Учебное пособие: Учебно-методическое пособие для курсового проектирования по дисциплине «Конструирование радиоэлектронных средств» для студентов специальности

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Полоцкий государственный университет»

Кафедра конструирования и технологии РЭС

Молодечкина Татьяна Викторовна

Учебно-методическое пособие

для курсового проектирования по дисциплине

«Конструирование радиоэлектронных средств »

для студентов специальности

«Моделирование и компьютерное проектирование РЭС »

дневной и заочной формы обучения

Новополоцк 200 7

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Содержание и объем курсового проекта

Курсовой проект должен содержать: расчетно-теоретическую часть, помещаемую в пояснительной записке, и графическую часть, представленную комплектом чертежей.

При изложении материала в пояснительной записке рекомендуется придерживаться следующего расположения разделов:

1. Титульный лист.

2. Задание на курсовое проектирование.

3. Содержание.

4. Введение.

5. Разработка развернутого технического задания и формулирование дополнительных частных технических требований к конструкции изделия.

6. Обзор аналогичных разработок и анализ технического уровня разрабатываемой конструкции.

7. Анализ требований технического задания.

8. Разработка конструкции изделия и его составных частей:

- выбор и обоснование методов конструирования, структуры конструкции и разработка компоновочной схемы изделия;

- выбор и обоснование применяемой элементной базы;

- разработка конструкций модулей различных иерархических уровней (приборов, блоков, панелей, печатных узлов, печатных плат, микросборок и т.п.)

- выбор, обоснование и разработка способов электромонтажа и соединений модулей;

- выбор и обоснование способов защиты конструкции изделия и разработка несущих конструкций и вспомогательных конструкций. Выбор и обоснование применяемых конструкционных материалов;

- разработка "внешнего" оформления конструкции изделия, описание разработанной конструкции и оценка ее качества;

9. Конструкторские расчеты:

- выбор и обоснование необходимости проведения конструкторских расчетов модулей различных уровней конструктивной иерархии;

- сами конструкторские расчеты и их анализ;

10. Выводы и заключение.

11. Литература.

Общий объем расчетно-пояснительной записки 45-50 с. Графическая часть проекта включает комплект чертежей на разрабатываемую конструкцию.

Организация курсового проектирования и защита проекта

На выполнение курсового проекта по дисциплине «Конструирование РЭУ» по учебному плану специальности "Моделирование и компьютерное проектирование РЭС" отводится примерно 12 недель. Работа над курсовым проектом является самостоятельной работой студента , проводимой под руководством и контролем руководителя проектирования. В установленные расписанием дни и часы студент консультируется у своего руководителя. Обычно время работы над курсовым проектом разбивается на три этапа. После завершения определенного этапа проектирования следует окончательно оформить текстовую и графическую документацию.

Объем выполненной студентом работы по каждому этапу оценивается руководителем проектирования в процентах от общего объема проектирования.

Оформленный курсовой проект сдается студентом руководителю на проверку не позднее, чем за 3 дня до назначенного срока защиты. После проверки и допуска к защите преподавателем проект может быть представлен к защите.

Защита курсового проекта проиводится перед комиссией, назначаемой заведующим кафедрой КиТ РЭС и включает в себя доклад в течение 5-8 минут, а также ответы на вопросы членов комиссии. В докладе студент обязан изложить суть его курсового проекта и показать пути реализации решаемых задач, дать обоснование принятым в проекте техническим решениям (отметив оригинальные), кратко охарактеризовать каждый вывешенный для защиты лист, рассказать о проведенных расчетах.

Принятые конструктивные решения и выполненные расчеты должны сопровождаться выводами. В заключение студент должен отразить соответствие разработанного проекта требованиям технического задания.

Студенту на защите могут задаваться любые теоретические и практические вопросы по конструкции и технологии изготовления разработанной сборочной единицы.

По выступлению студента и его ответам на вопросы комиссия судит о его способностях правильно и доходчиво излагать результаты своей работы, поэтому выступление рекомендуется подготавливать заранее.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Общие указания

Настоящие методические указания преследуют цель облегчить студентам работу над проектом, намечают основные направления выполнения курсового проекта. При этом не исключается самостоятельный выбор студентом путей решения тех или иных задач курсового проекта, применение других обоснованных методов проектирования и расчета.

Рекомендуется начинать проектирование с анализа плана работы над проектом, в котором необходимо предусмотреть изучение литературы, повторение некоторых дисциплин, разработку конструкции, оформление пояснительной записки, выполнение чертежей и т.д. На основании обязательного графика выполнения работ студент самостоятельно составляет развернутый календарный план выполнения курсового проекта с учетом контрольных точек, оговоренных заранее консультантом проекта. В этом случае обеспечивается самоконтроль, равномерное распределение нагрузок по этапам проектирования, что оказывает положительное влияние на качество разработки и облегчает работу. Желательно в течение одного рабочего дня чередовать различные виды работ, т.е. заниматься двумя-тремя разделами плана. Сведения, полученные из технической, нормативной литературы, рекомендации преподавателя и другое целесообразно фиксировать в рабочей тетради.

Требования к построению и содержанию пояснительной записки

Ниже приводятся требования к последовательности разделов и содержанию пояснительной записки, вытекающие из логической последовательности процесса конструирования изделий РЭУ.

Введение

Этот раздел пояснительной записки должен кратко характеризовать современное состояние научно-технической разработки, решению которой посвящен данный курсовой проект. Здесь должна быть также сформулирована цель работы. Кроме того, во введении надо обосновать необходимость проведения подобной работы, ее значимость, показать актуальность темы .

Разработка развернутого технического задания и формулирование дополнительных частных требований к конструкции

Цель раздела: описать приемлемый конечный результат предстоящего процесса проектирования, независимый от проектных характеристик, которые

могут свободно изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Техническое задание должно состоять из введения и следующих разделов:

- основание для разработки;

- источники разработки;

- технические требования;

- экономические показатели;

- порядок испытаний.

Рекомендуется, чтобы во «Введении» было оговорено, для чего данное изделие предназначено. Можно привести краткую характеристику области применения данного изделия.

В разделе «Основание для разработки» приводят наименование и шифр разрабатываемого изделия.

В разделе «Источники разработки» указывают наименование изделия, на базе которого выполняют разработку, и наименование изделия, взамен которого проводят разработку.

Особое внимание должно быть уделено разработке технических требований. Технические требования подразделяются на общие (присущие группе однотипных изделий и оговариваемые в соответствующей НТД) и частные (присущие только разрабатываемому изделию).

Рекомендуется, чтобы раздел «Технические требования» состоял из следующих подразделов:

- состав изделия;

- технические параметры (показатели);

- требования к надежности;

- принцип работы;

- конструктивные параметры;

- условия эксплуатации;

- требования безопасности;

- дополнительные технические требования;

- требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению;

- требования к патентной чистоте.

В подразделе «Состав изделия» должны быть указаны наименование и назначение составных частей основного исполнения изделия и возможность его изменения; требования к стандартным, унифицированным и заимствованным составным частям (включая покупные), сырью и материалам, в том числе к материалам, используемым при обслуживании и эксплуатации изделия; требования к использованию комплектующих элементов; требования к запасным частям, инструменту и принадлежностям и т.д.

В подразделе «Технические параметры» должны быть приведены основные технические показатели изделия, определяющие целевое назначение изделия (например, производительность), время выполнения операции, тактовая частота, объём оперативной памяти, точность, чувствительность, требования к электропитанию, электрической прочности и сопротивлению изоляции, потребляемая мощность, коды, используемые для обмена и обработки информации, и другие необходимые требования.

В подразделе «Требования к надежности» должны быть указаны значения показателей надежности.

В подразделе «Принципы работы» должно быть приведено описание работы изделия.

В подразделе «Конструктивные параметры» должны быть приведены требования к исполнению корпуса, панели и шасси (степень защищенности, использование типовых унифицированных или нормализованных элементов корпусов, панелей и шасси), необходимость и тип вентиляции, экранирования, теплоотвода, корпусной изоляции, весовые характеристики, габариты, координаты крепления, присоединительные элементы (колодки, разъемы, гермовыводы, элементы управления и регулировки прибора и их желательное расположение), требования по взаимозаменяемости, инженерной психологии, безопасности, удобства обслуживания, заданные коэффициенты унификации, применяемости. Могут быть также указаны:

- дополнительные требования, связанные с особыми условиями работы, например, радиационная стойкость, пожаро - и взрывобезопасность и т.д.;

- конструктивные требования к изделию в целом и его составным частям (например, базовые конструкции, габаритные, установочные и присоединительные размеры, способы крепления и регулирования органов управления, масса изделия);

- требования к уровню радиопомех, создаваемых изделием;

- требования технической эстетики (художественного конструирования);

- эргономические требования.

В подразделе «Условия эксплуатации» должны быть указаны допускаемые воздействия климатических условий (например, температуры, влажности, атмосферного давления, пыли, агрессивных сред), механических нагрузок (вибрационных, ударных), электромагнитных волн, а также виды обслуживания (например, постоянное, периодическое).

