Разработка конструкции и технологии изготовления измерителя емкости

Содержание

Введение

1. Разработка технического задания

2. Анализ исходных данных и основные технические требования к разрабатываемой конструкции

2.1 Анализ климатических факторов

2.2 Анализ дестабилизирующих факторов

3. Выбор и обоснование элементной базы унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкции

3.1 Выбор и обоснование элементной базы

3.2 Выбор унифицированных узлов и установочных изделий

3.3 Выбор материалов

4. Выбор и обоснование компоновочной схемы, методов и принципов конструирования

4.1 Выбор компоновочной схемы

4.2 Выбор и обоснование метода и принципа конструирования

5. Выбор способов и методов защиты от дестабилизирующих факторов

5.1 Расчет собственных частот колебаний элементов

5.2 Расчет собственной частоты печатной платы

6. Расчет конструктивных параметров изделия

6.1 Расчет надежности

6.2 Расчет теплового режима

7. Технологическая часть

7.1 Расчет комплексного показателя технологичности конструкции

7.2 Выбор и обоснование технологической схемы сборки

7.3 Разработка маршрута сборки

Заключение

Литература

Техническое задание

Введение

В повседневной работе радиолюбителей часто приходиться определять данные радиоэлементов. Если измерить сопротивление резистора не составляет особого труда – можно воспользоваться обычным мультиметром, то с емкостями конденсаторов дело обстоит сложнее. Для этих целей предложена несложная конструкция измерения емкости, конструкция которого будет разработана в данном курсовом проекте.

В данном курсовом проекте необходимо разработать конструкцию измерителя емкости. В ходе курсового проектирования решаются следующие задачи:

-  проводится разработка технического задания с точки зрения конструктора РЭА;

-  анализируется схема электрическая принципиальная;

-  обосновываются элементная база и материалы проектируемого изделия;

-  проводится выбор базовой несущей конструкции;

-  производится компоновочный расчет;

-  на этапе разработки конструкции печатной платы выполняется расчет проводящего рисунка. Оценивается помехоустойчивость платы;

-  анализируется тепловой режим;

-  оценивается виброзащищенность и устойчивость конструкции в отношении механических воздействий;

-  проводится расчет надежности;

-  разрабатывается комплект конструкторской документации.

1. Разработка технического задания

1.1 Цель и назначение разработки

1.1.1 Целью разработки является создание измерителя емкости с питанием от промышленной электросети с напряжением 220В.

1.1.2 Назначение разработки - создание конструктивно законченного устройства.

1.1.3 Разработка должна обеспечить создание базовой модели блока измерителя емкости.

1.1.4 Дальнейшее развитие разработки должно выполняться путем создания модификаций базовой модели, отличающихся конфигурацией и изменениями функций на основе частных технических заданий.

1.2 Наименование и область применения

1.2.1 Измерителя емкости предназначен для измерения емкости конденсаторов от единиц пикофарад до 9999 микрофарад.

1.2.1 Измерителя емкости предназначен для использования в помещениях с повышенной влажностью и искусственно регулируемыми условиями.

1.3 Источники разработки

1.3.1 Источниками разработки является схема электрическая принципиальная измерителя емкости.

1.4 Технические требования

1.4.1 Состав изделия и требования к конструктивному исполнению устройства

1.4.1.1 Измерителя емкости должен содержать следующие составные части:

¾  плата базовая;

¾  блок индикации;

¾  блок управления.

1.4.1.2  Измерителя емкости должен соответствовать требованиям настоящего ТЗ, ТУ и комплекта конструкторской документации.

1.4.1.3  Принцип построения измерителя емкости должен обеспечивать:

¾  взаимозаменяемость сменных одноименных составных частей;

¾  возможность построения и расширения, совершенствования и изменения технико-эксплуатационных характеристик;

¾  ремонтопригодность.

1.4.1.4 Габаритные размеры корпуса блока должны быть не более, м :

длина - 0,17;

ширина - 0,15;

высота - 0,1.

1.4.1.5  Масса блока должна быть не более 0,8 кг.

1.4.1.6  Конструкция блока должна обеспечивать:

¾  удобство эксплуатации;

¾  возможность ремонта;

¾  доступ ко всем элементам, узлам, требующим регулирования или замены в процессе эксплуатации.

