Основы конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств: Лабораторный практикум к изучению дисциплины. – СПб: СЗТУ, 2004,- 12с

 

Лабораторный практикум составлен в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 – «Радиотехника» (специальность 200700 – «Радиотехника» и направлению подготовки дипломированного специалиста 654600 – «Информатика и вычислительная техника» (специальность 220100 – «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»).

Методический сборник содержит учебно-расчетные лабораторные работы по компоновке, надежности, технологичности, оценке теплового режима, оценке виброустойчивости и удароустойчивости узлов электронной аппаратуры и, методические указания к их выполнению. Методически учебно-расчетные лабораторные работы связаны с индивидуальными заданиями контрольных работ по соответствующим дисциплинам.

 

Рассмотрено на заседании кафедры процессов управления и информационных систем ………………………..2004 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники ……………………..2004 г.

 

Рецензенты: кафедра конструирования и производства РЭА СЗПИ (зав. кафедрой В.Н.Воронцов, д-р. техн. наук, проф.); В.И.Соколов, д-р. физ.-мат. наук, проф. ФТИ им. А.Ф.Иоффе.

 

Составители: В.Н.Воронцов, д-р. техн. наук, профессор; Д.К. Шелест д-р. техн. наук, профессор.

 

 

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

 

 

Практическое занятие № 1

 

КОМПОНОВКА УЗЛОВ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

 

3.1. Выбор конструктивных решений модулей РЭА

Под компоновкой понимается процесс размещения комплектую­щих модулей, ЭРЭ и деталей РЭА на плоскости или в пространст­ве с определением основных геометрических форм и размеров. В зависимости от уровней модульности различают несколько уровней компоновки аппаратуры: микросхем и ЭРЭ на плате, ячеек в бло­ке, блоков в шкафу и т. д.

Процесс компоновки завершается полу­чением компоновочного эскиза. При компоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость и стабильность, требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режи­ма, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуата­ции, ремонта. Поэтому процесс компоновки устройства должен со­провождаться проведением соответствующих поверочных расчетов.

Размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней должно обеспечивать равномерное и максимальное заполнение конструктивного объема с удобным доступом для осмотра, ремонта и замены. Замена детали или сборочной единицы не должна при­водить к разборке всей конструкции или ее составных частей. Для устойчивого положения изделия в процессе эксплуатации центр тяжести должен находиться возможно ближе к опорной поверх­ности.

Выбор варианта конструкции осуществляется исходя из технических требований и условий производства. По условиям производства рекомендуется применять однотипные кон­струкции ячеек, элементы несущих конструкций, электрические межсоединения, элементы фиксации и крепления.

При компоновке модулей всех уровней необходимо выделить достаточно пространства для межсоединений.

На рис. 3.1 приведены варианты (а—г) компоновки блоков РЭА разъемного типа. Ячейка таких блоков снабжается, как пра­вило, электрическим вилочным соединителем, при помощи которо­го легко вставляется или удаляется из блока. Основным конструк­тивным элементом блока является каркас 1, на котором фикси­руется монтажная панель 3 с установленными на ней гнездовыми соединителями 4. В зависимости от ориентации монтажной панели относительно лицевой панели 2 и расположения ячеек блока 5 су­ществует четыре разновидности компоновки блока.

Рис. 1.1. Варианты компоновки блоков РЭА разъемной конструкции: 1 — каркас;

2 —лицевая панель; 3 — монтажная панель; 4 — электрический соединитель;

5 — ячейка

Вертикально-поперечное расположение монтажной панели с вертикальной ориентацией ячеек (вариант а) используют при значительной длине ячеек в однорамных стойках и в конструкциях многорамных стоек. Такая компоновка позволяет увеличить коэф­фициент заполнения объема РЭА, имеет высокую плотность. Вертикально-поперечное расположение монтажной панели с горизонтальной ориентацией ячеек (вариант в) используют при значительных габаритах ячеек. В этом случае существенно ухуд­шается тепловой режим блока, поэтому, как правило, в блоке применяется - принудительное воздушное охлаждение.

Вертикально-продольное рас­положение монтажной панели (вариант а, где в качестве лицевой используют боковую стенку каркаса) применяют в бло­ках, имеющих значительную глубину.

Рис. 1.2. Варианты компоновки блоков РЭА книжной конструк­ции: 1 — печатная

плата с элементами; 2 — кожух; 3—коммутационная ПП; 4— задняя панель;

5 — шарнирный узел

 

На рис. 3.2 представлены варианты компоновки блоков РЭА книжной конструкции. Механическое объединение ПП между собой и с несущей конструкцией обеспечивается шарнирными узлами 5, позволяющими поворачивать относительно оси раскрытия ПП 1 подобно страницам книги.

В рабочем состоянии ПП стягиваются в пакет стяжными винтами. Возможна вертикальная (вариан­ты а, в) и горизонтальная (вариант б) ориентации плат в блоке. Блок по направляющим устанавливается в стойку или монтажное устройство.

Межсоединения выполняются объемными проводника­ми, печатными жгутами, фиксированным паяным соединением. Проводники и жгуты подпаиваются к ПП со стороны подвески плат к коммутационной плате 3, осуществляющей межсоединения ПП 1 согласно электрической принципиальной схеме блока. На задней панели 4 устанавливается внешний соединитель. Конструк­ция блока позволяет конструировать в рабочем режиме любой электронный узел после удаления стяжных винтов.

