Реферат: Разработка блока управления электромеханическим замком

Министерство образования и науки Республики Беларусь

 

Белорусский Государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Факультет компьютерного проектированияКафедра РЭС

                                                                                                    К защите допускаю

                                                                                                    "__"_______ 2001 г.

                                                                                                  Руководительпроекта

                                                                                                  ________Смирнова Н.А.

Пояснительная  записка

к курсовому проекту на тему:

Разработка блока управления электромеханическим замком.

                                                                                          Разработал: ст. гр. 710205

  Грибанский Д.Ю.

                                                                                          Приняла:    Смирнова Н.А.

                                                                         

Минск2001

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................... 1 Разработка технического задания............................................................................

2 Анализ исходных данных и основные технические требования к

    разрабатываемой конструкции...............................................................................

2.1 Анализ существующих разработок................................................................. 2.2 Анализ климатических факторов..................................................................... 2.3 Анализ дестабилизирующих факторов........................................................... 2.4 Анализ электрической схемы...........................................................................

3 Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов,

    установочных изделий и материалов конструкции..............................................

3.1 Выбор и обоснование элементной базы.......................................................... 3.2 Выбор материалов конструкции......................................................................

4 Выбор и обоснование компоновочной схемы, методов и принципа

   конструирования.......................................................................................................

4.1 Выбор компоновочной схемы.......................................................................... 4.2 Выбор и обоснование метода и принципа конструирования........................

5 Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации, виброзащиты и

   экранирования...........................................................................................................

5.1 Выбор способов охлаждения на ранней стадии проектирования................. 5.2 Выбор способов и методов герметизации....................................................... 5.3 Выбор способов и методов экранирования..................................................... 5.4 Выбор способов и методов виброзащиты....................................................... 6 Расчет конструктивных параметров изделия......................................................... 6.1 Компоновочный расчет блоков РЭС............................................................... 6.2 Расчет теплового режима..................................................................................

6.3 Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы.

      Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы.....................

6.4 Расчет механической прочности и системы виброударной защиты............ 6.5 Полный расчет надежности.............................................................................. 6.6 Расчет технологичности 7 Обоснование выбора средств автоматизированного проектирования................ 7.1 Применение ЭВМ и САПР в курсовом проектировании.............................. 7.2 Перечень и содержание конструкторских работ, выполненных с применением САПР................................................................................................ 8 Анализ и учет требований эргономики и технической эстетики.........................

9 Мероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара,

   электромагнитных полей и механических нагрузок...........................................

10 Технико-экономическое обоснование конструкции........................................... 11 Охрана труда и экологическая безопасность...................................................... Заключение.......................................................................................................... Литература........................................................................................................... Приложение.........................................................................................................

Аннотация

Вданном курсовом проекте было предложено разработать блок управленияэлектромеханическим замком на электронных ключах, позволяющий контролироватьдоступ в помещения и разработать техническое задание на него.

Вкурсовом проекте был произведен анализ существующих, а также обзоротечественных и зарубежных разработок. Был произведен подробный анализклиматических и дестабилизирующих факторов и анализ электрической схемы,приведен принцип работы разрабатываемого блока и его основные техническиепараметры.

Всоответствии с заданием на курсовое проектирование произведен выбор иобоснование метода и принципов конструирования, методов изготовления печатныхплат, способа охлаждения на ранних стадиях проектирования, способа и методовгерметизации, экранирования и виброзащиты, а также произведен выборкомпоновочной схемы. В проекте выполнены также: компоновочный расчет блоковРЭС, расчет теплового режима, расчет конструктивно-технологических параметровпечатных плат, расчет механической прочности и системы виброударной защиты,расчет электромагнитной совместимости, расчет лицевой панели блока управления,полный расчет надежности и расчет показателей технологичности. Рассмотренымероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара,электромагнитных полей и механических нагрузок и приведенотехнико-экономическое обоснование конструкции.

Введение

КонструированиеРЭС — сложный творческий процесс, не имеющий пока строгой всеохватывающейматематической базы и ведущийся методом многочисленных проб и последовательныхприближений. Этот процесс больше искусство, чем наука, хотя решение многихпроблем конструирования основано на использовании строгого математическогоалгоритма, расчета тепловых режимов, прочности, различных допусков. Поэтомунезначительные на первый взгляд погрешности или приближения, допущенные наранних стадиях разработки РЭС, могут стать причиной крупных ошибок в дальнейшейработе.

Широкоеиспользование радиоэлектронной аппаратуры в различных областях науки и техникиприводит к необходимости обеспечения высокой надёжности её работы приразнообразных климатических и механических воздействиях. Трудность выполненияданного требования связана с различным назначением РЭС, местом её установки иусловиями эксплуатации. Об уровне надёжности принято судить по способности РЭСбезотказно работать в течении заданного времени в определённых условиях.Поэтому для оценки степени соответствия РЭС предъявляемым к ней требованиямосуществляют технический контроль и испытание на всех этапах конструирования ипроизводства. Полученная при этом информация о качестве работы РЭС и о причинахеё отказов совместно с данными реальной эксплуатации позволяет принятьсвоевременные меры по совершенствованию схемы и конструкции, а так жетехнологии производства.

Правильноорганизованный технический контроль и испытания способствуют значительномуповышению надёжной работы РЭС. В связи с этим особую актуальность приобретаютрадиотехнические устройства, предназначенные для испытания и контроля,посредством которых проверяется работоспособность и пригодность к эксплуатацииразличного оборудования и приборов.

Впоследние годы с развитием электроники усложняется радиоаппаратура. Характеренпереход от отдельных радиоаппаратов к сложным комплексам и системам. Однакосоздание подобной аппаратуры ставит перед её разработчиками различные проблемы:веса, объёмов и габаритов; надёжности и долговечности; производства исерийности; экономики. Для преодоления этих проблем необходимо их комплексноерешение на общей технической базе. Такой базой в настоящее время являетсякомплексная механизация с применением микроэлектроники, внедрением унификации истандартизации. Разработка схемы конструкции и технологии становится единымпроцессом создания аппаратуры. Отработка серийной способности каждого изделияначинается с момента его зарождения и продолжается в процессе его производства.

Данныйдипломный проект в учебном плане подготовки завершает цикл конструкторских итехнологических дисциплин. Задача проекта состоит в том, чтобы, используязнания, полученные при изучении данных дисциплин научиться создавать имоделировать конструкции радиоэлектронной аппаратуры различного назначения,обеспечивая совместимость с объектом установки и с оператором, с учётомпатентной чистоты и патентоспособности; обеспечивать надёжность конструкций почетырем составляющим — безотказности, долговечности, сохранности иремонтоспособности. Всё это должно органически перенестись в единое целое вданном курсовом проекте.

Современныйэтап научно-технического прогресса характеризуется массовым распространениеммикропроцессорной техники. Она настолько широко распространилась во всехобластях народного хозяйства, что трудно представить, как обойдутся без нее всепроцессы автоматизации и управления. Применение ОМЭВМ, реализующих на одной БИСфункции ввода-вывода, хранения и обработки данных, позволяет достигатьмаксимальной простоты и дешевизны систем управления. Одним из возможныхвариантов применений ОМЭВМ можно считать использование их для системохранно-пожарных сигнализаций и контроля доступа в помещения.

Использованиев системах контроля доступа в помещения кодовой последовательности,обрабатываемой ОМЭВМ, полностью исключает подбор кода, а возможностьподключения в качестве исполнительного устройства релейного замка с курковыммеханизмом взвода ригеля обеспечивает надежную фиксацию двери, что гарантируетдостаточно надежную защиту от взлома. Существует, однако, и более надежныйспособ защиты – установка централизованной системы охранно-контрольннойсигнализации. Однако главное препятствие для их широкого внедрения – этонеобходимость наличия телефонного номера на объекте охраны и недостатоксоответствующего оборудования у правоохранительных органов, что и не позволяетрешать проблему массовой охраны квартир и служебных помещений. Поэтому вдипломном проекте будет разработан блок управления электромеханическим замкомна электронных карточках, позволяющий контролировать доступ в помещение.