В подразделе «Требования безопасности» должны быть изложены требования к обеспечению безопасности при монтаже, эксплуатации, обслуживании и ремонте.

В подразделе «Требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению» должны быть изложены требования к упаковке изделия, а также указаны виды транспортных средств, условия транспортирования и хранения.

В подразделе «Требования к патентной чистоте» должен быть приведен перечень стран, в отношении которых должна быть обеспечена патентная чистота изделия.

В разделе «Экономические показатели» должны быть указаны срок и общие требования к проведению испытаний изделия.

В разделе «Исходные и справочные материалы» должны быть указаны все известные технические материалы, необходимые для выполнения ТЗ, общие ТУ на аналогичные изделия, ТУ на применяемые блоки, узлы, тактико-технические требования, номера принципиальных электрических схем, инструкции, описания и т.д.

Обзор аналогичных разработок и анализ технического уровня

разрабатываемой конструкции

Задача данного раздела - изучить последние достижения в заданной области конструирования. По литературе анализируются все известные технические решения, дается обзор и сравнительный анализ схем, конструкций и технологий современных отечественных и зарубежных устройств РЭУ и выявляются лучшие для дальнейшего выбора оптимального варианта при заданных условиях проектирования. На основе технического анализа и патентной экспертизы студент выбирает решение поставленной задачи. При выборе начальных структурных решений необходимо определить также все технологические процессы, которые необходимо будет применять при заданном типе производства конструкции. Рекомендуется составлять разные таблицы наилучших методов конструирования и технологических процессов изготовления.

Анализ требований технического задания

В этом разделе должны быть тщательно проанализированы все пункты технического задания с целью определения возможности выполнения конструкции.

Анализ технического задания рекомендуется начинать с изучения особенностей электрической принципиальной схемы устройства, способных повлиять на конструкцию изделия. Для этого первоначально анализируют назначение устройства, его состав, принцип работы. Анализ электрической схемы ведется обычно по следующим направлениям:

- выявление специфики схемы (частотный диапазон или быстродействие, чувствительность, точность, энергетические показатели и т.д.);

- выявление органов управления, коммутации и регулировки;

- выбор нестандартных электрорадиоэлементов.

В результате анализа схемы и схемотехнических данных (или поверочного расчета) выявляются также те участки схемы, которые могут быть источниками электрических, магнитных или тепловых полей, вызывающих нестабильность работы или снижение надежности устройства. Далее производится анализ эксплуатационных, конструкторско-технологических, экономических и специальных требований.

Студент должен тщательно проанализировать каждое требование технического задания с точки зрения его влияния на выбор конструкции в целом и каждой ее составной части и составить перечень требований к их конструкции. Например, указанное в задании значение повышенной влажности может предъявлять к конструкции требование обеспечения влагозащиты элементов путем использования герметичного корпуса; малый объем выпуска - требования к конструкции деталей с точки зрения изготовления их на универсальном технологическом оборудовании без применения специального инструмента и специальной оснастки и т.п.

Разработка конструкции изделия и его составных частей

Выбор и обоснование методов конструирования, структуры конструкции и разработка компоновочной схемы изделия

В этом подразделе по сути дела должна быть произведена предварительная разработка конструкции и дано обоснование ее выбора и методов конструирования, а также - разработка первоначального варианта компоновки с разработкой эскизных решений, исходя из требований технического задания.

Эта часть является наиболее сложной, поскольку от правильности выбора метода конструирования, компоновочной схемы, принципов компоновки зависят многие важнейшие характеристики изделия, такие как габариты, масса, ремонтопригодность и т.д.

Сложность изделий РЭУ в большинстве случаев требует расчленения схемы устройства на отдельные структурные части (уровни). Наиболее широко при создании конструкций современных РЭУ нашел применение модульный метод конструирования, когда определенная схемно-структурная часть реализуется в виде конструктивно-законченных частей (уровней) - модулей. По этому методу изделия РЭУ могут компоноваться из конструктивных модулей по следующим геометрическим компоновочным схемам: децентрализованной, централизованной и централизованной с вынесенными пультами.

Модульная компоновка позволяет "сворачивать", "выпрямлять" и "разносить" в пространстве принципиальные схемы отдельных конструктивных модулей в самых разнообразных вариантах и пропорциях, что удобно как при проектировании, так и при эксплуатации РЭУ. Варианты компоновки могут предусматривать полное или неполное выдвигание модуля по направляющим из объема конструкции; поворот модулей по шарнирным сочленениям, соединяющим ребра модулей ("книжный вариант"); раскрытие компоновочного объема по шарнирным сочленениям, расположенным в ребрах раскрывающихся частей и др.

Как правило, задание на курсовое проектирование предусматривает обычно разработку конструкции изделия РЭУ невысокой функциональной сложности, поэтому за основную компоновочную схему может быть принята одно- или многоблочная централизованная схема. При этом с учетом системного подхода конструкция обычно может быть реализована на уровне блока (панели), а в ряде случаев - в виде субблока, ячейки и даже микросборки.

Одним из достоинств модульного метода конструирования является возможность использования при проектировании изделий РЭУ конкретных систем базовых конструкций, обеспечивающих возможность применения типовых (унифицированных) конструкций модулей, их конструктивную входимость по всем иерархическим уровням, конструктивно-технологическую преемственность возможных решений при модернизации; совместимость и единство художественно-конструктивного решения; использование современной и перспективной технологии производства изделий РЭУ.

В ряде случаев, при разработке, например, специализированных изделий РЭУ применение систем базовых конструкций является нецелесообразным. Это объясняется тем, что высокий уровень стандартизации базовых конструкций не позволяет одновременно получить технические параметры проектируемого изделия выше значений, определяемых на момент проектирования уровнем развития науки и техники. Поэтому в таких случаях необходимо выполнять оригинальные оптимальные конструкции и их компоновки. Отметим также, что при создании некоторых конструкций РЭУ (например, отдельных узлов) наряду с модульным методом находят применение: машиностроительный, геометрический, топологический и другие методы.

Составные части электрической схемы устройства (узлы) в свою очередь могут быть реализованы по одному из следующих принципов: моносхемному, схемно-узловому, блочному и функционально-узловому. Предпочтение следует отдавать функционально-узловому принципу, позволяющему выполнять устройство как конструктивно, так и функционально законченным.

При предварительном выборе структуры конструкции и ее компоновке приходится решать ряд задач, связанных как с необходимостью удовлетворения основных требований, обусловленных техническим заданием, так и дополнительных, обусловленных методами конструирования, компоновки, монтажа и др. Часто требования могут быть противоречивыми.

Выбранное решение структуры конструкции должно удовлетворять:

- основному назначению изделия;

- нормальному режиму работы;

- требованиям надежности, ремонтопригодности;

- требованиям стандартизации и унификации;

- требованиям эргономики и эстетичности;

- требованиям технологичности и экономичности с учетом заданных условий производства.

Принятие решений по компоновке конструкции должно сопровождаться обобщенными поверочными расчетами, такими как компоновочный расчет с определением габаритов, форм и массы конструкции; расчет надежности; оценка теплового режима и электромагнитной совместимости; выбор способа охлаждения и др.

Выбор и обоснование применяемой элементной базы

Выдаваемая студенту при курсовом проектировании электрическая принципиальная схема устройства обычно требует доработки. Ее следует даже рассматривать как функциональную и возможно дорабатывать (по согласованию с руководителем проекта ) в соответствии с дополнительными электрическими и эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к изделию (например, быстродействие, помехоустойчивость, жесткие условия эксплуатации и т.п.). Доработанная или переработанная электрическая принципиальная схема вместе с перечнем элементов служит в дальнейшем в качестве основы разработки печатных узлов РЭУ.

Целью данного раздела является выбор конкретных серий и типов ИМС и электрорадиоэлементов, определение их габаритов, массы, установочных и присоединительных размеров, а также способов закрепления и монтажа ИМС.

Естественно, что при разработке конструкций современных изделий РЭУ необходимо выбирать такие электрорадиоэлементы, которые в конструктивном, схемном и технологическом отношениях хорошо согласуются с параметрами, габаритами, конструкцией, методами сборки используемых в разрабатываемом устройстве ИМС.

Выбор типов ИМС и электрорадиоэлементов должен также провождаться с учетом:

а) номиналов и мощностей элементов;

б) надежности и условий эксплуатации системы, составной частью которой является проектируемое изделие;

в) технических требований к конструкции проектируемого изделия и системы в целом;

г) экономической целесообразности;

д) наличия данных типов элементов в серийном производстве;

е) унификации и стандартизации.

Для выбранной элементной базы (активных элементов) обязательно должны быть приведены электрические характеристики и указан источник.

В случае замены электрорадиоэлементов необходимо приводить электрические характеристики элементной базы, указанной в задании и выбранной вами.

