Конструирование блока индикации

• обратная – определение номинального размера, предельных отклонений и допуска замыкающего звена по заданным номинальным размерам и предельным отклонениям составляющих звеньев;
• прямая – определение допусков и предельных отклонений составляющих размеров по всем заданным номинальным размерам и заданным предельным отклонениям исходного размера.

Размерные цепи можно  решать несколькими методами (ГОСТ 16320-80 ):

• метод полной взаимозаменяемости;
• вероятностный метод;
• метод регулирования и пригонки;
• метод групповой взаимозаменяемости.

Из теории вероятности  известно что одновременное сочетание  предельных размеров деталей в сборочной  единице маловероятно. При нормальном законе распределения отклонения параметров 99,73% сочетаний размеров будут отвечать условиям задачи. И только 0.27% будут составлять брак. Если стоимость брака в подобных условиях не будет превышать стоимости устранения брака, то допуск на составляющие размеры при заданном допуске замыкающего звена можно увеличить. Предполагая, что отклонения размеров подчиняются нормальному закону распределения, математическое ожидание распределения располагается в середине полей допусков, а поле допуска лежит в границах 6σ, можно применить теоретико-вероятностный метод расчета размерных цепей.

Приведем расчет следующей  размерной цепи, см. рис. 4.5:

Рис. 4.4 Участок боковой части кронштейна.

 

                                     Рис. 4.5 Размерная цепь.

Полагая, что погрешности  замыкающего и составляющих звеньев  подчиняются нормальному закону распределения, а границы их вероятного распределения составляют 6σ и лежат в пределах допусков, можно принять, что допуск:

               TA_i = 6σ_Ai или σ_Ai = TA_i/6                                    (4.4.2)

Аналогично для замыкающего  звена:

              TA_∆ = 6σ_A∆ или σ_A∆ = TA_∆/6                                  (4.4.3)

Учитывая это, можно  получить уравнение для определения  допуска замыкающего звена:

                                                                (4.4.4)

Рассчитаем размерную  цепь в соответствии с рисунком

 Размеры А_1, А_2, А₃ и предельные отклонения:

мм;

мм;

мм;

Определяем номинальный  размер А_Δ :

                             А_Δ1=А₃ –(А₁ +А₂)=90-(80+5)=5 мм.

По формуле 4.4.4 находим  допуск замыкающего звена:

Таким образом  расстояние между краем кронштейна и печатной платой равно 5±0,34 мм, что соответствует свободному креплению к корпусу.

 

4.4. Анализ ремонтопригодности блока

 

Ремонтопригодность есть свойство приспособленности изделия  к обнаружению, устранению и предупреждению отказов и к выполнению ремонтов в течение заданного времени при полном обеспечении ремонтными средствами и запасными частями.  Аппаратура с высокой ремонтопригодностью позволяет проводить ее ремонты наиболее простыми средствами и с минимальными затратами со стороны обслуживающего персонала.

Ремонтопригодность определяется:

 – средствами проверки функциональных и параметрических величин системы;

 – временем, необходимым для отыскания места неисправности и выяснения ее характера;                                           

 –   доступом к сменным узлам с минимальной затратой времени;

•   взаимозаменяемостью узлов и удобством их замены;
• обеспеченностью  и состоянием ремонтного инструмента и оборудования;
• укомплектованностью запасными частями и принадлежностями;
• условиями размещения аппаратуры в аппаратных помещениях.   

           Уровень  ремонтопригодности предусматривают  на ранней стадии проектирования  – при компоновке изделия и  в том объеме, как этого требуют  ТУ.

  Компоновка  производится с учетом основного принципа ремонтопригодности  –  взаимозаменяемости и доступа к сменным узлам. Используют корпуса приборов, строек и шкафов систем РЭА унифицированной конструкции с типовым расположением в них блоков, рам и панелей.

Наиболее совершенной считается конструкция, которая одновременно с большой надежностью имеет минимальные габаритные размеры, массу и высокую ремонтопригодность. Между этими противоречивыми качествами с трудом можно найти соответствие, отвечающее оптимальному решению. Высокая ремонтопригодность отличается отсутствием сложных установочных манипуляций, дополнительных электромонтажных работ, длительных разборочных операций и большого количества винтовых креплений. Одним из главных качеств ремонтопригодности является несложность обслуживания, простота и оперативность операций восстановительного ремонта.

В разработанной конструкции  приняты следующие меры по улучшению  ремонтопригодности:

       1. Схема электрическая принципиальная блока была разбита на печатные узлы по функционально – узловому принципу, что обеспечивает более рациональную компоновку блока и обеспечивает удобный доступ к  ЭРЭ, входящих в состав блока;

2. В конструкции было, по возможности, сведено к минимуму  количество винтовых креплений;

3. На поверхности печатных плат не применяется заливка, что обеспечивает свободный доступ к ЭРЭ.

Все перечисленные меры обеспечивают проектируемому изделию  достаточно высокую ремонтопригодность.

 

 

5.Экспериментальная  часть. 

 

В настоящее время  для реализации и создания различных конструкторских решений находят широкое применение различные системы автоматизированного проектирования (САПР). Рассмотрим более подробно САПР, использовавшиеся при написании данного дипломного проекта.

• 5.1. Проектирование печатной платы с помощью САПР.

 

При проектировании печатной платы контроллера была задействована  САПР P-CAD 2006.