Варианты компоновки блоков ЭА кассетной конструкции представлены на рис. 3.3. Кассеты 2 механически соединяются между собой и с несущей конструкцией блока 4 шарниром 5, поз­воляющим откидывать и контролировать любую кассету. В режиме контроля предусматривается фиксация кассеты в откинутом со­стоянии. В рабочем состоянии кассеты объединяются в пакет и крепятся к несущей конструкции стяжными винтами. Межсоедине­ния выполняются объемными проводниками, жгутами, фиксируе­мыми соединениями, соединителями.

 

Рис. 1.3. Варианты компоновки блока РЭА кассетной конструкции: 1—-кожух;

2—кассета; 3—откинутая кассета; 4—несущая конструкция

 

При разработке, монтажной схемы блока нужно предусмотреть подвижность монтажа искус­ственным увеличением его длины для обеспечения откинутого со­стояния кассеты. Возможна вертикальная (варианты а, в) и гори­зонтальная (вариант б) ориентация кассет в блоке.

Примерное число ячеек или ПП N я в блоке РЭА определяется на этапе функционального разбиения электрической принципиаль­ной схемы. На этом же этапе ориентировочно опреде­ляются площадь ячейки и ее габариты.

Рис. 1.4. Конструктивные зоны блока разъемной конструкции

 

Ширина блока выбирается исходя из ширины ПП (ячейки) В я и ширины зоны коммутации Вк. Обычно в блоках микроэлектрон­ной аппаратуры Вк = 30... 40мм. Длина пакета ячеек 1 будет определяться числом ячеек N и их высотой H я, (рис. 3.4):

Длина блока в этом случае

где — длина зоны межблочной коммутации 3; Ly — длина зоны передней панели 4. Длина блока определяется его типом и обычно не может быть изменена, поэтому, если число ячеек оказывается больше того числа, которое может уместиться в размере Lя блока, следует переходить на двухярусную конструкцию.

 

 

Спецификой компоновки ячеек с применением микросхем и микросборок явилось разделение печатной платы модуля на соответствующие конструктивные зоны рис. 1.1, при этом компоновка элементов ячейки (за исключением разъема) регламентировалась только монтажной зоной S монт. Технологическая зона, состоящая из четырех краевых полей вокруг монтажной зоны, предназначается для крепления печатной платы в технологической остнастке при сборке, монтаже и контроле ячейки, а также для крепления несущей конструкции (рамки), установки разъема с выводами и лицевой панели с контрольными гнездами.

Площадь занимаемая электрорадиоэлементами определяется суммой площадей, занимаемых электрорадиоэлементами на плате согласно ОСТ 4ГО.010.030 с учетом площади занимаемой соединительными проводниками

где k – коэффициент учитывающий увеличение площади платы с учетом площади занимаемой соединительными проводниками.

При этом если S _ЭРЭ < S монт, то все электрорадиоэлементы электронной схемы размещаются на одной печатной плате, если S _ЭРЭ > S монт, то определяют количество печатных плат К пп, необходимых для размещения электрорадиоэлементов

 

Размещение электронной схемы на интегральных схемах на печатной плате предусматривает организацию специальных посадочных мест, размеры которых варьируются с учетом типа корпуса интегральной схемы и среднего числа задействованных выводов. Шаги уcтановки интегральных схем в зависимости от среднего числа задействованных выводов приведены в таблице 1. При этом эскиз печатной платы представлен на рис..

 

Разработка конструкции основные этапы:

- изучение технического задания на изделие (печатный узел, блок), в состав которого входит конструируемая плата (п. 1);

- выбор или обоснование типа печатной платы;

выбор или обоснование класса точности;

- выбор габаритных размеров и конфигурации печатной платы;

- выбор материала основания печатной платы;

- размещение навесных элементов на печатной плате;

- трассировка проводников, размещение элементов проводящего рисунка на печатной плате, проверочные рас­четы;

- разработка конструкторской документации (деталиров­ка, сборочный чертеж, слои печатной платы, перечень эле­ментов и т. д.).

На основании требований ТЗ на изделие, в состав кото­рого входит проектируемая печатная плата, определяют ус­ловия эксплуатации, хранения и транспортирования. В зависимости от условий эксплуатации определяют группу жесткости по ОСТ 4.077.000, обусловливающую соот­ветствующие требования к конструкции платы, к исполь­зуемому материалу основания, проводящему рисунку и не­обходимости применения дополнительной защиты от кли­матических, механических и других воздействий.

Рис. 1.5.Эскиз печатной платы

 

Таблица 1.1.

Шаги уcтановки интегральных схем в зависимости от среднего числа

задействованных выводов

Корпус по ГОСТ 17167-79	Среднее число выводов ИМС, не более	Шаг установи ИМС по осям, мм   ИМС по осям, ис. 3.7)
		lx1	ly1
1203.14—5		27, 5	22, 0
1206.14—5		29, 0	25, 0
1207.14—5		29, 0	39, 0
1211.28—5		57, 5	32, 5
2102.14-5		27, 5	17, 5
2130.24—5		50.0	25, 0
2207.48-5		70, 0	47, 5
3101.8—5		12, 5	12, 5
3103.12—5		17, 5	17, 5
4105.14-5		15, 0	20, 0
4106.16—5		17.5	20, 0
4138.42—5		40, 0	37, 5

 

Практическое занятие № 2

 

ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ РЭС

 

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации. Для рас­чета надежности необходимо иметь логическую модель безотказ­ной работы системы. При ее составлении предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и система могут нахо­диться в одном из двух состояний: работоспособном или нерабо­тоспособном.

Элемент, при отказе которого отказывает вся систе­ма, считается последовательно соединенным на логической схе­ме надежности. Элемент, отказ которого не приводит к отказу системы, считается включенным параллельно.