Выбор типов ИМС и ЭРЭ должен также проводиться с учетом вида монтажа. Например, при использовании многослойных печатных плат (МПП), изготовленных методом металлизации сквозных отверстий, целесообразно применение ИМС и ЭРЭ со штыревыми выводами, а при использовании МПП, изготовленных методом открытых контактных площадок, необходимо применять элементы с планарными выводами. Кроме того, следует учитывать, что различное конструктивное исполнение ИМС и ЭРЭ позволяет получить и различную плотность монтажа. Ограничения габаритов и массы изделия обуславливают выбор малогабаритных и микроминиатюрных элементов, если это позволяют условия их работы в изделии. Однако следует помнить, что при уменьшении габаритов и массы ЭРЭ прямой микроминиатюризацией, себестоимость ЭРЭ резко возрастает, несмотря на снижение материалоемкости ЭРЭ.

Задачу выбора типов микроминиатюрных ЭРЭ и ИМС следует решать на основе системного подхода и комплексной микроминиатюризации. Например, ряд серий и функциональных наборов корпусных ИМС имеет различное конструктивное исполнение, отличающееся габаритами и массой. В частности, большинство серий микросхем имеют бескорпусные аналоги, либо могут выпускаться по требованию заказчика.

Для совместной работы с ИМС в функциональных узлах РЭУ могут быть использованы резисторно-конденсаторные и конденсаторные сборки, совместимые с ИМС по конструкции и эксплуатационным параметрам.

Если в проектируемом изделии имеются нестандартные элементы или узлы (оригинальные, частного применения), то необходимо при отсутствии в задании их конструктивных параметров, провести их поверочные расчеты , выбрать тип конструкции, определить габариты, массу, способы крепления и монтажа.

Разработка конструкций модулей различных иерархических уровней

В данном разделе должны быть рассмотрены вопросы разработки конкретных конструкций модулей различных иерархических уровней и их составных частей в соответствии с ранее выбранной структурой конструкции проектируемого изделия. В зависимости от сложности изделия такими модулями, прежде всего, являются блоки, печатные узлы (ячейки, ТЭЗы, блоки элементов и т.п.), двухсторонние и многослойные печатные платы, многокристальные микросборки, модули электропитания и т.п. Степень детализации их разработки обосновывается и определяется совместно с руководителем проекта. Этот раздел обычно требует выполнения значительного объема конструкторских работ, сопровождаемых оформлением конструкторской документации.

В подразделе «Разработка конструкции блока» необходимо рассмотреть следующие задачи: обоснование выбора корпуса (кожуха) блока с учетом его стандартизации, ремонтопригодности, удобства эксплуатации и др.; обосновать и (или) рассчитать его типоразмеры: определить при компоновке зоны расположения печатных узлов, коммутации, управления; ориентацию ячеек с целью оптимизации компоновочных характеристик; провести оценочные расчеты массогабаритных характеристик; рассчитать основные компоновочные характеристики и показатели; изложить основные требования к электрической защите блоков (заземлению, экранированию и т.п.), герметизации (если необходимо), обеспечению теплового режима, механической защите блоков.

Особое внимание следует уделять оптимизации конструктивного решения с учетом системо- и схемотехнических, технологических и эксплуатационных требований.

В подразделе «Разработка конструкции печатного узла» необходимо обосновать массогабаритные и другие компоновочные характеристики печатного узла, определить конструктивные составляющие (планки, съемники, рамки, соединители, переходники, элементы закрепления и т.д.). Для выбранных (рассчитанных или заданных) габаритных размеров печатного узла определяется возможное максимальное число эквивалентных посадочных мест (зон), проводится ориентировочное размещение ИМС и ЭРЭ с выбором шагов размещения, оценивается трассировочная способность схемы узла и возможная слойность печатной платы. В этом подразделе должны также быть сформулированы основные требования к защите печатных узлов от электрических, тепловых, механических, климатических и других воздействий.

В подразделе «Разработка конструкции печатной платы» должны быть раскрыты следующие вопросы: сформулированы основные требования к конструкциям и технологии плат, выбрана требуемая группа жесткости, обоснован выбор типа печатной платы и класса точности выполнения размеров элементов печатного монтажа, выбраны размеры и конфигурация печатной платы, выбраны материалы печатных плат (оснований, покрытий); выбраны и размещены элементы печатного рисунка, осуществлена трассировка связей, выбраны требуемые элементы маркировки и контроля. Обязательно должны быть выполнены конструктивный и электрический (по постоянному и переменному току) расчеты печатных плат, оформлены соответствующие чертежи. Особое внимание следует уделить платам (подложкам) при использовании бескорпусных ИМС, МСБ И ЭРЭ и учесть их специфические требования (технология, материалы, топологические нормы).

Выбор, обоснование и разработка способов электромонтажа и соединений модулей

Известно, что цель электрических соединений (электромонтажа) в конструкциях изделий РЭУ состоит в обеспечении электрических сигнальных связей между входными и выходными цепями конструктивных модулей различного иерархического уровня, а также подвода к ним напряжений питания и земли для нормальной работы изделий. Поэтому все электрические соединения в изделиях, аналогично конструктивным модулям, входящим в изделия, и в соответствии с их иерархическими уровнями также можно разбить на несколько уровней коммутации. Например, для конструкций больших стационарных ЭВМ можно выделить: ячеечный электромонтаж (монтаж ИМС и ЭРЭ на печатные платы); внутриблочный монтаж (объединение ячеек на объединительных платах и т.п.); межблочный монтаж; межстоечный и т.д.

Следует помнить, что задача электромонтажа неразрывно связана с компоновкой, т.е. с размещением элементов по модулям различного уровня конструктивной иерархии.

Трудоемкость электромонтажных работ составляет до 50 и более процентов всей трудоемкости изготовления изделий ЭВС, а электрические соединения - от 3 до 15% физического объема изделий.

Конструкции электрических соединений во многом определяют надежность функционирования и другие показатели качества РЭУ. В частности, задержка, затухания и искажения сигналов, перекрестные помехи в электрических цепях могут снизить технические характеристики быстродействия и вообще нарушить нормальное функционирование РЭУ. Кроме того, электромонтаж в большей части определяет и экономические показатели изделия, поскольку, например, длина соединений проводов в больших ЭВМ может достигать нескольких десятков километров.

По этим причинам при разработке конструкции изделий РЭУ необходимо стремиться, чтобы как можно большее количество электрических соединений размещалось бы на низших конструктивных уровнях.

Задача конструктивно-технологической реализации электрических соединений между элементами и модулями РЭУ подразделяется на две основных части: межконтактные соединения (линии связи модулей) и контактирование (контактные соединения). Межконтактные соединения в конструкциях изделий РЭУ выполняются в основном двумя способами: с помощью печатных плат (печатный монтаж) и объемными проводами (кабелями, жгутами, свитыми парами проводов, одиночными проводами). Преимущество следует отдавать печатному монтажу.

Применяемые в конструкциях изделий РЭУ контактные соединения можно условно разделить на постоянные, полупостоянные и временные. Постоянные соединения не позволяют демонтировать из конструкции модули без разрушения их выводов (например, сварные соединения); в полупостоянных соединениях (например, паяных, либо полученных накруткой и т.п.) разрушения выводов при демонтаже не происходит, однако для демонтажа модулей требуются специальные инструменты. К временным контактным соединениям относятся соединения, получаемые с помощью разъемных соединителей, розеток и т.п.

Поэтому в данном подразделе необходимо основное внимание уделить выбору и обоснованию структуры и конструкции элементов электрического соединения и средств сопряжения.

В частности, должны быть выбраны способы обеспечения электрических соединений, марки припоев, марки флюсов, кабели и монтажные провода, конкретные типы разъемных соединителей.

Выбор и обоснование способов защиты конструкции изделия и разработка деталей несущих конструкций

В этом подразделе необходимо обосновать и выбрать способы защиты конструкции изделия от внешних воздействий (климатических, механических, радиационных и др.) и дестабилизирующих факторов, разработать конструкции оригинальных деталей несущих конструкций. Особое внимание должно быть уделено способу защиты изделия в целом, его составных сборочных единиц и деталей, обеспечению их тепловой, электромагнитной и механической совместимости, применение в обоснованных случаях полной или частичной герметизации, локальной или общей амортизации, конструкций экранов и т.п.

Здесь же должны быть детально проработаны следующие вопросы:

а) выбор структуры и конструкции сборочных единиц и деталей несущих конструкций и вспомогательных деталей (технологический вариант исполнения, вид разъемных и неразъемных механических соединений и др.);

б) выбор элементов фиксации и крепления (способы крепления отдельных узлов изделия, конструкции отдельных элементов: направляющих, фиксаторов, панелей, кронштейнов и др.);

в) выбор и основание применяемых конструкционных материалов и покрытий.

Разработку деталей несущих конструкций, выбор применяемых конструкционных материалов необходимо вести системно с учетом технологичности конструкций, типа производства, программы выпуска и т.п. и сопровождать необходимыми расчетами . Все конструкции прорабатываются на эскизном уровне в пояснительной записке, оформляется чертежи деталей.