Интегрированная САПР P-CAD - это наиболее популярная система  автоматизированного проектирования и подготовки производства печатных плат, начиная от создания схемы  электрической принципиальной и заканчивая выводом конструкторской и технологической документации на печатную плату и формированием управляющих программ для станков с ЧПУ и фотокоординатографов. Популярность системы заключается в сочетании нескольких ее качеств: доступности и относительно низкой цены, удобного меню пользователя, высокого уровня интегрированности и легкой настройки на различные уровни автоматизации производства от практически полной автоматики до ручного проведения соединений между элементами.

Возможности САПР P-CAD [12]: Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств[12]. В состав P-GAD входят четыре основных модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ (рис. 5.1).

 

Рис. 5.1. Структура системы проектирования P-CAD

 

 

P-CAD Schematic и P-CAD PCB - соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и ПП. Редакторы имеют системы всплывающих меню в стиле Windows, а наиболее часто применяемым командам назначены пиктограммы.

P-CAD Library Executive - менеджер библиотек. Интегрированные библиотеки P-CAD содержат как графическую информацию о символах и типовых корпусах компонентов, так и текстовую информацию (число секций в корпусе компонента, номера и имена выводов, коды логической эквивалентности выводов и т.д.). Программа имеет встроенные модули: Symbol Editor — для создания и редактирования символов компонентов и Pattern Editor — для создания и редактирования посадочного места и корпуса компонента. Упаковка вентилей компонента, ведение и контроль библиотек осуществляются модулем Library Executive. Модуль имеет средства просмотра библиотечных файлов, поиска компонентов, символов и корпусов компонентов по всем возможным атрибутам.

Автотрассировщики вызываются из управляющей оболочки P-CAD РСВ, где и производится настройка стратегии трассировки. Информацию об особенностях трассировки отдельных цепей можно с помощью стандартных атрибутов ввести на этапах создания принципиальной схемы или ПП. Первый трассировщик QuickRoute относится к трассировщикам лабиринтного типа и предназначен для трассировки простейших ПП. Второй автоматический трассировщик PRO Route трассирует ПП с числом сигнальных слоев до 32.

 

• проектирование печатных плат размером 1524 х 1524 мм;
• размещение до 1300 элементов;
• проведение до 2500 связей между элементами в 32 слоях;
• поворот элементов на любой угол;
• задание размеров контактных площадок и толщин проводников с   точностью до 1 мкм;
• задание шага координатной сетки;
• оформление конструкторской документации;
• подготовка технологических файлов для изготовления РЭС.

При разработке конструкции  платы учитывались исходные данные, полученные на предыдущих этапах выполнения проекта:

• класс точности печатной платы - 3-ый.
• минимальная ширина проводников - 0,4 мм;
• размеры контактных площадок согласно разделу 5.2.

Процесс проектирования печатной платы подразделяется на несколько  этапов:

Составление электрической  принципиальной схемы преобразователя осуществляем с помощью графического редактора Shematic. После чего генерируем список цепей. По окончании имеем *.sch файл, содержащий графическое описание элементов и *.net файл, содержащий список цепей электрической принципиальной схемы.

Создание библиотеки электрорадиоэлементов. Для этого сначала формируем схемные образы отдельных элементов электрической принципиальной схемы  с помощью редактора Symbol Editor, затем создаем конструктивные образы всех электрорадиоэлементов электрической принципиальной схемы с помощью редактора Pattern Editor. После создания схемных и конструктивных образов электрорадиоэлементов осуществим их взаимосвязь с помощью редактора Library Executive. По окончании имеем *.lib файл, содержащий взаимосвязанные схемные и конструктивные образы электрорадиоэлементов.

Размещение электрорадиоэлементов  на поле печатной платы будем  осуществлять в редакторе PCB. Для этого загружаем  файл, содержащий список цепей, который  был создан при отрисовки электрической  принципиальной схемы в редакторе Schematic, далее формируем контур, выбранной печатной платы. При расстановки компонентов необходимо руководствоваться следующими требованиями:

• критерием минимального числа переходных отверстий, т.е. компоненты, размещенные на одной стороне, должны иметь минимум связей с компонентами на другой стороне;
• минимальной длины проводников.

После размещения всех элетрорадиоэлементов на обеих сторонах печатной платы, в  диалоговом окне закладки Design Rules прописываем  все критерии печатного рисунка. Результат показан на рисунке 5.2.

Рис. 5.2 Расположение радиоэлементов на контуре платы

Трассировку выполняем  автоматически в редакторе Shape Router, вызываемом непосредственно из редактора PCB. В итоге получаем *.pcb файл, содержащий полностью разведенную печатную плату.

Для получения готовой  конструкторской документации экспортируем полученный *.pcb файл в DXF – формат, который поддерживается САПР AutoCAD и КОМПАС-3D. Результаты трассировки приведены на рисунке 5.3.

Рис.5.3 Результаты трассировки платы преобразователя.

 

6. Технологическая часть.

 

• 6.1.  Оценка технологичности конструкции.

Под технологичностью  конструкции  аппаратуры  следует  понимать совокупность  свойств  конструкции, проявляющихся  в  возможности оптимальных затрат труда, материалов и времени  при  технической подготовке производства, изготовления, эксплуатации и ремонта.

Условия изготовления  или ремонта изделия определяются специализацией и организацией  производства,  применяемыми  технологическими процессами и годовой программой.

Оценка технологичности  конструкции изделия может быть качественной и количественной. Количественная оценка технологичности конструкции  выражается показателем, численное  значение которого характеризует  степень  удовлетворения  требованиям  технологичности  конструкции.  Количественная оценка рациональна только в зависимости  от  признаков, которые  существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции.