу елементу і – групи.

Для розрахунку параметру потоку відмов знайдемо потрібні параметри і занесемо їх до таблиці. Рекомендовані значення коефіцієнтів навантаження   візьмемо з літератури (1).

Інтенсивність відмов елементів і-ої групи при експлуатації в заданих умовах розрахуємо за даною формулою:

, де - коефічіен навантаженості елемента (визначается робочою напругою до пастортної)

де  - інтенсивність відмов елементів і – ої рівно-надійної групи при експлуатації в номінальному режимі. Результати занесемо дo таблиці 2:

Табл. 2

Найменування і тип			1/год.	1/год.	1/год.	, год
Резистори  R1 – R15	15	0,7	0,7	0,49	7,35	0,7	5,145
Конденсатори керамічні С2 – С5	4	0,7	0,7	0,49	1,96	0,7	1,372
Конденсатор алюмін. C1	1	0,6	3,0	1,8	1,8	0,7	1,26
Діоди D1, D2	2	0,3	0,5	0,15	0,3	0,7	0,21
Карцеві резонатори Q1	1	0,6	2,5	1,5	1,5	1,1	1,65
Перемикачі S1, S2	2	0,9	3	2,7	5,4	0,8	4,32
Мікросхема IC1	1	0,9	2	1,8	1,8	1,5	2,7
Мікросхема IC2	1	0,8	2	1,6	1,6	1,5	2,4
Роз’єми J1, J2	2	0,6	1	0,6	1,2	1,3	1,56
Пайка	124	1	0,15	0,15	18,6	0,7	13,02
Друкована плата	1	1	0.1	0.1	0.1	1,4	0,14

Параметр потоку відмов:

 

Середній наробіток  на відмову:

Середній час відновлення  працездатного стану:

наближений  - процентний наробіток на відмову:

 

Уточнений - процентна наробіток на відмову:

Коефіціент готовності:

Імовірність безвідмовної роботи блоку за t=10000 годин (відповідно ТЗ)

 

Аналіз розрахунків  показав, що напрацювання на відмову  і середній час відновлення задовольняє  умовам технічного завдання.

Оскільки надійність всієї системи не перевищила надійність самого надійного елементу, то безвідмовність системи буде визначатись безвідмовністю самого елементу. Методи підвищення надійності.

• вхідний контроль елементів;
• контроль технологічних параметрів;
• вузловий контроль;
• зменшення кількості ненадійнх елементів.

 

6. Механічні розрахунки

Проведемо розрахунок віброміцності  друкованого вузла, за визначеною методикою. Розрахунок частоти власних коливань друкованої плати. Вихідні данні:

- довжина плати  a=0.105 м;

- ширина плати      b=0.080м;

- товщина плати    h=1×10ˆ-3 м.

Матеріал друкованої плати –двосторонній фольгований склотекстоліт СФ-2-35Г з параметрами:

- модуль пружності Е=5.7·10¹⁰  Н/м²;

- щільність ρ=2.67·10³ кг/ м³;

- коефіцієнт Пуассона ζ=0,22.

Маса встановлених на платі елементів 

Визначимо масу друкованої плати:

Визначимо масу плати з деталями:

Розраховуємо циліндричну жорсткість:

Визначаємо значення функції  для кріплення плати в чотирьох точках:

де  =1,34– коефіцієнт, залежний від співвідношення довжини і ширини плати.

 

 

 

Визначимо значення резонансної частоти плати:

 

 

Висновок:

Так як резонансна частота плати  перевищує максимальну частоту вібраційних впливів ( ) і правило октави працює, то обраний варіант кріплення плати влаштовує вимоги віброміцності за ТЗ.