Разработка "внешнего" оформления конструкции, описание разработанной конструкции и оценка ее качества

В данном подразделе необходимо привести описание окончательного варианта решения конструкции изделия, соответствующее его сборочному чертежу. Описание конструкции должно содержать уточненные конструктивные и технологические особенности изделия, видов "внутренней" компоновки, компоновки передней панели, расположения органов управления, индикации, контроля, регулировок, внешней коммутации и т.п. и сопровождаться общими конструктивными видами всего изделия в целом и его отдельных частей, а также выполнением эскизов.

В этом подразделе также должны быть определены основные показатели качества разрабатываемого изделия и их соответствие техническому заданию: назначения; конструкторско-технологические; компоновочные, ремонто-пригодности и др.; унификации и стандартизации; эргономические; транспортируемости; экономические и т.п.

Конструкторские расчеты

В данном разделе приводятся расчеты, необходимые для обоснования конструкторских решений принятых в предыдущих разделах. Особое внимание должно быть уделено обоснованию и выбору необходимых расчетов. Например, при отсутствии внешних механических воздействий, нет необходимости в выполнении расчетов вибро- или ударопрочности.

Объем и содержание расчетной части обязательно согласуется с преподавателем-руководителем курсового проекта. Целесообразно применение типовых конструкторских расчетов. Должно быть выполнено не менее 5-6 конструкторских расчетов.

Следует помнить, что расчеты бывают как оценочными (их еще называют поверочными, приближенными, прикидочными), так и точными (обладающие высокой точностью результата). Оценочные расчеты допускается приводить по тексту пояснительной записки, в тех разделах, где обосновывается определенное конкретное решение . Точные расчеты целесообразно выделять в отдельный раздел. Необходимость выполнения более точных расчетов должна быть обоснована из анализа результатов оценочных расчетов. Например, общий оценочный расчет надежности устройства может быть уточнен с учетом реальных тепловых режимов элементов и т.п.

В первую очередь необходимо выполнять расчеты, относящиеся ко всему изделию в целом. Вместе с тем, часто возникает необходимость в детальной конструктивной проработке какого-либо модуля низшего иерархического уровня: печатного узла, печатной платы, микросборки и т.п. В этом случае для подтверждения работоспособности разрабатываемых модулей могут быть также проведены конструкторские расчеты.

Серьезное внимание должно быть уделено выбору методик расчета, особенно при выполнении его на ЭВМ. Необходимо четко знать при каких условиях и данных расчета, та или иная методика применима, какие ограничения действуют, как правильно документируются и оформляются расчеты.

Обязательно должен быть проведен анализ полученных результатов при расчете и показано, где эти результаты применены при разработке в конструкторской документации (чертежах, выборе решений и т.п.).

Можно рекомендовать следующие виды выполняемых в курсовом проекте расчетов:

- расчеты компоновочных параметров изделия и размещения основных составных частей [3,2,7];

- расчеты надежности устройства [1,4,7];

- расчет теплового режима устройства [1-4,6,20,31 ];

- магнитные и электромагнитные расчеты, паразитных связей и электрических соединений [1,2,11,19];

- конструктивные и электрические расчеты печатных плат [ 1,3,6,17,32];

- расчеты механических характеристик ударо- и вибропрочности [7,23,28,34];

- расчеты технологичности конструкций [15] и др.

Выводы и заключение

Этот раздел должен содержать выводы и оценку результатов работы, в частности, с точки зрения их соответствия требованиям технического задания. Кроме того, здесь необходимо указать, чем закончена работа, а также наметить цели и пути дальнейшего совершенствования конструкции.

Литература

В разделе приводится перечень книг, статей, учебных и методических пособий, нормативно-технических документов, на которые сделаны ссылки в пояснительной записке. Порядок указания литературных источников в списке должен соответствовать порядку ссылки на них в тексте пояснительной записки.

4 УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

4.1 Оформление пояснительной записки

Пояснительную записку к курсовому проекту следует оформлять с соблюдением требований стандартов ГОСТ 2.105-95 "ЕСКД. Общие требования к текстовым документам".

Пояснительная записка к курсовому проекту должна быть написана от руки или напечатана на одной стороне листа писчей бумаги формата А4 шрифтом Times New Roman 12 пт (межстрочный интервал – множитель 1,2). По всем четырем сторонам листа должны оставляться поля с размерами: левое - 25, правое - 10, верхнее - 15, нижнее - 20 мм. Каждый раздел записки необходимо начинать с новой страницы. Описки и другие неточности, обнаруженные в процессе оформления текстовой части, допускается исправлять аккуратной подчисткой и нанесением на том же листе исправленного текста. Пояснительная записка должна содержать титульный лист.

В начале пояснительной записки помещается содержание, включающее в себя наименование разделов и подразделов с указанием номеров страниц, на которых они начинаются.

Пояснительную записку к курсовому проекту следует разделять на разделы и подразделы. Разделы нумеруются по порядку в пределах всей записки. Нумерация производится арабскими цифрами с точкой. Подразделы нумеруются в пределах каждого раздела. При этом номер состоит из двух цифр, разделенных точкой, например:

5.1 - Пятый подраздел пятого раздела.

Наименование разделов и подразделов должны быть краткими, соответствовать содержанию и записываться в виде заголовков. Переносы в заголовках не допускаются. Точку в конце заголовка не ставят. Заголовки разделов рекомендуется писать прописными буквами, подразделов – строчными.

Например:

2 РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ (по центру, жирный)

(1 интервал)

2.1 Общие сведения (с абзацного отступа)

(1,5 интервала)

Изложение содержания пояснительной записки должно быть выполнено кратко, грамотно, техническим языком. Следует избегать сложных и длинных предложений. Не рекомендуется повторять уже однажды изложенные мысли. При описании конструкций изделий и аппаратуры не следует смешивать в одной фразе настоящее время с прошедшим и будущим, совершенный вид с несовершенным, наличную форму с безналичной и т.д.

Терминология, используемая в пояснительной записке, должна быть единой и соответствовать установленным стандартам, а при отсутствии таковой - общепринятой в научно-технической литературе. Следует избегать употребления для одного и того же понятия двух или более терминов.

В пояснительной записке допускается в виде исключений производить сокращения отдельных слов. Такими исключениями являются сокращения, общепринятые в русском языке (например, ЭВМ, САПР и др.); сокращения слов, установленные правилами русской орфографии и пунктуации (например, то есть - т.е., и так далее - и т.д. и т.п.); сокращения, установленные ГОСТ 2.316 "Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц".

Применяемые в записке условные буквенные сокращения механических, физических, математических и других величин должны соответствовать установленным в стандартах. Расшифровка символов, входящих в формулу, производится непосредственно под формулой. Значение каждого символа приводят с новой строки в той же последовательности, в какой они приведены в формуле. После формулы ставится тот же знак препинания, который необходим, исходя из построения фразы. Все формулы в пределах пояснительной записки должны иметь сквозную нумерацию, которая производится арабскими цифрами, причем номер ставят с правой стороны страницы в круглых скобках. Номер для многострочной формулы ставится против последней ее строки. Обозначение единицы измерения определяемой величины рекомендуется проставлять после конечного результата вычисления.

Например: плотность материала плиты , вычисляют по формуле:

, (3)

где m – масса платы, кг;

V – объем образца, м³ .

Для пояснения излагаемого в записке текста должны использоваться иллюстрации, которые рекомендуется располагать по мере ссылок на них.

Количество иллюстраций должно быть достаточным для пояснения излагаемого текста. Иллюстрации могут быть расположены по тексту пояснительной записки. Иллюстрации, за исключением приложений, следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией. Если рисунок один, то он обозначается «Рисунок 1».

Допускается нумеровать иллюстрации в пределах раздела. В этом случае номер иллюстрации состоит из номера раздела и порядкового номера иллюстрации, разделенных точкой. Например, Рисунок 1.1.

При ссылках на иллюстрации следует писать «... в соответствии с рисунком 2» при сквозной нумерации и «... в соответствии с рисунком 1.2» при нумерации в пределах раздела.

Иллюстрации при необходимости могу иметь наименование и пояснительные данные (подрисуночный текст). Слово «Рисунок» и наименование помещают после пояснительных данных и располагают следующим образом: Рисунок 1 – Узлы блока.

Если в тексте документа имеется иллюстрация, на которой изображены составные части изделия, то на этой иллюстрации должны быть указаны номера позиций этих составных частей в пределах данной иллюстрации, которые располагают в возрастающем порядке, за исключением повторяющихся позиций, а для электрорадиоэлементов – позиционные обозначена, установленные в схеме данного изделия. Пример выполнения рисунка изделия, имеющего составные части, приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Полосковая линия (сечение)

Требования к оформлению графиков устанавливаются в соответствии с ГОСТ 1.5.