1      Разработка техническогозадания

1.1  Наименование и область применения

1.1.1Блок управления электромеханическим замком.

1.1.2Областью применения блока является управление доступом в помещение посредствомэлектромеханического замка (COMMAX, ABLOY, CISA).

1.1.3Предусматривается использование изделия на производстве.

1.2 Основание для разработки

1.2.1.Основанием для разработки является программа курса КиА РЭУ для ВУЗов поспециальности Т08.01, утвержденная Министерством образования РеспубликиБеларусь 1995г.

1.2.2.Тематическая карточка на разработку не предусматривается.

1.3 Цель и назначение разработки

1.3.1Целью разработки является создание блока управления электромеханическимирелейными замками с курковым механизмом взвода ригеля и пусковым током не более1.0 А при напряжении 12 В, отвечающего современным требованиям.

1.3.2Назначение разработки — создание конструктивно законченного устройства.

1.3.3Разработка должна обеспечить создание базовой модели блока управления замкомэлектромеханическим.

1.3.4Дальнейшее развитие разработки должно выполняться путем создания модификацийбазовой модели, отличающихся элементной базой и другими показателями.

1.3.5Блок управления (БУ) замком электромеханическим предназначен для работы притемпературах от минус 10 до плюс 40°С, относительной влажности воздуха до 80% иатмосферном давлении от 84 до 106 кПа

1.3.6Изделие предназначено для мелкосерийного изготовления.

1.4 Источники разработки

1.4.1.Источниками разработки является схема электрическая принципиальная блокауправления замком электромеханическим.

1.5 Технические требования

1.5.1 Состав изделия и требования кконструктивному исполнению устройства

 

1.5.1.1БУ должен содержать следующие составные части:

·  Модульбазовый;

·  Модульпроцессорный;

·  Модульсветовой и звуковой индикации.

1.5.1.2БУ должен изготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТов, соответствоватьтребованиям настоящего ТЗ, ТУ и комплекта конструкторской документации.

1.5.1.3Принцип построения блока управления замком электромеханическим долженобеспечивать:

¾   взаимозаменяемость сменныходноименных составных частей;

¾   ремонтопригодность.

1.5.1.4По внешнему виду блок должен соответствовать опломбированному и утвержденномуобразцу.

1.5.1.5Габаритные размеры корпуса блока должны быть не более, м :

длина –0,185;

ширина –0,135;

высота –0,08.

1.5.1.6 Массаблока без источника резервного питания должна быть не более 3 кг.

1.5.1.7Конструкция блока должна обеспечивать:

¾   удобство эксплуатации;

¾   возможность ремонта;

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

1.5.1.8Структура блока и его конструктивное выполнение должны обеспечивать объединениесоставных частей в единый базовый конструктив.

1.5.1.9 Блокдолжен быть работоспособным при электропитании от однофазной сети переменноготока номинальным напряжением 220В и частотой переменного тока 50 Гц, при этомнормы качества электрической энергии при электропитании от государственнойэнергетической системы — по ГОСТ 13109-67.

1.5.1.10Электрическая прочность изоляции блока управления замком электромеханическиммежду токоведущими цепями, а также между токоведущими цепями и корпусом внормальных климатических условиях эксплуатации должна обеспечивать отсутствиепробоев и поверхностных перекрытий изоляции.

1.5.1.11 Поустойчивости к воздействию температуры и влажности окружающей среды блок интерфейсныхадаптеров должен соответствовать климатическому исполнению к категорииразмещения УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69.

1.5.1.12 Дляантикоррозионной защиты поверхность деталей, сборочных единиц и блока в целомприменять гальванические и лакокрасочные покрытия.

1.5.1.13Корпус должен быть изготовлен из листовой стали.

1.5.1.14Корпус, передняя панель и другие детали наружной поверхности блока должны иметьзащитное покрытие и не иметь дефектов, портящих внешний вид изделия (вмятин,следов коррозии, царапин, трещин и других механических повреждений).

1.5.1.15Блок должен эксплуатироваться в производственных помещениях категории Д по СНиП11-90-81.

1.5.2 Показатели назначения

 

1.5.2.1БУ предназначен для управления доступом в помещения.

1.5.2.2БУ предназначен для подключения к электромеханическими релейными замками скурковым механизмом взвода ригеля и пусковым током не более 1.0 А принапряжении 12 В.

1.5.2.3Потребляемая мощность блока, Вт не более 2.

1.5.2.3Питание блока от однофазной сети переменного тока напряжением 220В±10%частоты 50±0,5Гц с возможностью работы отисточника резервного питания напряжением 12В.

1.5.3 Требования к надежности

1.5.3.1Блок по обеспечению надежности должен удовлетворять требованиямОСТ4.205.029-83.

1.5.3.2Показатели должны соответствовать заданным значениям при нормальныхклиматических условиях (температура окружающей среды плюс 20°С, относительная влажность 60 %,атмосферное давление (84...1037) 102 Па); с отклонениями напряжения сети220В от плюс 10% до минус 15% от номинального значения, частотой (50±1) Гц.

1.5.3.3Средняянаработка на отказ, ч, не менее                       20000.

1.5.3.4Вероятностьбезотказной работы                                       0,9.

1.5.3.5Среднеевремя восстановления, ч                                          1.

1.5.3.6Блок должен выдерживать воздействия внешних механических и климатическихфакторов в соответствии с ГОСТ 11478-88 для 1 группы аппаратуры.

1.5.3.7После восстановления работоспособности, по окончании ремонтно-восстановительныхработ, изделие должно сохранять показатели назначения, изложенные в настоящемдокументе.

1.5.4 Требования к технологичностии метрологическому обеспечению разработки

1.5.4.1 Параметры блока управления замкомэлектромеханическим должны контролироваться с помощью стандартных измерительныхприборов обслуживающим персоналом средней квалификации.

1.5.4.2 Требования к технологичности должны соответствоватьГОСТ 14.201-83.

1.5.4.3 Конструкция изделия должна обеспечивать возможностьвыполнения монтажных работ с соблюдением требований технических условий наустановку и пайку комплектующих изделий.

1.5.4.4 Конструкция изделия в целом и отдельных сложныхузлов должна обеспечивать сборку при изготовлении без создания и примененияспециального оборудования.

1.5.4.5 При изготовлении блока управления замкомэлектромеханическим должны применяться стандартные методы и универсальныесредства измерений, серийное испытательное оборудование. Допускается для проведенияклиматических проверок при технологическом прогоне применять специальноприготовленную камеру или специально оборудованное оборудование.

1.5.4.6 Конструкция блока должна обеспечивать его сборку имонтаж при подготовке к эксплуатации без применения специального оборудования,приспособлений и инструмента.

1.5.4.7Трудоемкость изготовления устройства — не более 5 часов.

1.5.4.8Конструкция блока должна соответствовать требованиям ремонтопригодности поР50-84-88.

1.5.5 Требования к уровню стандартизациии унификации

1.5.5.1В качестве комплектующих единиц и деталей (коммутационные, изделия электроники,крепежные, установочные) должны применяться серийно выпускаемые изделия.

1.5.5.2Сборочные единицы типа монтажных плат, панелей, крепежных и установочных узловдолжны быть унифицированными.

1.5.5.3В конструкции блока должны быть заимствованы сборочные единицы, узлы и деталииз ранее разработанных изделий.

1.5.5.4Коэффициент унификации стандартных и заимствованных деталей должен быть неменее 0,5.

 

 

1.5.6 Требования безопасности итребования по охране природы

1.5.6.1 Конструкцией блока управления замкомэлектромеханическим должна быть обеспечена безопасность персонала приэксплуатации. Общие требования электрической и механической безопасности по ГОСТ12.2.007.0-75 и ГОСТ 25861-83.

1.5.6.2 По способу защиты человека от пораженияэлектрическим током блок должен быть изготовлен в соответствии с требованиямиГОСТ 12.2.007-75 и ГОСТ 25861-83. Класс защиты — 1.

1.5.6.3 Меры защиты от поражения электрическим током должнысоответствовать требованиям ГОСТ 25861-83 и ГОСТ 12.1.019-75.

1.5.6.4 В блоке управления замком электромеханическимдолжна быть обеспечена защита от коротких замыканий.

1.5.6.5 Общие требования к обеспечению пожарнойбезопасности в производственных помещениях по ГОСТ 12.1.004-85.

1.5.6.6Конструкция устройства должна исключать возможность неправильного присоединенияего сочленяемых токоведущих и составных частей.

1.5.6.7В качестве основного источника питания должна применяться сеть переменного токачастотой 50 Гц и напряжением 220 В, в качестве резервного источника питания –аккумулятор напряжением 12В, со временем автономной работы не менее 36ч.

1.5.6.8Присоединительные разъемы электрических цепей должны быть снабжены надписями,соответствующими их принадлежности и назначению.

1.5.6.9Коммутационные изделия, устанавливаемые в цепях повышенного напряжения, должныбыть конструктивно выделены и не должны одновременно коммутировать другие цепи.

1.5.6.10Конструкция устройства должна исключать попадание внутрь посторонних предметов.

1.5.6.11В эксплуатационных документах по требованиям техники безопасности должны бытьсоблюдены правила технической эксплуатации электроустановок потребителем иправила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем.

1.5.7 Эстетическиеи эргономические требования

1.5.7.1Блок по своим эргономическим показателям должен обеспечивать удобствоэксплуатации.

1.5.7.2Органы индикации должны быть расположены с достаточным обзором.

1.5.8 Требования к патентнойчистоте

 

1.5.8.1Патентная чистота блока должна быть обеспечена в отношении стран СНГ и стран — возможных импортеров изделия.

1.5.9 Условия эксплуатации,требования к техническому обслуживанию и ремонту

1.5.9.1 Блок управления замком электромеханическим долженбыть выполнен для климатического исполнения УХЛ 4.2 согласно ГОСТ 15150-69 инормально функционировать при следующих климатических условиях:

¾   верхнеезначение температуры окружающей среды, °С                плюс 35;

¾   нижнеезначение температуры окружающей среды, °С                 плюс 10;

¾   относительнаявлажность воздуха при температуре плюс 20°С,%        60.

1.5.9.2 Предельно допустимые условия эксплуатации блока должнысоответствовать:

¾   верхнеезначение температуры окружающей среды, °С                плюс 40;

¾   нижнеезначение температуры окружающей среды, °С                   плюс 1;

¾   относительнаявлажность воздуха при температуре плюс 25°С,%        80;

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

1.5.9.3Время подготовки блока к эксплуатации после транспортировки и хранения недолжно превышать 1 часа.

1.5.9.4Рабочий режим в блоке должен устанавливаться не более чем через 1 минуту послевключения.

1.5.9.5Ремонт блока должен производиться в специализированной ремонтной организацииили по месту эксплуатации высококвалифицированным радиомехаником.

 

1.5.10 Требования к маркировке иупаковке

1.5.10.1Маркировка блока управления замком электромеханическим должна соответствоватьтребованиям ГОСТ 26828-86.

1.5.10.2Маркировку выполняют любым способом. Способ и качество выполнения маркировкидолжно обеспечивать четкое и ясное изображение ее в течении срока службы блока.

1.5.10.3Маркировка устройства и входящих составных частей должна содержать :

-   товарный знакили наименование предприятия-изготовителя;

-   полноеторговое наименование по ГОСТ 26794-85;

-   порядковыйномер изделия и составных частей;

-   необходимыепоясняющие и предупреждающие надписи, выполненные по ГОСТ 12.2.006-87.

-   датуизготовления.

1.5.10.4Упаковка должна быть выполнена в виде картонного ящика с пенопластовымивкладышами.

1.5.10.5На таре должны быть нанесены манипуляционные знаки «Боится сырости»,«Соблюдение интервала температур», по ОСТ14192-77 и знак высотыштабелирования по ОСТ4.ГО.417.209-82.

1.5.10.6 Упаковка должна обеспечивать сохранность изделияпри погрузочно-разгрузочных работах, транспортировании, хранении и необходимуюзащиту от внешних воздействий.

1.5.10.7 Каждое изделие в упаковке должно фиксироваться втранспортной таре.

1.5.10.8При поставке изделия на экспорт все надписи выполняются на языке, оговоренном вдоговоре на поставку.

1.5.11 Требования ктранспортированию и хранению

1.5.11.1Упакованные изделия перевозить только в закрытом транспорте.

1.5.11.2 Требования к видутранспорта не предъявляются.

1.5.11.3Условия транспортирования изделия в таре для транспортирования должнысоответствовать следующим требованиям:

¾  температура окружающего воздуха, °С                                                ±50;

¾  относительная влажность воздуха при плюс 30°С, %                           95;

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

1.5.11.4Размещение и крепление упакованных изделий в транспортных средствах должнообеспечивать их устойчивое положение, исключить возможность ударов их друг одруга.

1.5.11.5 Блок управления замком электромеханическим долженхраниться в упаковке в складских помещениях у изготовителя и потребителя притемпературе воздуха от плюс 5 до плюс 35°Си относительной влажности воздуха не более 85 %. В помещениях для хранения недолжно быть агрессивных примесей (паров, кислот, щелочей), вызывающих коррозию.

1.5.11.6Расстояние между стенами, полом хранилища и изделием должно быть не менее 100мм, а между отопительными устройствами не менее 0,5 м.

1.6 Экономическиепоказатели

 

1.6.1Срок окупаемости блока должен быть не более 3 лет.

1.6.2Предполагаемый годовой выпуск до 1 тыс. штук в год.

1.7 Порядок контроля иприемки

 

1.7.1Для приемки работы на этапе проведения испытаний необходимо представить триобразца блока управления замком электромеханическим.

1.7.2Испытания должны проводиться по программе и методике испытаний.

1.7.3Для приемки представляются следующие документы:

-    техническое задание;

-    комплект конструкторскойдокументации;

-    ведомость покупных изделий;

-    программа и методика испытаний;

-    эксплуатационные документы;

-  методики проверки.

1.7.4Приемочные испытания проводит разработчик, приемосдатчик, изготовитель.

1.7.5Приемочные испытания опытного образца производятся в сроки, согласованные сзаказчиком.

1.7.6В случае несоответствия основных параметров блока, его отправляют в ремонт.После ремонта проводят проверку и настройку блока.

2         Анализ исходных данных и основные     техническиетребования к           разрабатываемой  конструкции

 

2.1        Анализсуществующих разработок

 

Всвязи со спецификой объекта разработки, информация по этой теме публиковаласьтолько в литературе служебного пользования или с грифом “секретно”. Поэтому в обзоре существующих разработок будутиспользованы материалы открытых выставок, которые в течение ряда лет производятсяв г. Минске под девизом “Безопастность.Крименалистика. Правопорядок.”.

Преждечем произвести обзорсистем, рассмотреть их основные достоинства и недостатки, дадим определениеэлектронного замка.

Электромеханическийзамок (в дальнейшем ЭМЗ) -совокупность совместно действующих техническихсредств для управления доступом в помещение.

2.1.1    Обзор отечественныхразработок

Замок кодовый электронныйЗКЭ-4-10

Структурная схема этой системы приведена на рисунке2.1.1

/> 

Рисунок2.1.1 – Структурная схема электромеханического замка

Нарисунке 2.1.1 приняты следующие аббревиатуры:

УК– устройство кодовое. Предназначено для хранения кодовой последовательности;

УЗ– устройство запирающее;

КК– ключ кодовый.Содержит: кодонобиратель (клавиатура) исигнальную лампу.

Главныйнедостаток данной системы – это то, что она предназначена для внутреннихпомещений и обеспечивает фиксацию двери только в одной точке. К существующимнедостаткам устройства можно отнести так же ограниченное количество вариантовкода (5040) и большое энергопотребление.

2.1.2 Обзор зарубежных разработок

Электронный кодовый замокSmart GuardPlus

Достоинства:

-    использование в наружных дверях;

-    индивидуальное программированиевремени и полномочий доступа для каждого из 900 пользователей;

-    идентифицирование пользователя поуникальному 48-разрядному коду персонального электронного ключа Touch Memory.

Недостатки:

-    сравнительно высокая стоимостьдля отечественных потребителей;

-    обеспечивает фиксациюдвери в одной точке.

Такихже недостатков не лишен и автономный комплекс контроля доступа в помещение Smart Latch.

Особенновысокая стоимость, наряду с отсутствием аналогичных отечественных систем,сдерживает внедрение зарубежных систем для контроля доступом в помещение.

2.2 Анализклиматических факторов

Изделия должны сохранятьсвои параметры в пределах норм, установленных техническими заданиями,стандартами или техническими условиями в течение сроков службы и сроковсохраняемости, указанных в техническом задании после или в процессе воздействияклиматических факторов, значения которых установлены ГОСТ 15150-69.

Изделия предназначают дляэксплуатации в одном или нескольких макроклиматических районах и изготавливаютв различных климатических исполнениях.

Разрабатываемоеустройство предназначено для эксплуатации в районах с умеренным и холоднымклиматом.

К макроклиматическомурайону с умеренным климатом относятся районы, где средняя из абсолютныхмаксимумов температура воздуха равна или ниже плюс 40 °С, а средняя из ежегодных абсолютныхминимумов температура воздуха равна или выше минус 45 °С.

К макроклиматическомурайону с холодным климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодныхабсолютных минимумов температура воздуха ниже минус 45 °С.

Исходяиз вышесказанного, блок управления замком электромеханическим будетизготавливаться в климатическом исполнении УХЛ.

Следует отметить, чтоизделия в исполнении УХЛ могут эксплуатироваться в теплом влажном, жарком сухоми очень жарком сухом климатических районах по ГОСТ 16350-80, в которых средняяиз ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха выше плюс 40 °С, и сочетание температуры, равнойили выше О °С, иотносительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается более 1 часов в суткиза непрерывный период более двух месяцев в году.

Изделия в различныхклиматических исполнениях в зависимости от места размещения при эксплуатации ввоздушной среде на высотах до 4300 м изготавливают по категориям размещенияизделий.

Разрабатываемый блок управления замкомэлектромеханическим предназначен для эксплуатации в помещениях (объемах) сискусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытыхотапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и другихпомещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечногоизлучения, ветра, песка, пыли наружного воздуха, отсутствие или существенноеуменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги), аконкретнее — в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типапомещениях. Следовательно, блок управления замком электромеханическим относитсяк категории исполнения 4.2.

Нормальные значения климатических факторов внешнейсреды 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  верхнеепредельное рабочее значение температуры

окружающеговоздуха при эксплуатации, °С                                   +40;

¾  нижнее предельноерабочее значение температуры

окружающеговоздуха при эксплуатации, °С                                      +1;

¾  величинаизменения температуры окружающего воздуха

за 8ч., °С                                                                                               40;

верхнее значение относительной влажности притемпературе

плюс 25 °С, %                                                                                    80;

¾  среднегодовоезначение относительной влажности при

температуреплюс 20 °С, %                                                              60;

среднегодовое значение абсолютной влажности, г/>м                              10;

верхнее рабочее значение атмосферного

давления, кПа (мм рт. ст.)                                                    106,7 (800);

¾  нижнее рабочеезначение атмосферного давления,

кПа(мм рт. ст.)                                                                       86,6 (650);

¾  нижнее предельноерабочее значение атмосферного

давления,кПа (мм рт. ст.)                                                       84,0(630).

Указанное верхнеезначение относительной влажности воздуха нормируется также при более низкихтемпературах; при более высоких температурах относительно влажность ниже.

Таккак нормированное верхнее значение относительной влажности 80%, то конденсациявлаги не наблюдается.

Содержание в атмосфере наоткрытом воздухе коррозионно-активных реагентов:

сернистый газ, мг/м, не более                                                                  0,025;

хлориды, мг/м, не более                                                                       0,00035.

Содержаниекоррозионно-активных реагентов в атмосфере помещений категории 4 в 2-5 разменьше указанного и устанавливается на основании измерений, но так как данныеизмерений отсутствуют, то содержание коррозионно-активных агентов принимаемравным 30 % указанного.

Занормальные значения факторов внешней среды при испытаниях изделия (нормальныеклиматические условия испытаний) принимаются следующие:

температура, °С                                                                    +25±10%;

относительная влажность воздуха, %                                          45...80;

атмосферное давление, мм рт. ст.                                             630...800.

Так как блок управлениязамком электромеханическим предназначен для работы в нормальных условиях, вкачестве номинальных значений климатических факторов указанные выше принимаютнормальные значения климатических факторов указанные выше.

За эффективнуютемпературу окружающей среды (при тепловых расчетах) принимается максимальноезначение температуры.

Заэффективные значения сочетания влажности и температуры при расчетах параметровизделия, изменение которых вызывается сравнительно длительными процессами,принимаются среднемесячные значения сочетаний влажности и температуры внаиболее теплый и влажный период (с учетом продолжительности их воздействия ).

За эффективные значенияконцентрации агрессивной среды принимают среднее логарифмическое значениесодержания коррозионно-активных реагентов, соответствующего данному типуатмосферы.

За эффективное значениедавления воздуха принимается среднее значение давления.

Группа условийэксплуатации по коррозионной активности для металлов и сплавов без покрытий, атакже с неметаллическими и неметаллическими неорганическими покрытиями — 1.

Группа условийэксплуатации в зависимости от климатического исполнения к категории размещенияизделия (УХЛ 4.2) — 1.

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

Обозначениятакого хранилища: основное — 1, буквенное — Л, текстовое “отапливаемоехранилище”. Климатические факторы, характерные для данных условий хранения:

температура воздуха, °С                                                                      +5...+40;

максимальное значение относительной влажности

 воздуха при температуре плюс 5 °С, %                                                      80;

среднегодовое значение относительнойвлажности

 воздухапри температуре плюс 20 °С,%                                            60;

пылевое загрязнение незначительно;

действие солнечного излучения, дождя, плесневых грибковотсутствует.

Условия транспортирования данного изделия являются такимиже, как и условия хранения. Транспортировка осуществляется в закрытыхтранспортных средствах, где колебания температуры и влажности воздуханесущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе.

Климатические факторы,характерные для данных условий транспортировки:

температура воздуха, °С                                                                           ±50;

¾  максимальноезначение относительной влажности

 воздухапри температуре минус 50 °С,%                                                  100;

    — среднегодовое значение влажности воздуха при

температуре + 20 °С, %                                                                              60;

пылевое загрязнениенезначительно.

2.3 Анализдестабилизирующих факторов

ПоГОСТ 11478 — 88 аппаратуру в зависимости от условий эксплуатации подразделяютна 4 группы. Разрабатываемое устройство относится к группе 1 (условияэксплуатации — в лабораторных, капитальных жилых и других подобных помещениях).

Нааппаратуру этой группы действуют следующие дестабилизирующие факторы:

синусоидальные вибрации;

различные механические воздействия при транспортировке;

пониженная и повышенная температура среды;

повышенная влажность воздуха;

воздействие пыли.

Для того чтобы выяснить, как поведет себя аппаратурапри воздействии этих факторов, а также для проверки соответствия ееустановленным в техническом задании требованиям, проводят испытания аппаратурына воздействие внешних механических и климатических факторов.

Испытания, проводимые для данной группы аппаратуры изначения механических и климатических факторов, которые она должна выдерживать,указаны в ГОСТ 11478-88.

При испытании навоздействие пониженной температуры среды и повышенной влажности в ТЗ нааппаратуру допускается по согласованию с заказчиком устанавливать значениярабочей пониженной температуры и относительной влажности, отличное от указанныхв ГОСТ 11478-88.

При испытании навоздействие пониженной температуры среды и повышенной влажности в ТЗ нааппаратуру допускается по согласованию с заказчиком устанавливать значениярабочей пониженной температуры и относительной влажности, отличное от указанныхв ГОСТ 11478-88.

Испытания рекомендуетсяпроводить на одних и тех же образцах аппаратуры в следующей последовательности:

механические испытания;

испытание на воздействие повышенной температуры среды;

испытание на воздействие повышенной влажности;

испытание на воздействие пониженной температуры среды.

Испытания на воздействиепыли и на прочность при падении рекомендуется проводить на образцах аппаратуры,которые не подвергались испытаниям других видов.

Испытание включаетследующий ряд операций, проводимых последовательно:

начальная стабилизация (если требуется);

начальные проверки и начальные измерения (еслитребуется);

выдержка;

конечная стабилизация (если требуется);

¾  заключительныепроверки и измерения (если требуется).

До и после испытаниязначения параметров и характеристик должны соответствовать требованиям длянормальных климатических условий, установленных в стандартах на аппаратуру.

Аппаратуру считаютвыдержавшей испытание, если:

не нарушена сохранность внешнего вида;

¾   после испытания характеристики ипараметры аппаратуры соответствуют требованиям, установленным в стандартах илиТУ на аппаратуру и в ПИ для испытаний данного вида.

2.4 Анализэлектрической схемы

Вданной работе поставлена задача разработки только одного блока системыконтроля доступав помещение (СКДП) — электронного блока управления (ЭБУ). Однако для анализаисходных данных необходимо рассмотреть систему в целом. Схема электрическаяструктурная ЭБУ приведена в приложении В.

Замокэлектромеханический предназначен для ограничения доступа в охраняемые помещенияи может эксплуатироваться как автономно, так и в составе охранных устройств иустройств «электронный вахтер». Замок является врезным дверным замкоми устанавливается непосредственно в саму дверь.

Системаразработана по модульному принципу и включает в себя следующие блоки:

-    блок управления (БУ);

-   электромеханическоезапирающее устройство – исполнительный механизм (ЭЗУ);

-    электронные карточки-ключи.

Блокуправления STEGO 01.010, в дальнейшем БУ, предназначен для управления релейнымизамками с курковым механизмом взвода ригеля с пусковым током не более 1.0 А принапряжении 12 В. Управление замками осуществляется посредством электронных карточектаблеточной конструкции DS1990, DS1992, DS1994 фирмы DALLAS (США).

БУобладает функциями автономной охраны двери, что обеспечивается подключениемстандартного магниточувствительного дверного датчика и внешнего звукового илисветового оповещателя.

БУсостоит из следующих составных функциональных частей:

-   электронныйблок управления (ЭБУ);

-   накладкавнешняя;

-   накладкавнутренняя;

ЭБУи накладки выполнены в виде самостоятельных конструктивных единиц, чтопозволяет в зависимости от планировки помещения, типа дверей и т.п.устанавливать эти составные части по месту.

Электронныйблок управления,является основной частью БУ, выполнен в разборном металлическом корпусе. Напередней панели блока установлены светодиодные индикаторы сети и наличия аккумуляторарезервного питания. Для питания ЭБУ используется сетевое напряжение 220В илиаккумулятор резервного питания напряжением 12В.

Электронныйблок управления осуществляет все необходимые функции, связанные с запоминаниеми опознаванием ключей, индикацией режимов, выдачей сигналов управления на ЭЗУ.

Вкорпусе ЭБУ располагаются:

-   базовыймодуль;

-   модульсветовой и звуковой индикации;

-   микропроцессорныймодуль.

 

Микропроцессорныймодульуправляет режимами работы БУ,принимает и обрабатывает сигналы ключей, датчика, кнопок, обеспечивает хранениекодов ключей, выдает сигналы управления замком, оповещения и тревоги.

Базовыймодульобеспечивает:

-   формированиенапряжений необходимых для работы БУ, исполнительного реле замка, выносногозвукового или светового оповещателя;

-   автоматическуюподзарядку и подключение аккумулятора резервного питания, при пропаданиинапряжения сети;

-   согласованиемодуля контроллера с внешними устройствами;

-   усилениясигналов управления замком, индикации, оповещения и тревоги.

Блок управления устанавливается в помещении, вудобном для доступа месте, но не далее 10 м от двери.

Накладкавнешняя,конструктивно оформлена в декоративном металлическом корпусе и содержит: платус контактным устройством ключей и светодиодным индикатором режимов, вызывнуюкнопку.

Устанавливаетсяна внешней стороне двери и закрепляется посредством двух винтов со сторонывнутренней накладки.

Накладкавнутренняя,конструктивно оформлена в декоративном металлическом корпусе и содержит кнопкуоткрывания замка и коммутационную переходную плату для подключения накладкивнешней, магниточувствительного датчика и ЭБУ.

Электронныекарточкивыполняют функцию ключей и представляют из себя электронную схему, встроенную вгерметичный корпус таблеточной конструкции. Каждая карточка имеет записанный вней индивидуальный48 разрядный код, который не может быть изменен.Большое число комбинаций кодов исключает возможность их подбора и повторения

Кромеобычных карточек, которые пользователь может приобретать независимо, замоккомплектуется специальной карточкой ("мастер-ключ")посредством которой осуществляется задание режимов работы БУ, а такжепрограммирование и стирание кодов ключей.

Производителькарточек — американская фирма «DALLAS» гарантирует их безотказную работув течение 10 лет.

Электромеханическоезапирающее устройство, является исполнительным механизмом замка. В качестве ЭЗУиспользуется механизм с курковым механизмом взвода ригеля с пусковым током неболее 1.0 А при напряжении 12 В (таких марок как COMMAX, CISA, ABLOY).

Схемаэлектрическая принципиальная ЭБУ приведена в приложении В.

2.4.1 Основныетехнические параметры

-   количествоэлектронных карточек-ключей, программируемых в память БУ — 32;

-   режимпрограммирования и стирания ключей — списковый, избирательный;

-   максимальныйпусковой ток управления замком, при напряжении 12 В, не более, А — 1,5;

-   напряжениепитания — ( 220 ± 22)В;

-   потребляемаяот сети мощность в дежурном режиме, не более, Вт — 1,5;

-   максимальнаямощность подключаемого выносного звукового или светового оповещателя, не более В·А-4,0;

-   резервныйисточник питания — аккумулятор 1,2 А·ч; (автоматические подключение иподзарядка);

-   времяавтономной работы с резервным источнком

питания ч, не менее                                                                                 36;

-   габаритныеразмеры БУ, не более, мм                     185х135х80;

-   масса БУ безрезервного источника питания, не более, кг                 3.

2.4.2 Принципработы

РаботаЭБУпредполагает:

-    формирование и выдачу сигналовуправления замком;

-    запись и хранение кодовэлектронных карточек-ключей;

-    стирание кодов ключей, утратившихполномочия;

-    задание и отмену режимов работы;

-    обработку сигналов дверного датчика;

-    управление оповещателями в режимеохраны.

Принципработы БУоснован на использовании в качестве ключей электронных карточек, каждая изкоторых имеет свой уникальный код. Обработка, запись и стирание кодов, а такжеуправление всеми режимами работы БУ осуществляется микроконтроллером ЭБУ.Передача кодов с электронной карточки на микроконтроллер осуществляется прикасании ею контактного устройства по командам микроконтроллера. Коды ключей,обладающих полномочиями на управление БУ записываются в энергонезависимуюпамять ЭБУ и сохраняются при полностью обесточенном устройстве не менее 10 лет.Поскольку, микроконтроллер осуществляет только чтение кодов электронныхкарточек, полностью исключена возможность внешнего несанкционированного доступак записанным кодам ключей и вмешательства в режимы работы БУ.

Установкарежимов, запись и стирания карточек осуществляется посредством специальнойкарточки — «мастер-ключ», входящей в комплект замка. Каждый БУ имеетединственный «мастер-ключ».

Открываниезамка с внутренней стороны осуществляется нажатием кнопки внутренней накладки,или выносной кнопки.

БУвыдает звонковый сигнал посещения, при нажатии кнопки внешней накладки.

Светодиодныйиндикатор контактного устройства индицирует состояние замка/двери. Цвет индикатораменяется с красного на зеленый при открывании замка. Обратная смена цветапроизойдет только при открывании и последующем закрывании двери.

Врежиме охраны встроенный звуковой оповещатель БУ выдает длинные прерывистыесигналы оповещения, при незакрытой двери более 20 сек. При несанкционированномоткрывании двери (без предъявления электронной карточки, нажатия внутреннейкнопки) звуковой оповещатель выдает непрерывные короткие звуковые сигналы иосуществляет выдачу сигналов на внешний световой или звуковой оповещательмощностью не более 4 В·А с частотой 1 Гц. Отключение сигналов тревоги возможнотолько запрограммированным ключом.

Светодиодына передней панели ЭБУ индицируют наличие сети и аккумулятора резервногопитания:

-   красный изеленый — есть сеть, есть аккумулятор;

-   толькокрасный — есть сеть, нет аккумулятора;

-   отсутствиесвечения обоих индикаторов — нет сети.

Впоследнем случае о наличии аккумулятора можно судить по свечению индикатораконтактного устройства.

БУне предназначен для эксплуатации в помещениях для хранения активно действующиххимикатов, а также в помещениях, содержащих пыль и примеси, вызывающие коррозиюметаллических частей и повреждение электрической изоляции.

3            Выбор и обоснованиеэлементной базы, унифицированных узлов, установочных изделий и материаловконструкции

3.1    Выбор и обоснованиеэлементной базы

Выборэлементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной сучетом требований изложенных в техническом задании. Эксплуатационная надежностьэлементной базы во многом определяется правильным выбором типа элементов припроектировании (блока управления замком электромеханическим) и использовании врежимах, не превышающие допустимые. Следует отметить, что ниже рассматриваютсядопустимые режимы работы и налагаемые при этом ограничения в зависимости отвоздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самих элементов,не касаясь схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другие элементы.

ВлияниеЭ.Д.С. шумов, коэффициентов нелинейности, паразитных емкости и индуктивности идр., должны учитываться дополнительно исходя из конкретных условий применения.

Дляправильного типа элементов необходимо на основе требований к установке в частиклиматических, механических и др. воздействий проанализировать условия работыкаждого элемента и определить:

эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур,относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механическиенагрузки и др.);

значения параметров и их допустимые изменения впроцессе эксплуатации (номинальное значение, допуск, сопротивление изоляции,шумы, вид функциональной характеристики и др.);

-   допустимые режимыи рабочие электрические нагрузки (мощность, напряжение, частота, параметрыимпульсного режима и т.д.);

-   показателинадежности, долговечности и сохраняемости;

Критериемвыбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в любом радиоэлектронном устройстве являетсясоответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданнымусловиям работы и эксплуатации.

Основнымипараметрами при выборе ЭРЭ являются:

а)технические параметры:

-   номинальноезначение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;

-   допустимыеотклонения величин ЭРЭ от их номинального значения;

-    допустимое рабочее напряжениеЭРЭ;

-    допустимое рассеивание мощностиЭРЭ;

-    диапазон рабочих частот ЭРЭ;

-    коэффициент электрическойнагрузки ЭРЭ.

б)эксплуатационные параметры:

-    диапазон рабочих температур;

-    относительная влажность воздуха;

-    давление окружающей среды;

-    вибрационные нагрузки;

-    другие (специальные) показатели.

Дополнительнымикритериями при выборе ЭРЭ являются:

-    унификация ЭРЭ;

-    масса и габариты ЭРЭ;

-    наименьшая стоимость;

-    надежность.

Выборэлементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работуизделия. Применение принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, атакже конструировании изделия позволяет получить следующие преимущества:

-   значительносократить сроки и стоимость проектирования.

-   сократить напредприятии‑изготовителе номенклатуру применяемых деталей и сборочныхединиц, увеличить применяемость и масштаб производства.

-   исключитьразработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого новоговарианта РЭА, т.е. упростить подготовку производства.

-   создатьспециализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единицдля централизованного обеспечения предприятий.

-   улучшитьэксплуатационную и производственную технологичность.

-   снизитьсебестоимость выпускаемого изделия.

Учитываявышесказанное, перейдем к выбору элементной базы разрабатываемого блокауправления электромеханического замка.

Схемаэлектрическая принципиальная разрабатываемого блока управления приведена в приложении В.

Здесьприменены:

-   микросхемы КР561ТЛ1, КР142ЕН5А;

-   процессорЭКР1830ВЕ31;

-   память D27С64;

-   ППЗУЭКР1568РР1;

-   регистрЭК1554ИР22;

-   резисторыС2-23-0,125, С2-23-0,5, С2-23-2;

-   конденсаторытипа К50‑35, МО21;

-   транзисторыКТ3102ГМ, КТ3107ГМ, КТ973А;

-   диоды КД243,КД522А;

-   светодиоды АЛ307;

-   резонаторкварцевый на 4МГц;

-   трансформатор;

-   вставкаплавкая ВП1-1;

-   головкадинамическая 0,5ГДШ – 2 – 8Ом.

Проведемсравнительную оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплуатационныхпараметров ЭРЭ используемых в данных модулях.

Изсправочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатациианалоговых микросхем серии КР142:

-       интервал рабочих температур

-20...+850С

-       многократное циклическое изменение температуры

-20...+850С

-       относительная влажность воздуха при температуре 200С

до 98% -       атмосферное давление 0.67...31кПа

Сопоставляязаданные условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации микросхем даннойсерии, заключаем, что выбранная серия микросхем пригодна для эксплуатации вданных условиях.

Изсправочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатацииконденсаторов следующих типов:

а)для конденсаторов типа К50‑35:

-      температура окружающей среды

-20...+700С

-      относительная влажность воздуха при 400С

до 98% -      тангенс угла потерь при нормальных климатических условиях 15...40% -      атмосферное давление от 0.67 до 31 кПа

-      минимальная наработка при температуре 700С

2000 часов -      срок сохраняемости 5 лет

б)конденсаторов типа М021:

-      температура окружающей среды

от -60 до 1500С

-      относительная влажность воздуха при 350С

до 98% -      атмосферное давление

от 10-6 до 800 мм.рт.ст.

-      минимальная наработка 10000 часов

Сопоставляяусловия эксплуатации прибора и условия эксплуатации предлагаемых типовконденсаторов, заключаем, что данные типы пригодны для эксплуатации в заданныхусловиях.

Изсправочной литературы [19] имеем данные об условияхэксплуатации применяемых в устройстве транзисторов КТ3102:

-      граничная частота при Vкб=5В, Iэ=10мА

не менее 900МГц

-      постоянное напряжение Vкэ при Rэб<3кОм

15В -      постоянный ток коллектора 30мА -      температура окружающей среды от 213 до 398К -      рассеиваемая мощность при Т=213...338К, р<665Па 150мВт -      при Т=398К 60мВт

Изсправочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатациирезисторов типа С2-23:

-      интервал рабочих температур

-60...+1550С

-      относительная влажность воздуха при температуре 400С

до 98% -    давление окружающей среды, мм. рт.ст. 5...2280

Сопоставляязаданные условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации резисторов,заключаем, что выбранный тип пригоден для эксплуатации в данных условиях.

Изсправочной литературы [18] имеем следующие данные обусловиях эксплуатации диодов типа КД522:

-        интервал рабочих температур

-60...+1250С

-        относительная влажность воздуха при температуре 200С

до 98% -        давление окружающей среды, мм.рт.ст. 5...800

Сопоставляязаданные условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации диодов, заключаем,что выбранный тип пригоден для эксплуатации в данных условиях.

Сопоставлениехарактеристик остальных ЭРЭ (микросхем, диодов, транзисторов, и т.д.),используемых в модулях замка, с условиями эксплуатации, позволяет заключить,что названные ЭРЭ пригодны для эксплуатации в заданных условиях.

Сравнительныйанализ по использованию элементной базы в данных модулях согласно предложеннойсхеме электрической принципиальной показал соответствие эксплуатационных итехнических характеристик ЭРЭ заданным условиям эксплуатации.

Врезультате сопоставления условий эксплуатации разрабатываемого прибора иусловий эксплуатации применяемых в нем ЭРЭ провели выбор элементной базы.Выбранная элементная база является унифицированной.

 

3.2     Выбор материаловконструкций

 

Выборматериалов конструкций разрабатываемого изделия проводим согласно требованиям,изложенным в ТЗ.

Материалыконструкций должны обладать следующими свойствами:

-   иметь малуюстоимость;

-   легкообрабатываться;

-   быть легким;

-   обладатьдостаточной прочностью и легкостью;

-   внешний видматериала кожуха, лицевой и задней панелей должен отвечать требованиям ТЗ;

-   сохранятьсвои физико-химические свойства.

Применениеунифицированных материалов конструкций, ограничения номенклатуры применяемойдетали позволяет уменьшить себестоимость разрабатываемого изделия, улучшитьпроизводственную и эксплуатационную технологичность.

Сохранениефизико-химических свойств материалов в процессе их эксплуатации достигаетсявыбором для них необходимых покрытий. При выборе покрытий для материалов конструкцийнеобходимо руководствоваться рекомендациями и требованиями изложенными вГОСТ9.303‑84 и ОСТ4ГО.014.000. Изготовление деталей конструкции типовымитехнологическими операциями также позволяет снизить затраты при серийномвыпуске изделия в промышленности. При изготовлении РЭА наиболее широкоеприменение нашли следующие технологические операции:

-   штамповка;

-   точечнаяэлектросварка;

-   и другие.

Дляразрабатываемого прибора, учитывая программу выпуска целесообразно применениедеталей, изготовленных штамповкой.

Холоднаяштамповка относится к наиболее прогрессивным способам изготовления заготовокдеталей из листа и ленты вырубкой, вытяжкой, проколкой, гибкой, раздачей и т.д.Однако целесообразность её применения определяется рядом условий и прежде всегосерийностью выпуска изделия, конфигурацией детали, механическими свойствамиматериала, требуемой точностью изготовления детали.

Деталииз листового материала в наиболее общем виде можно разделить на плоские, гнутыеи объемные (полые), а соответствующие операции холодной штамповки — на вырубкугибку и вытяжку. Плоские заготовки, получаемые холодной штамповкой, основанныена резании материалов (отрезка, вырубка, пробивка, надрезка, зачистка и т.п.),можно изготовлять из всех металлов и их сплавов, а также из многихнеметаллических материалов. Гнутые и объемные (полые) детали, получаемыепластическим деформированием материалов целесообразнее изготовлять изматериалов со сравнительно малым пределом текучести, низкой твердостью ибольшим относительным удлинением.

Анализнаиболее распространенных конструкций заготовок деталей, изготовляемых холоднойштамповкой, позволяет установить некоторые технологические особенности ихконструирования, в соответствии с которыми следует:

-   ширеприменять штампосварные конструкции;

-   учитыватьтехнологические особенности различных штамповочных операций;

-   дляувеличения прочности деталей применять ребра жесткости, загибку фланцев,отбортовку и закатку кромок;

-   избегатьсложных кривых (окружностей), внутренних откосов;

-   обеспечиватьконфигурацию деталей или её развертки, дающей наивыгоднейшее использованиелистового материала и позволяющее применять малоотходный или безотходныйраскрой; если отходы неизбежны, то желательно придавать им конфигурацию,соответствующую другой детали, согласованием конфигурации и расположениянаружного контура одной детали с наружным контуром другой или использованиеотходов внутреннего контура;

-   снижатьтрудоемкость изготовления детали применением стандартных профилей;

-   максимальноунифицировать марки материала и уменьшать номенклатуру применяемых толщинматериала.

Плоскиедетали из листового материала толщиной от 0.05 до 25мм можно отрезать нагильотинных ножницах, в отрезных штампах и вырубать в штампе на прессе.

Способполучения детали зависит от контура детали или развертки. Унификация размероввырубаемых элементов (отверстий, пазов, выступов, радиусов сопряжений)позволяет использовать поэлементно штамповку. Минимальная ширина детали дляотдельных участков её контура зависит от толщины металла и его механическихсвойств. Толщина материала заготовки, её ширина также влияет на конструктивныеформы заготовок при изготовлении их рассматриваемым способом.

Основныетехнологические требования к конструкции гнутой детали заключаются в обеспеченииформы гибки. Наиболее технологичны Г‑образные и П‑образные сечения,т.е. детали типа уголков и скоб.

Привыборе конструкции детали, изготовленной гибкой, рекомендуется:

-   при гибкетвердых и малопластичных металлов (бронза, сильно наклепанная латунь, лентапружинной стали и др.) линию сгиба располагают перпендикулярно направлениюпроката;

-   минимальнодопустимые радиусы применять только при необходимости;

-   если детальимеет П‑образную форму и скошенные до зоны деформации боковые стороны, топроисходит неполный изгиб, а в месте изгиба — смятие заготовки.

Штампованныедетали изготавливаются двумя группами технологических операций: разделительныеи формообразующие. К первой группе относятся операции отрезки, вырубки,пробивки и т.п. Ко второй группе относятся операции гибки, вытяжки, высадки ит.п. Стоимость штампованной детали тем меньше, чем проще её форма и размеры.Для изготовления деталей из листовых материалов применяют разнообразныематериалы, как металлические, так и неметаллические. Из металлических сплавовширокое применение получили алюминиевые сплавы из стали, используется такжелатунь и магниевые сплавы. Учитывая специальные требования к прочности прибора,рекомендуется изготавливать кожух и основание прибора из стали толщиной1.5...2мм. Исходя из вышесказанного, выбираем сталь марки Ст08кп.

Для изготовления печатныхплат в РЭА наиболее широкое распространение получили стеклотекстолит и гетинакс. Материалдля изготовления печатной платы должен иметь следующие показатели (в заданныхусловиях эксплуатации РЭС):

·    большуюэлектрическую прочность;

·    малыедиэлектрические потери;

·    допускатьштамповку;

·    выдерживатькратковременное воздействие температуры до плюс 2400С в процессепайки на плате ЭРЭ;

·    иметь высокуювлагостойкость;

·    быть дешёвым;

·    обладатьхимической стойкостью к действию химических растворов, используемых втехпроцессах изготовления платы.

Для изготовления плат общего применения в РЭСнаиболее широко используется стеклотекстолит. Фольгированный стеклотекстолитпредставляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный на основеткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивным связующим на основеэпоксидной смолы, и облицованный с одной стороны медной электролитическойоксидированной или гальваностойкой  фольгой (изготавливают листами толщиной: до1 мм — не менее 400х600мм; от 1,5 и более — не менее 600х700мм). На основаниивышеприведенного, для изготовления печатной платы может использоватьсяследующий материал:

-   СФ-2-35-1,5ГОСТ 10316-78 — стеклотекстолитфольгированный предназначен для изготовления печатных плат с повышеннымидиэлектрическими свойствами.

Поверхностноеэлектрическое сопротивление после кондиционирования в условиях 96ч/плюс 40°C/93%, Ом не менее 1010

Втаблице 3.2.1 приведены материалы, используемые для изготовления блокауправления замком на электронных ключах.

Таблица 3.2.1 –Применяемые материалы.

Наименование изделия Марка материала Покрытие Корпус Ст08кп Эмаль ГФ‑245-ПМ светло-серая Крышка Ст08кп Эмаль ГФ‑245-ПМ светло-серая Плата печатная СФ-2‑35 Сплав «Розе»

4       Выбори обоснование компоновочной схемы, методов и

принципов конструирования

4.1      Выборкомпоновочной схемы

Основная компоновочнаясхема изделия определяет многие важнейшие характеристики РЭС: габариты, вес,объем монтажных соединений, способы защиты от полей, температуры, механическихвоздействий, ремонтопригодность.

Различают три основныекомпоновочные схемы РЭС [1]:

¾  централизованная;

¾  децентрализованная;

¾  централизованнаяс автономными пультами управления.

Каждая из этих схемобладает своими достоинствами и недостатками.

При централизованнойкомпоновке все элементы сложной системы располагаются в одном отсеке наспециальных этажерочных конструкциях или шкафах, длина и количество межблочныхсоединений сведены к минимуму, ремонт и демонтаж наиболее удобны, легчевыполнить качественные системы охлаждения и амортизации. Такая компоновочнаясхема требует более тщательной экранировки, вызывает затрудненность компоновкиизделия, часто требующей доработки его, обладает относительно меньшейнадежностью систем охлаждения, герметизации, виброзащиты [1].