1.4.1.7  Электрическая прочность измерителя емкости между токоведущими цепями, а также между токоведущими цепями и корпусом в нормальных климатических условиях эксплуатации должна обеспечивать отсутствие пробоев и поверхностных перекрытий изоляции.

1.4.1.8  Для антикоррозионной защиты поверхность деталей, сборочных единиц и прибора в целом применять гальванические покрытия.

1.4.2 Показатели назначения

1.4.2.1   Потребляемая мощность блока, Вт, не более 3

1.4.2.2   Диапазон измерения 1–9999 пФ

1–9999 нФ

1–9999 мкФ

1.4.2.3  Основная относительная погрешность измерения не более 0,25%

1.4.3 Требования к надежности

1.4.2.4  Показатели должны соответствовать заданным значениям при нормальных климатических условиях (температура окружающей среды +25°С, относительная влажность 90 %, атмосферное давление 84103 Па).

1.4.2.5  Средняя наработка на отказ, ч 100000.

Вероятность безотказной работы 0,9.

Среднее время восстановления, ч 0,5.

Коэффициент технического использования, не менее 0,95.

1.4.2.6  Средний срок службы - не менее 10 лет с учетом проведения восстановительных работ.

1.4.2.7  Средний срок сохраняемости (до ввода в эксплуатацию) - не менее 9 месяцев.

1.4.2.8  После восстановления работоспособности, по окончании ремонтно-восстановительных работ, изделие должно сохранять показатели назначения, изложенные в настоящем документе.

Требования к уровню унификации и стандартизации

1.4.4.1 Конструкция измерителя емкости должна быть оформлена в унифицированном корпусе.

1.4.4.2 В качестве комплектующих единиц и деталей (коммутационные, установочные, крепежные, изделия электроники) должны применяться серийно выпускаемые изделия.

1.4.4.3 Сборочные единицы типа монтажных плат, панелей, крепежных и установочных узлов должны быть унифицированными.

1.4.4.4 В конструкции измерителя емкости должны быть заимствованы сборочные единицы, узлы и детали из ранее разработанных изделий.

1.4.5 Эстетические и эргономические требования

1.4.5.1 Блок измерителя емкости должен отвечать общим требованиям эстетики по ГОСТ 24750-81.

1.4.6 Требования к транспортировке и хранению

1.4.6.1  Изготовителя транспортируют на любое расстояние автомобильным и железнодорожным транспортом (в закрытых транспортных средствах), авиационным транспортом (в герметизированных отсеках самолетов), водным транспортом (в трюмах судов). Транспортирование должно осуществляться в соответствии с правилами перевозок, действующими на каждом виде транспорта.

1.4.6.2  Условия транспортирования измерителя емкости в таре для транспортирования должны быть:

¾  температура окружающего воздуха, °С -20...+50;

¾  относительная влажность воздуха при +35°С, % до 95;

¾  среднемесячное значение при температуре +27°С ,% 70;

¾  атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.) 84,0...107,0 (630...800).

1.4.6.3  Размещение и крепление упакованных изделий в транспортных средствах должно обеспечивать их устойчивое положение, исключить возможность ударов их друг о друга.

1.4.6.4  Измерителя емкости должен храниться в упаковке в складских помещениях у изготовителя и потребителя при температуре воздуха 5...35°С и относительной влажности воздуха не более 85%. В помещениях для хранения не должно быть агрессивных примесей (паров, кислот, щелочей), вызывающих коррозию.

1.4.6.5  Изделие следует хранить на стеллажах.

1.4.6.6  Расстояние между стенами, полом хранилища и изделием должно быть не менее 100мм, а между отопительными устройствами не менее 0,5м.

1.4.6.7  Измеритель который транспортировался при температуре ниже 0°С, должен быть выдержан в нормальных условиях не менее двух часов.

2. Анализ исходных данных и основные технические требования к разрабатываемой конструкции

2.1. Анализ климатических факторов

Изделия должны сохранять свои параметры в пределах норм, установленных техническими заданиями, стандартами или техническими условиями в течение сроков службы и сроков сохраняемости, указанных в техническом задании после или в процессе воздействия климатических факторов, значения которых установлены ГОСТ 15150-69.

Изделия предназначают для эксплуатации в одном или нескольких макроклиматических районах и изготавливают в различных климатических исполнениях.

Разрабатываемое устройство предназначено для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатами.

К макроклиматическому району с умеренным климатом относятся районы, где средняя из абсолютных максимумов температура воздуха равна или ниже + 40 °С, а средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха равна или выше - 45 °С.

К макроклиматическому району с холодным климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха ниже - 45 °С.

Исходя из вышесказанного, измерителя емкости будет изготавливаться в климатическом исполнении УХЛ.

Следует отметить, что изделия в исполнении УХЛ могут эксплуатироваться в теплом влажном, жарком сухом и очень жарком сухом климатических районах по ГОСТ 16350-80, в которых средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха выше 40 °С, и сочетание температуры, равной или выше О °С, и относительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается более 1 часов в сутки за непрерывный период более двух месяцев в году.

Изделия в различных климатических исполнениях в зависимости от места размещения при эксплуатации в воздушной среде на высотах до 4300 м изготавливают по категориям размещения изделий.

Разрабатываемый измерителя емкости предназначен для эксплуатации в помещениях (объемах) с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других помещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения, ветра, песка, пыли наружного воздуха, отсутствие или существенное уменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги), а конкретнее - в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типа помещениях. Следовательно, измерителя емкости относится к категории исполнения 4.2.

Нормальные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации изделий принимают равными следующим значениям:

верхнее рабочее значение температуры окружающего

воздуха при эксплуатации, °С +35;

нижнее рабочее значение температуры окружающего

воздуха при эксплуатации, °С +10;

¾  верхнее предельное рабочее значение температуры

окружающего воздуха при эксплуатации, °С +40;

¾  нижнее предельное рабочее значение температуры

окружающего воздуха при эксплуатации, °С +5;

¾  величина изменения температуры окружающего воздуха за 8 ч., °С 40;

верхнее значение относительной влажности при 25 °С, % 90;

¾  среднегодовое значение относительной влажности при 20 °С, % 60;

рабочее значение атмосферного давления, кПа 84.

Указанное верхнее значение относительной влажности воздуха нормируется также при более низких температурах; при более высоких температурах относительно влажность ниже.

Так как нормированное верхнее значение относительной влажности 90%, то конденсация влаги не наблюдается.

За нормальные значения факторов внешней среды при испытаниях изделия (нормальные климатические условия испытаний) принимаются следующие:

температура, °С +20±10;

относительная влажность воздуха, % 45...90;

атмосферное давление, Па 84.

Так как измерителя емкости предназначен для работы в нормальных условиях, в качестве номинальных значений климатических факторов указанные выше принимают нормальные значения климатических факторов указанные выше.

За эффективную температуру окружающей среды (при тепловых расчетах) принимается максимальное значение температуры.

За эффективное значение давления воздуха принимается среднее значение давления.

Группа условий эксплуатации по коррозионной активности для металлов и сплавов без покрытий, а также с неметаллическими и неметаллическими неорганическими покрытиями - 1.

Группа условий эксплуатации в зависимости от климатического исполнения к категории размещения изделия (УХЛ 4.2) - 1.

Условия хранения изделий определяются местом их размещения, макроклиматическим районом и типом атмосферы и характеризуется совокупностью климатических факторов, воздействующих при хранении на упакованные или законсервированные изделия. Согласно ГОСТ 15150-69, для проектируемого изделия удовлетворительными являются условия хранения в отапливаемых и вентилируемых складах, хранилищах с кондиционированием воздуха, расположенных в любых макроклиматических районах.

Обозначения такого хранилища: основное - 1, буквенное - Л, текстовое “отапливаемое хранилище”. Климатические факторы, характерные для данных условий хранения:

температура воздуха, °С +5...+40;

максимальное значение относительной влажности

 воздуха при +5 °С, % 80;

¾  среднегодовое значение относительной влажности

 воздуха при 20 °С, % 60;

пылевое загрязнение незначительно;

действие солнечного излучения, дождя, плесневых грибков отсутствует.

Условия транспортирования данного изделия являются такими же, как и условия хранения 5. Транспортировка осуществляется в закрытых транспортных средствах, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе.

Климатические факторы, характерные для данных условий транспортировки:

температура воздуха, °С -20...+50;

¾  максимальное значение относительной влажности

 воздуха при -50 °С, % 100;

среднемесячное значение влажности воздуха при 27 °С, % 60;

пылевое загрязнение незначительно.