Цифровой материал по тексту излагают в таблицах. Таблицы используются для лучшей наглядности и удобства сравнения показателей. Название таблицы, при его наличии, должно отражать ее содержание, быть точным, кратким и его следует помещать над таблицей.

При переносе части таблицы на ту же или другие страницы название помещают только над первой частью таблицы.

Цифровой материал оформляют в виде таблиц в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 – Оформление цифрового материала в таблицах

Таблицы нумеруют арабскими цифрами сквозной нумерацией. Допускается нумеровать таблицы в пределах раздела. В этом случае номер таблицы состоит из номера раздела и порядкового номера таблицы, разделенных точкой.

На все таблицы документа должны быть приведены ссылки в тексте документа, при ссылке следует писать слово «таблица» с указанием ее номера.

Заголовки граф и строк таблицы следует писать с прописной буквы, а подзаголовки граф – со строчной буквы, если они составляют одно предложение с заголовком, или с прописной буквы, если они имеют самостоятельное значение. В конце заголовков и подзаголовков таблиц точки не ставят. Заголовки и подзаголовки граф указывают в единственном числе.

Таблицы, как правило, ограничивают слева, справа и снизу линиями. Разделять заголовки и подзаголовки боковика и граф диагональными линиями не допускается. Горизонтальные и вертикальные линии, разграничивающие строки таблицы, допускается не проводить, если их отсутствие не затрудняет пользование таблицей.

Заголовки граф, как правило, записывают параллельно строкам таблицы. При необходимости допускается перпендикулярное расположение заголовков граф.

Головка таблицы должна быть отделена линией от остальной части таблицы. Высота строк таблицы должна быть не менее 8 мм.

Таблицу, в зависимости от ее размера, помещают под текстом, в котором впервые дана ссылка на нее, или на следующей странице, а при необходимости – в приложении к документу.

Допускается помещать таблицу вдоль длинной стороны листа документа.

Слово «Таблица» указывают один раз слева над первой частью таблицы, над другими частями пишут слова «Продолжение таблицы» с указанием номера.

В конце пояснительной записки приводится список литературы, использованной при составлении. Выполнение списка и ссылки на него в тексте – по ГОСТ 7.32. Список литературы включают в содержание документа.

Пример:

1. Пикуль М.И. и др. Конструирование и технология производства ЭВМ: Учебник / М.И.Пикуль, И.М.Русак, Н.А. Цырельчук. – Мн.:Выш. шк., 1996. – 263 с.

2. 2. Жданович В.М. и др. Технические средства ЭВМ. Элементная и конструктивная база: Справ. пособие /В.М.Жданович, В.П.

3. Луговский, И.М.Русак. – Мн.:Выш. шк., 1991. – 637 с.

4. Русак И.М., Луговский В.П. Технические средства ПЭВМ / Под ред. И.М. Русака: Справочник. – Мн.:Выш. шк., 1996. – 437 с.

При обращении к тому или иному литературному источнику в тексте документа делаются ссылки на приложенный список литературы.

Пример:

«Например в [2] сделан вывод использованной формулы».

Иллюстрированный материал, таблицы и текст вспомогательного характера приводятся в виде приложений к пояснительной записке. Нумерация листов пояснительной записки и приложений должна быть сквозная. При наличии приложений в пояснительной записке по тексту должны быть ссылки на них.

Оформление графической части проекта

При оформлении графической части курсового проекта необходимо руководствоваться действующими стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Содержание и объем графической части курсового проекта определяется руководителем. Графическая документация выполняется на листах формата А1. Допускается применение листов и других форматов, предусмотренных ГОСТ 2.301-68. Однако, рекомендуется форматы меньше А2 на отдельные листы не разрезать.

Графическую документацию курсового проекта допускается выполнять автоматизированным способом на печатающих устройствах и графопостроителях. Толщина линий должна быть одинакова для всех изображений в пределах выполняемых чертежей. Все надписи на чертежах должны выполняться стандартным чертежным шрифтом.

Каждый чертеж должен содержать основную надпись, которую располагают в правом нижнем углу документа. Порядок заполнения основной надписи и дополнительных граф к ней регламентирует ГОСТ 2.104. Вся графическая документация к курсовому проекту подразделяется на три основных вида:

- чертежи деталей;

- сборочные чертежи;

- схемы.

Основные требования к выполнению чертежей на различные виды изделий регламентирует ГОСТ 2.109. Согласно требованиям данного стандарта чертеж детали должен содержать:

- необходимое количество изображений и размеров, определяющих форму детали;

- указания о предельных отклонениях размеров детали;

- указания о шероховатости поверхностей и предельных отклонениях их формы;

- сведения о материале, из которого изготовлена деталь;

- указания о покрытиях.

Деталь изображают на чертеже в том виде, в каком она поступает на сборку. Для упрощения графического изображения деталей рекомендуется максимально использовать местные виды и разрезы, развертки, выносные элементы, а также различные упрощения, предусмотренные стандартами. Количество размеров на чертеже детали должно быть минимальным, но достаточным для изготовления и контроля детали; указывается обозначение марки и сортамента материала, из которого изготавливают деталь. В основной надписи чертежа детали указывают не более одной разновидности материала. Если для изготовления детали предусматривается использование заменителей материала, то их указывают в технических требованиях, которые излагают на поле чертежа. Следует отметить, что все чертежи деталей содержат, как правило, технические требования, правила изложения которых регламентирует ГОСТ 2.316.

Одной из наиболее распространенных деталей, на которую приходится разрабатывать конструкторскую документацию в процессе выполнения курсового проекта, является двухсторонняя печатная плата. Характерно, что изложенные выше требования к чертежам деталей также распространяются и на оформление чертежей двухсторонних печатных плат. Кроме того, специфику оформления чертежей печатных плат более полно учитывает ГОСТ 2.417. Согласно названному стандарту размеры на чертеже печатной платы задаются одним из следующих способов:

- в соответствии с требованиями ГОСТ 2.307;

- нанесением координатной сетки в прямоугольной или полярной системе координат;

- комбинированным способом при помощи размерных и выносных линий и координатной сетки.

Если размеры и конфигурация рисунка печатной платы оговорены в технических требованиях чертежа, допускается элементы печатных плат изображать условно. Следует обратить внимание и на то, что первым пунктом в технических требованиях, излагаемых на поле чертежа платы, указывается способ изготовления платы. Остальные требования излагаются в соответствии с требованиями ГОСТ 2.316.

Чертежи печатных узлов, блоков, объединительных панелей, других составных сборочных единиц проектируемого изделия оформляют в виде сборочных чертежей. Требования к оформлению таких чертежей также регламентируются ГОСТ 2.109.

В общем случае сборочный чертеж должен содержать:

- изображение сборочной единицы;

- размеры и предельные отклонения, которые должны быть проконтролированы по данному чертежу;

- указания о характере сопряжения деталей;

- номера позиций составных деталей, входящих в изделие;

- габаритные размеры изделия;

- установочные, присоединительные и справочные размеры и т.д.

Сборочные чертежи в курсовом проекте допускается выполнять с упрощениями, установленными ГОСТ 2.109 и ГОСТ 2.305. Сборочные чертежи должны содержать также технические требования, которые следует излагать на поле чертежа.

Все составные части сборочной единицы нумеруют на сборочном чертеже в соответствии с номерами позиций, указанными в спецификации. Номера позиций наносят на полях линий-выносок. Номера позиций располагают параллельно основной надписи чертежа вне контура изображения и группируют в колонку или строчку по возможности на одной линии.

Спецификацию на сборочные единицы следует составлять на отдельных листах формата А4 для каждой сборочной единицы в отдельности и подшивать в виде приложений в пояснительную записку. Форму спецификации и порядок ее заполнения регламентирует ГОСТ 2.108. В спецификацию вносят составные части, входящие в специфицируемое изделие, а также конструкторские документы, относящиеся к этому изделию и к его неспецифицируемым составным частям.

Разделы спецификации располагают в такой последовательности: документация, комплексы, сборочные единицы, детали, стандартные изделия, прочие изделия, материалы, комплекты. Наименование каждого раздела следует подчеркивать.

К графической части курсового проекта относятся и чертежи схем. В зависимости от основного назначения, схемы подразделяются на структурные, функциональные, принципиальные, соединения, подключения, расположения. Как правило, в курсовом проекте чаще всего приходится оформлять чертежи электрических принципиальных схем. При оформлении таких чертежей следует руководствоваться соответствующими стандартами. Основные правила выполнения чертежей электрических схем, единые для всех видов изделий, в том числе и для изделий вычислительной техники, регламентируются ГОСТ 2.702. Кроме того, ГОСТ 2.708 устанавливает правила выполнения чертежей электрических схем цифровой вычислительной техники. Условные графические обозначения двоичных логических элементов регламентируются ГОСТ 2.743, а условные графические обозначения резисторов и конденсаторов - ГОСТ 2.728. При оформлении чертежей схем следует особое внимание обращать на правильность буквенно-цифровых обозначений в электрических схемах. Такие обозначения регламентирует ГОСТ 2.710.

