2 РАСШИРЕНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРИБОР«ЦИКЛОП»

1.  Наименование изделия: блок управления «Циклоп».

2.                 Предназначен для автоматического управления системы видеонаблюдения.

3.                 Прибор относится к группе наземной переносной РЭА. Габаритные размеры: не более 200´150´100 мм. Масса не более 1 кг. Конструкция прибора должна предусматривать возможность программирования с пульта дистанционного управления, а также возможность подключения излучателей для управления РЭА.

4.                 Категория размещения – 4 (для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, отсутствие прямого солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра песка и пыли, отсутствие конденсации влаги).

5.                 Вариант исполнения – ТМ (для макроклиматического района с тропическим морским климатом).

6.                 Температура внешней среды может изменяться от 00С до 450С. Относительная влажность воздзуха до 90% при температуре окружающей среды +350С.

7.                 Программа выпуска – 1000 штук/год.

8.                 Среднее время наработки на отказ – не менее 30 тыс. ч. ЗИП не предусматриваются.

9.                 Материал корпуса – силумин АЛ34 (ВАЛ5), ГОСТ 2685 – 75 [4].

10.            Гарантийный срок эксплуатации – 1 год.

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

Корпус прибора должен обеспечивать жесткое закрепление печатной платы и элементов объемного монтажа, защиту платы и ЭРЭ от внешних климатических и механических воздействий. Кроме того, корпус должен быть технологичен, экономически выгоден, обеспечивать требования ремонтопригодности и удобства в эксплуатации.

Прибор предполагает использование в условиях тропического морского климата, это говорит о том, что возможно воздействие влаги и вредных коррозионных веществ на элементы конструкции. Материал корпуса – cплав АЛ34, ГОСТ 2685 – 75, предназначен для литья крупных корпусных деталей, сложных по конфигурации. Сплав АЛ34 является сплавом на основе Al-Si (силумин) отличается высокими литейными свойствами и герметичностью изготовленных отливок. У силуминов удовлетворительная коррозионная стойкость. Обрабатываемость резанием, в термически обработанном состоянии — удовлетворительная. Все элементы корпуса изготавливаются литьем под давлением. После литья поверхности, требующие дополнительной обработки, обрабатывают шлифованием. На основании корпуса создается ступенька, с которой будет контактировать медный островок на плате – теплоотвод для стабилизатора напряжения [4].

Для обеспечения герметичности корпуса между его основанием и крышкой предусмотрена уплотнительная прокладка из резины СКБ ГОСТ 2915-75 [5] (синтетический каучук бутадиеновый). Данный вид герметизации выбран т. к. необходимо создать разборную конструкцию, а герметизация пайкой и сваркой не обеспечивает данного требования. Перед установкой платы в корпус необходимо одеть на разъемы, фотоприемник и индикатор  прокладки (их чертежи приведены в приложении Д).

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.

  мм.

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;

   мм;

 мм.

Для 2-й группы:

   мм;

   мм;

 мм.

Для 3-й группы:

   мм;

   мм;

 мм.

Для 4-й группы:

   мм;

   мм;

 мм.

Максимальный диаметр контактной площадки Dmax, мм:

       ,                                 (4.10)

Для 1-й группы:

мм.

Для 2-й группы:

мм.

Для 3-й группы:

мм.

Для 4-й группы:

мм.

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.

   мм.

Принимаем bmin = max{bmin1, bmin2, bmin3} = 0,25  мм

Максимальная ширина проводников, мм:

                                   (4.12)

                                      мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:

Страницы: 1, 2, 3, 4