Общие указания по выполнению расчетов

Особое внимание должно быть уделено правильному оформлению расчетов. Расчет - это один из видов конструкторских документов, предусмотренных ЕСКД и содержащий расчеты параметров и величин, например, расчет размерных цепей, тепловой расчет и т.д. Расчеты выполняются по формам 5 и 5А ГОСТ 2.301.

Расчеты в общем случае должны содержать:

а) эскиз и схему рассчитываемого изделия;

б) задачу расчета (с указанием, что требуется определить при расчете);

в) исходные данные для расчета;

г) условия расчета;

д) расчет;

е) заключение.

Так, например, при оформлении конструкторских расчетов при курсовом и дипломном проектировании кафедра К и Т РЭС рекомендует учитывать следующее. Допускается не приводить эскиз или схему рассчитываемого изделия, если выполнены соответствующие чертежи. В этом случае делается соответствующая ссылка, например: «См. сборочный чертеж рассчитываемого изделия МТВ.436616.012СБ и схему электрическую принципиальную МТВ.436618.012Э3».

Особое внимание следует уделить обоснованию исходных данных для расчета и указанию, откуда эти данные получены (из ранее проведённых расчетов; из справочной, нормативно-технической (ГОСТ, ОСТ и технической литературы; из чертежей и т.д.).

Например: «Плотность мощности, рассеиваемой в блоке (см. лист 25)», габаритные размеры втулки взяты из чертежа детали МТВ.753691.008» или «Диэлектрическая проницаемость стеклотекстолита » и т.п.

При описании условий выполнения расчетов необходимо указать ограничения и допуски с учетом применимости методик расчета, оценивать возможную точность методик и получаемых результатов. При выполнении расчетов с помощью ЭВМ дополнительно необходимо приводить список используемых идентификаторов и обозначений с указанием размерности величин.

Непосредственный расчет должен выполняться с подстановкой данных.

В заключении по расчету обязательно указывается, где используются результаты расчетов. Например, для выполнения конкретных чертежей; для принятия необходимых технических решений; сравнения с базовыми величинами; выполнения других расчетов и т.д.

5 Литература

1. Куземин А.Я. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА. – М.: Радио и связь, 1985. – 280 с.

2. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование ЭВМ и систем. - М.: Высшая школа., 1986, -512 с.

3. Шерстнев В.В. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА. -М.: Радио и связь, 1984, -272 с.

4. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем. -М.:Высшая школа, 1989, -248 с.

5. Жданович В.М.,Луговский В.П., Русак И.М. Технические средства ЭВМ. Элементная и конструктивная база. -Мн.:Высшая шко­ла, 1991, -637 с.

6. Гель П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация РЭА. -Лн.: Энергоиздат, 1984, -536 с.

7. Несущие конструкции РЭА. / Под ред. П.И. Овсищера. -М.: Радио и связь, 1988, -232с.

8. Савельев М.В. Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: Учебное пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 2001, - 319 с.

9. Пикуль М.И., Русак И.М., Цырельчук Н.А. Конструирование и технология производства ЭВМ: Учебник. – Мн.:Выш. школа, 1996. – 263 с.

10. Романов Ф.И.,Шахнов В.А. Конструкционные системы микро­и персональных ЭВМ. -М.: Высшая школа, 1991, -272 с.

11. Князев А.Д. и др. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. -М.:Радио и связь, 1989, -224 с.

12. Микроэлектронная аппаратура на бескорпусных ИМС. / Под ред. И.Н. Воженина. -М.: Радио и связь, 1985, -264 с.

13. Гуськов Г.Я. и др. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. -М.: Радио и связь, 1986, -176 с.

14. Пронин Е.Г.,Шохат В.С. Проектирование технических средств ЭВА. -М.: Радио и связь, 1986, -192 с.

15. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры / Под ред. Б.Ф. Высоцкого. -М.: Радио и связь, 1984, -208 с.

16. Русак И.М., Луговский В.П. Технические средства ПЭВМ: Справочник / Под. ред. И.М.Русака. – Мн.: Выш. шк. – 1996, - 504 с.

17. Русак И.М. Конструирование и расчет печатных плат. Учебное пособие по курсу «Конструирование ЭВС». – Мн.: МРТИ. – 1993, - 34 с.

18. Конструирование аппаратуры на БИС и СБИС / Под. ред. Б.Ф.Высоцкого. – М.: Радио и связь, 1989.

19. Валин М.Л. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Радимо и связь. – 1981. – 296 с.

20. Дульнев Г.Н. Тепло и массообмен в радиоэлектронной ап­паратуре. -М.: Высшая школа, 1984, -247 с.

21. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА./Романычева Э.Т. и др. -М.: Радио и связь, 1989, -256 с.

22. Конструирование и расчет БГИС, Микросборок и аппаратуры на их основе: Учебн. пос. для вузов / Под. ред. Б.Ф.Высоцкого. – М.:Радио и связь. – 1981. – 216 с.

23. Справочник конструктор РЭА: Общие принципы конструирования / Под. ред. Р.Г.Варламова. – М.: Сов. радио. – 1980. – 480 с.

24. Поляков К.П. Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь. – 1982. – 240 с.

25. Русак И.М., Станкевич А.В. Автоматизированное проектирование печатных узлов ЭВС: Учебное пособие. – Мн.: БГУИР. – 2005. – 52 с.

26. Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. – Л.: Машиностроение. – 1990. – 669 с.

27. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора. – Л.: Машиностроение. – 1984. – 464с.

28. Токарев М.Ф. и др. Механические воздействия и защита РЭА / Под ред. В.А.Фролова. – М.: Радио и связь. – 1984. – 224 с.

29. Испытания радиоэлектронной аппаратуры и испытательное оборудование: / Глудкин О.П. и др. – М.: Радио и связь. – 1987. – 272 с.

30. Соломахо В.Л., Томилин Р.И., Цитович Б.В. и др. Справочник конструктора-приборостроителя. – Мн.: Выш. шк. – 1988. – 272 с.

31. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режи­мов при конструировании РЭА. -М.: Радио и связь, 1986, -496 с.

32. Применение ИМС в ЭВТ. / Под ред. Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрина. -М.: Радио и связь, 1986, -384 с.

33. Ненашев А.П.Конструирование радиоэлектронных средств.М.: Высшая школа,1990.-432с.

34. Каленкович Н.И. и др. Механические воздействия и защита радиоэлектронных средств. -Мн.: Вышэйшая школа, 1989, -244 с.

35. ГОСТ 2.105. Межгосударственный стандарт ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. – Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. – Мн.,1999.

36. ГОСТ 2.109 ЕСКД. Основные требования к чертежам.

37. ГОСТ 2417 ЕСКД. Правила выполнения чертежей печатных плат.

38. ГОСТ2.708 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

39. ГОСТ 22732 ЕСКД. Методы оценки качества промышленной продукции.

40. ГОСТ 2.116. Карта технического уровня и качества продукции.

41. ОСТ 4ГО.010.009. Узлы и блоки ЭА на микросхемах. Конструирование.

42. ГОСТ 23752. ЕСКД, Платы печатные. Общие технические условия.

43. ГОСТ 23751. Платы печатные.

Приложение А

Таблица А.1 - Основные материалы деталей НК

Приложение Б

Методика расчета теплового режима блоков РЭС в герметичном корпусе

Тепловой режим РЭС в герметичном корпусе рассчитывается в следующем порядке:

1) площадь поверхности корпуса блока:

2)площадь условной поверхности нагретой зоны:

3)удельная мощность корпуса блока (где Р - мощность, рассеиваемая в блоке):

4)удельная мощность нагретой зоны блока (где Р - мощность, рассеиваемая в блоке):

5)коэффициент θ₁ , в зависимости от удельной мощности корпуса:

6) коэффициент θ₂ в зависимости от удельной мощности зоны:

7) коэффициент k ₁ в зависимости от давления вне корпуса (Н₁ Па):

8) коэффициент к_г в зависимости от давления в корпусе (Н₂ Па):

9) перегрев корпуса блока:

10) перегрев нагретой зоны:

11) средний перегрев воздуха в блоке:

12) удельная мощность элемента:

13) перегрев поверхности элемента:

14) перегрев среды около элемента:

15) температура корпуса:

16) температура нагретой зоны:

17) температура воздуха в корпусе:

18) температура поверхности элемента: $

19) температура среды, окружающей элемент:

Методика расчета теплового режима блоков РЭС в перфорированном корпусе

Рассчитываются:

1) площадь поверхности корпуса блока, площадь условной поверхности нагретой зоны, удельная мощность нагретой зоны, коэффициенты θ₁ ,θ₂ , К_Н1 , K_{H 2} определяются по пп. 1 - 8 методики 6.5.1;

2) суммарная площадь перфорированных отверстий:

3) коэффициент перфорации:

4) функция коэффициента перфорации:

5) перегрев корпуса:

6) перегрев нагретой зоны:

7) средний перегрев воздуха в корпусе:

8) удельная мощность элемента:

9) перегрев поверхности элемента:

10) перегрев среды, окружающей элемент:

11)температура корпуса:

12)температура нагретой зоны:

13) температура воздуха в блоке:

14) температура поверхности элемента:

15) температура среды, окружающей элемент:

Методика расчета теплового режима блока

с принудительной вентиляцией

Исходные данные: мощность, рассеиваемая в блоке (Р), габаритные размеры корпуса L ₁ , L ₂ , L ₃ , мощность нагруженных теплоэлементов (Р_i ), площади поверхностей ( Si ), К_{з a п} , массовый расход G_m , расстояние в направлении движении воздуха от входного сечения l , Т _B - температура воздуха на входе.

Порядок расчета:

1)средний перегрев воздуха в блоке:

2)площадь поперечного сечения корпуса:

3) коэффициент в зависимости от массового расхода среды:

4) - от поперечного сечения к направлению продувания.

5) - от высоты блока в направлении продува;

6) - от коэффициента заполнения;

7) перегрев нагретой зоны с принудительным охлаждением:

8) условная поверхность нагретой зоны:

9) удельная мощность нагретой зоны:

10)удельная мощность элемента:

11)Перегрев поверхности i-го элемента:

где Li - высота элемента;

12) перегрев среды, окружающей 1- й элемент:

13) перегрев корпуса:

14) перегрев нагретой зоны:

15) средний перегрев воздуха в корпусе:

16) температура корпуса:

6.5.4 Выбор способа охлаждения на ранней стадии конструирования

На ранней стадии конструирования в распоряжении конструктора имеется ТЗ, причем, как правило, необходимые сведения о требуемом тепловом режиме РЭА заключены в картах тепловых характеристик блоков. Для выбора способа охлаждения прежде всего требуются следующие данные:

- суммарная мощность Р, рассеиваемая в блоке;

- диапазон возможного изменения температуры окружающей среды

Т_{с max} , Т _{c min} ;

- пределы изменения давления окружающей среды p_max , P_min ;

- время непрерывной работы τ,

- допустимые температуры элементов Т_i ;

Кроме того, необходимо задать коэффициент заполнения аппарата:

где v_i - объем i-го элемента РЭА;

п - число элементов в РЗА;

V - объем, занимаемый РЭА; а также горизонтальные и вертикальные размеры корпуса РЭА соответственно L ₁ L ₂ и L ₃ либо для «больших» элементов - величину охлаждаемой поверхности S _П . Коэффициент заполнения аппарата характеризует степень полезного использования объема и является одним из главных показателей качества конструкции. Коэффициент заполнения должен быть указан в ТЗ или может выбираться на основании опыта конструирования подобных РЭА. Основные размеры корпуса РЭА можно определить прикидочными расчетами компоновки РЭА.

Эти исходные данные недостаточны для детального расчета теплового режима, но их можно использовать для предварительной оценки. Выбор способа охлаждения на ранней стадии конструирования часто имеет вероятностный характер, то есть дает возможность оценить вероятность обеспечения заданного по ТЗ теплового режима РЭА при выбранном способе охлаждения, а также те усилия, которые нужно затратить при разработке будущей конструкции РЭА с учетом обеспечения теплового режима.

Выбор способа охлаждения РЭА можно сделать с помощью графиков в соответствии с рисунком 6.10, характеризующих области целесообразного применения различных способов охлаждения. Эти области строятся по результатам обработки статистических данных для реальных конструкций, тепловых расчетов и данных испытания макетов. Для удобства пользования графиками необходимо из перечисленных выше исходных данных получить ряд комплексных показателей.

Рисунок 6.10

Размеры корпуса аппарата и коэффициент заполнения используются для определения условной величины поверхности теплообмена:

Если способ охлаждения выбирается для большого элемента, то величина поверхности теплообмена определяется из соответствующих чертежей по геометрическим размерам поверхности, находящейся в непосредственном контакте с теплоносителем.

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:

где Р - суммарная мощность, рассеиваемая РЭА с поверхности теплообмена;

К_р — коэффициент, учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении К_р = 1).

Вторым показателем может служить минимально допустимый перегрев элементов РЭА:

где T_imin - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента по ТЗ, т.е. элемента, для которого допустимая температура имеет минимальное значение; для больших элементов это допустимая температура охлаждаемой поверхности;

Тс ‑ температура окружающей среды;

для естественного охлаждения

т.е. соответствует максимальной температуре окружающей среды, заданной в ТЗ;

для принудительного охлаждения

т.е. соответствует температуре воздуха (жидкости) на входе в РЭА.

На рисунке 6.10 области целесообразного применения различных способов охлаждения приведены в координатах ΔT_c , lgq . Имеется два типа областей. Области, в которых можно рекомендовать применение определенного способа охлаждения, и области, в которых с примерно одинаковым успехом можно применять два или три способа охлаждения. Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам охлаждения: 1 — естественное воздушное, 3 - принудительное воздушное, 5 -принудительное жидкостное, 9 - принудительное испарительное. Области второго типа заштрихованы: 2 - возможно применение естественного и принудительного воздушного, 4 - возможно применение принудительного воздушного и жидкостного, 6 - возможно применение принудительного жидкостного и естественного испарительного, 7 - возможно применение принудительного жидкостного, принудительного и естественного испарительного, 8 - возможно применение естественного и принудительного испарительного.

Следует заметить, что верхние кривые на рисунке 6.10, соответствующие ΔТс > 373 К (100 °С), обычно применяются для выбора способа охлаждения больших элементов, так как допустимые температуры их охлаждаемых поверхностей часто выше 373 К. Нижние кривые на рисунке 6.10 применяются для выбора способа охлаждения блоков, стоек и т.п., выполненных на дискретных и микроминиатюрных элементах, так как для них обычно ΔТ_С <373 К. Поэтому области целесообразного применения различных способов воздушного охлаждения в верхней части графика не являются продолжением соответствующих кривых в нижней части. Последнее вызвано также и тем, что при охлаждении разветвленных поверхностей больших элементов можно получить более высокие эффективные коэффициенты теплоотдачи.

Приложение В

Порядок расчета теплообмена для нормального атмосферного давления

Для боковых плоскостей ребер длиной D , установленных вертикально:

Для ребер, расположенных горизонтально и вершиной вверх:

Для ребер, расположенных горизонтально и вершиной вниз:

Для торцевых плоскостей ребер радиатора:

Коэффициент теплообмена при излучении

где ε - степень черноты (см. таблицу 3.14);

Т— температура радиатора, К;

Т_с — температура окружающей среды, К;

b - расстояние между стенками ребер, м;

h — высота ребер, м.

Коэффициент теплообмена при внешнем давлении, отличающемся от нормального, будет иметь вид

Приведенные формулы позволяют определить параметры радиатора или тепловой режим установленного на нем активного элемента с практически допустимой погрешностью 10... 15%.

Для естественного охлаждения размеры основания радиатора более 0,150 х 0,150 и высота ребер более 0,04 м становятся малоэффективными, и делать их большими нецелесообразно. Обребрение поверхности охлаждения становится необходимым лишь тогда, когда соблюдается условие

Пример 1

Требуется определить размеры радиатора ребристого типа, предназначенного для охлаждения транзистора мощностью 20 Вт. Максимальная допустимая температура нагрева его корпуса Т_С = 333 К, максимальная температура окружающей среды Тс = 313 К. Покрытие поверхности радиатора глянцевое, лакокрасочное. Транзистор устанавливается на основании радиатора со стороны необребренной поверхности. Термическое сопротивление контактной плоскости установки транзистора принимаем равным 0,25 К/Вт.

Решение

1. Зададим геометрические размеры ребра δ <= 0,003 м, b = 0,004 м, h = 0,02м, D = 0,08м (см. рисунок 6.9).

2. Определим составляющие общего коэффициента теплообмена:

K

Тогда общий коэффициент теплообмена

3. Площадь поверхности охлаждения радиатора определим из формулы(6.16):

м²

4. Длина всех ребер радиатора:

м²

Отсюда определим количество ребер:

5. Ширина основания радиатора:

м²

Пример 2

Расчет пластинчатого радиатора. Исходные данные:

- мощность, рассеиваемая транзистором в рабочем режиме Р=1,42 Вт;

- температура окружающей среды Тос=+35 °С;

- максимальная температура перехода Т_П =+125°С;

- тепловое сопротивление переход-корпус R_{n -к} =3,3 °С /Вт;

- контактное сопротивление корпус-теплопровод R_{k - t} =0,5 ° C /Вт;

- толщина пластины,5 × 10^-3 м ;

-высота пластины 25 × 10^-3 м .

Решение:

1. Рассчитаем среднюю поверхностную температуру теплоотвода:

° C

2. Определим перепад температур между средней поверхностной температурой теплоотвода и окружающей средой:

° C

Рассчитываем вспомогательные коэффициенты:

° C

3. Определим коэффициент теплоотдачи конвекции для вертикально ориентированной пластины:

4. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи излучением:

где ε = 0,05 ‑ степень черноты для алюминиевой пластины;

φ ‑ значение коэффициента облученности для гладкой пластины (φ=1)

f ( T _СР , T _ОС )- численное значение функции, зависящей от среднеповерхностной температуры теплоотвода и температуры окружающей среды, определяемое по формуле:

Приложение Г

Расчет параметров печатных плат

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и конструктивно-технологический. Ниже приводится рекомендуемый порядок расчета.

1. Исходя из технологических возможностей производства выбирается метод изготовления и класс точности ПП (ОСТ 4.010.022 - 85).

2. Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

где Imax - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы); jдоп — до­пустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода из­готовления из табл. 4.5; t — толщина проводника, мм.

3. Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

где ρ — удельное объемное сопротивление (табл. 4.5); 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.

Таблица Г.1 - Допустимая плотность тока в зависимости от метода изготовления

4. Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:

где dэ — максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ; Δdн.о — нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия (табл. 4.6); r — разница между минималь­ным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах 0,1 ...0,4 мм. Рассчитанные значе­ния d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм. При этом следует учитывать, что минимальный диаметр ме­таллизированного отверстия dmin>Hpaсчγ, где Hрасч — расчетная толщины платы; γ — отношение диаметра металлизированного от­верстия к толщине платы (см. табл. 4.6). Расчетная толщина МПП

Таблица Г.2 - Допуски на расположение отверстий и контактных площадок

где Hci— номинальная толщина i-ro слоя; Hпрi — номинальная толщина материала i-й прокладки из стеклоткани; n — число сло­ев; hn —толщина гальванически осажденных металлов.

5. Рассчитываем диаметр контактных площадок. Минимальный диаметр контактных площадок для ОПП и внутренних слоев МПП, изготовленных химическим методом:

где hф — толщина фольги; D1min— минимальный эффективный ди­аметр площадки:

где bм — расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки; δd и δр — допуски на расположение отвер­стий и контактных площадок (см. табл. 4.6); dmax — максималь­ный диаметр просверленного отверстия, мм:

где d — допуск на отверстие (см. табл. 4.6).

Минимальный диаметр, мм, контактных площадок для ДПП и наружных слоев МПП, изготовляемых комбинированным позитивным методом:

при фотохимическом способе получения рисунка

при сеточнографическом способе получения рисунка

Для ДПП и наружных слоев МПП, изготовляемых элёктрохимическим методом:

при фотохимическом способе получения рисунка

при сеточнографическом способе получения рисунка

Максимальный диаметр контактной площадки

6. Определяем ширину проводников. Минимальная ширина про­водников для ОПП и внутренних слоев МПП, изготовляемых хи­мическим методом,

где b1min — минимальная эффективная ширина проводника, b_1min =0,18мм для плат 1-, 2- и 3-го класса точности, b_1min = 0,15 мм для плат 4-го класса точности.

Минимальная ширина проводников, мм, для ДПП и наружных слоев МПП, изготовляемых комбинированным позитивным методом:

при фотохимическом способе получения рисунка

при сеточнографическом способе получения рисунка

Для ДПП и наружных слоев МПП, изготовляемых электрохи­мическим методом:

при фотохимическом способе получения рисунка

при сеточнографическом способе получения рисунка

Максимальная ширина проводников

7. Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой

где L0 — расстояние между центрами рассматриваемых элементов; — допуск на расположение проводников (см. табл. 4.6).

Минимальное расстояние между двумя контактными площад­ками

Минимальное расстояние между двумя проводниками

.

Приложение Д

Пример расчета системы амортизации.

Блок формирования сигналов имеет массу М=40 кг и габаритные размеры:

540 х 200 х 580 мм. Блок предназначен для работы в кузове автомобиля.

Схема расположения амортизаторов представлена на рисунке 1.

На платформу автомобиля действуют виброперегрузки в диапазоне частот от 7 до 50 Гц (таблица 1).

Проведем статический расчет системы амортизации

Определяем статическую нагрузку на каждый амортизатор P_i из системы уравнений:

Решая эту систему уравнений, находим

По номинальной статической нагрузке выбираем тип амортизатора. В данном случае, учитывая условия эксплуатации и конструктивные особенности, подходят пружинные амортизаторы с воздушным демпфированием типа АД-10 и АД-15.

Амортизаторы АД-10 имеют номинальную статическую нагрузку от 70 до 100 Н, коэффициент жесткости 117,7 Н/см и могут быть использованы в качестве амортизаторов А₃ и А₄ . Амортизаторы АД-15 (для А₁ и А₂ ) имеют соответственно Р_ном от 100 до 150 Н,

к _i = 186,4 Н/см. Показатель затухания амортизаторов h = 0,5

Рисунок Д.1 - Блок РЭА с системой амортизации

Таблица Д.1 - Динамические характеристики блока формирования сигнала

Определяем статическую осадку каждого амортизатора:

см;

см;

Так как осадка амортизаторов получилась разной, то требуется произвести выравнивание блока с помощью нивелирующих прокладок под амортизаторы А₃ и А₄ . Определяем толщину прокладок:

∆_3,4 = 0,71-0,6=0,11 см.

Проведем динамический расчет системы амортизации .

Для этого определим прежде всего частоту собственных колебаний системы по формуле:

где — суммарная жесткость системы. В данном случае

Получаем

По формуле

где:

-амплитуда вынужденных колебаний;

-амплитуда вибросмещения основания;

- коэффициент расстройки (η = Ω/ ω₀ );

- показатель затухания.

Рассчитываем коэффициент динамичности системы для кинематического возбуждения в диапазоне частот 7 до 50 Гц. Результаты занесены в таблице 1.

Определяем действующее на блок виброускорение и относительное перемещение по формуле:

и также заносим результаты в таблицу 1. Максимальное относительное перемещение происходит на частоте 7 Гц и составляет 4,18 мм. Это значение меньшего допустимого свободного хода амортизаторов АД-10 и АД-15, составляющего 6 ... 8 мм. Следовательно, данная система амортизации может быть использована в конструкции блока.

Приложение Е

Расчет значения средней наработки на отказ функционального узла

Исходные данные для расчета: перечень используемых компонентов, их количество, температура окружающей среды и фактическое значение параметра, определяющего надежность, приведены в графах 1—5 таблицы Е.2. Для удобства последующих расчетов однотипные элементы, находящиеся при одинаковых (близких) температурах и работающие при одинаковых (близких) электрических нагрузках, объединены в таблице в одну группу.

Графы 1—3 были заполнены на основании данных, содержащихся в чертежах функционального узла. Графы 4 и 5 были заполнены на основании данных, содержащихся в таблицах режимов компонентов, полученных в результате измерений, сделанных на макете функционального узла.

Расчет надежности производим в следующем порядке:

1. По данным, содержащимся в технических условиях на радиокомпоненты, определяем значение параметра, определяющего надежность, а также конструктивную характеристику компонента (для транзистора — кремниевый, для конденсатора — керамический и т. д.), Эти данные внесены в графы 6 и 7 таблицы Е.2.

Проведем расчет по следующим формулам:

Т_В ≈t_В /n ,

где Т_В – среднее время восстановления,

t_В – суммарное время,

Λ=λ₁ + λ₂ +…+ λ_n = ,

где λ₁ ,λ₂ ,_, …λ_n – интенсивности отказов с учетом всех воздействующих факторов.

k=P_c /P_{c max} ,

где P_c – фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе,

P_{c max} - максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе,

k=I/I_max

где I - фактически выпрямленный ток,

I_max – максимально допустимый выпрямленный ток

Определяем коэффициент нагрузки k ; эти данные занесены в графу 8.

2. По таблице Е.1 определяем значения коэффициента α; для этого используем t и k из граф 4 и 8 таблицы Е.2. Полученные результаты занесены в графу 9.

3. Из справочника выбираем значения λ ₀ для интересующих нас компонентов; эти данные внесены в графу 10.

4. По формуле k=P/P_Н рассчитываем интенсивность отказов для компонентов каждой группы, работающих в одинаковых условиях; результаты внесены в графу 11.

5. По формуле Λ=λ₁ + λ₂ +…+ λ_n = , рассчитываем интенсивность отказов Λ _I для каждой группы компонентов, работающих в одинаковых усло­виях; результаты внесены в графу 12.

6. По формуле Λ=λ₁ + λ₂ +…+ λ_n = , находим значения Λ для всего функционального узла; для этого суммируем все цифры, записанные в графе 12.

Интенсивность отказов разрабатываемого функционального узла λ =52•10^-6 1/ч.

7. Преобразуя Т_ср ≈t/n к виду T_ср =1/λ , определяем среднюю наработку на отказ T_ср = 1/λ = 1/52•10^-6 = 19,2•10³ ч.

Таблица Е.1 – Значения коэффициента влияния

Таблица Е.2 - Расчет надежности функционального узла