Децентрализованнаякомпоновочная схема обеспечивает относительно большую легкость размещенияэлементов изделия на объекте, не требуется тщательная экранировка отдельныхблоков, при соответствующих схемных решениях может быть более надежной,сохраняя частичную работоспособность при выходе из строя отдельных элементовизделия. Недостатком является значительная длина межблочных соединений,затруднен полный демонтаж системы, для каждого отдельного блока необходимопредусматривать автономные системы охлаждения, виброзащиты [1].

Наиболее распространенспособ централизованной компоновки, при котором все элементы сложной РЭС, кромевходных и управляющих устройств, распологают в одном участке или отсеке блока.Однако внутри этого отсека компоновка выполняется в виде совокупности отдельныхблоков и приборов [1]

 

4.2 Выбор иобоснование метода и принципа

конструирования

На основе проведенного разбиенияэлектрической схемы и анализа существующих конструкций выбирается методконструирования устройства в целом и его частей. Существующие методыконструирования РЭС подразделяются на три взаимосвязанные группы [2]:

по видам связей между элементами;

по способу выявления и организации структуры связеймежду элементами;

по степени автоматизации конструирования РЭС — зависитот назначения аппаратуры и ее функций, преобладающего вида связей, уровняунификации, автоматизации и т.д.

Рассмотрим краткосложившиеся методы конструирования РЭС.

Геометрическийметод. В основу метода положена структурагеометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собойсистему опорных точек, число и размещение которых зависит от заданных степенейсвободы и геометрических свойств твердого тела [2].

Машиностроительный метод. В основу этого метода конструирования положенаструктура механических связей между элементами, представляющая собой системуопорных поверхностей. Машиностроительный метод используется для конструированияустройств и элементов РЭА, которые несут большие механические нагрузки и вкоторых неизбежны вследствие этого большие деформации [2].

Топологический метод. В основу метода положена структурафизических связей между ЭРЭ. Топологический метод, в принципе, можетприменяться для выявления структуры любых связей, однако конкретное егосодержание проявляется там, где связности элементов может быть сопоставлен граф[2].

Метод проектированиямоноконструкций. Основан на минимизации числа связей в конструкции, онприменяется для создания функциональных узлов, блоков, РЭА на основеоригинальной несущей конструкции в виде моноузла (моноблока) с оригинальнымиэлементами [2].

Базовый (модульный)метод конструирования. В основу метода положен модульный принцип проектирования.Деление базового метода на разновидности связано с ограничениями, схемнойконструкторской унификацией структурных уровней (модулей функциональных узлов,блоков). Базовый метод является основным при проектировании современной РЭА, онимеет много преимуществ по сравнению с методом моноконструкций [2]:

на этапе разработки позволяет одновременно вести работунад многими узлами и блоками, что сокращает сроки проведения разработок;упрощает отладку и сопряжение узлов в лаборатории, так как работа любогофункционального узла определяется работой известных модулей, резко упрощаетсяконструирование и макетирование; сокращает объем оригинальной конструкторскойдокументации, дает возможность непрерывно совершенствовать аппаратуру без коренныхизменений конструкции; упрощает и ускоряет внесение изменений в схему,конструкцию и конструкторскую документацию;

на этапе производства сокращает сроки освоениясерийного производства аппаратуры; упрощает сборку, монтаж, снижает требованияк квалификации сборщиков и монтажников; снижает стоимость аппаратуры благодаряширокой механизации и автоматизации производства; повышает степеньспециализации производства;

при эксплуатации повышает эксплуатационную надежностьРЭА, облегчает обслуживание, улучшает ремонтопригодность аппаратуры.

Прикомпоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связеймежду модулями, их устойчивость, стабильность, требования прочности ижесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности,эргономики, удобства эксплуатации и ремонта. Размещение комплектующих элементовв модулях всех уровней должно обеспечивать равномерное и максимальноезаполнение конструктивного объема с удобным доступом для осмотра, ремонта изамены. Замена детали или сборочной единицы не должна приводить к разборке всейконструкции или ее составных частей. Для устойчивого положения изделия впроцессе эксплуатации центр тяжести должен находиться, возможно, ближе копорной поверхности. При компоновке модулей всех уровней необходимо выделитьдостаточно пространства для межсоединений.

Припроектировании необходимо придерживаться следующих рекомендаций [2]:

*  минимальный внутренний радиус изгиба проводникадолжен быть не менее диаметра провода с изоляцией;

*  провода питания переменного тока следует свивать дляуменьшения возможности наводок;

*  провода, подводящие к сменным элементам должны иметьнекоторый запас по длине, допускающий повторную заделку провода;

*  провода не должны касаться острых металлическихкромок;

*  монтажные провода целесообразно связать в жгут, приэтом обеспечивается возможность расчленения монтажных операций на болеепростые.

Дляразъемного варианта конструкции большое распространение получило использованиеобъединительной печатной платы, что позволяет существенно уменьшить габаритныеразмеры изделия, упростить сборку.

Прикомпоновке РЭС необходимо решать вопросы электромагнитной совместимостиэлементов, в частности, защиты от электромагнитных, электрических и магнитныхпомех.

Призащите РЭС от воздействий помех, определяют максимальное значение сигналовпомехи на выходах схем, усложняют схему введением фильтров на линияхвхода-выхода, устраняют помехи по линиям электропитания с помощьюрадиочастотных фильтров, экранируют входные цепи чувствительных схем, дляэлементов РЭС разрабатывают кожухи-экраны.

В качестве метода конструирования выбираем базовый(модульный) метод конструирования.

Исходяиз сказанного проведем деление схемы электрической принципиальной нафункционально законченные узлы. Схему прибора целесообразно разделить на 3 узла:

-   базовыймодуль;

-   микропроцессорныймодуль;

-   модульзвуковой и световой индикации.

Радиоэлементыкаждого функционального узла предлагается разместить на отдельных печатныхплатах. Силовой трансформатор необходимо закрепить непосредственно на платебазового модуля. Связь между базовым и микропроцессорным модулем обеспечиваетсяс помощью штырькового разъема, а между базовым модулем и модулем звуковой исветовой индикации посредством гибких монтажных проводов.

Приданном разбиении схемы электрической принципиальной обеспечивается минимальноеколичество соединительных проводников,т.е. минимумэлектрических связей между узлами, высокая ремонтопригодность.

5         Выборспособов и средств теплозащиты,

 герметизации,виброзащиты и экранирования

5.1      Выборспособов охлаждения на ранней стадии

 проектирования

 

Дляобеспечения нормального теплового режима необходимо выбрать такой способохлаждения блока управления электромеханическим замком (далее«блока»), при котором количество тепла, рассеиваемого в окружающуюсреду, будет равным мощности теплоты выделения блока, при этом также необходимоучесть теплостойкость элементной базы.

Расчеттемпературы всех входящих в блок элементов представляет собой чрезвычайнотрудоемкий процесс. В связи с этим встает вопрос: для каких элементовнеобходимо рассчитывать температуру, чтобы с заданной достоверностью можно былосудить о соответствии теплового режима всего блока требованиям техническогозадания.

Методикаопределения числа элементов РЭС, подлежащих расчету теплового режима, состоит вследующем [3]:

1. Задаемся вероятностьюправильного расчета р.

Есливероятность p > 0,8, то можно остановиться на выбранном способе охлаждения.При вероятностной оценке 0,8 > р > 0,3 можно применить выбранный способохлаждения, однако при конструировании РЭС обеспечению нормального тепловогорежима следует уделить тем больше внимания, чем меньше вероятность. Привероятности 0,3 > р > 0,1 не рекомендуется использовать выбранный способохлаждения.

Исходяиз вышеизложенного, задаемся вероятностью правильного расчета р > 0,8.

2.Определяемсредний перегрев нагретой зоны.

Исходнымиданными для проведения последующего расчета являются:

-       коэффициентзаполнения по объему                                        0,6;

-      суммарная мощность,рассеиваемая в блоке, Вт                        24;

-      давлениеокружающей среды, кПа                                            103;

-      давление внутрикорпуса, кПа                                                  103;

-      габаритныеразмеры корпуса, м                                  0,183x0,130x0,065;

Среднийперегрев нагретой зоны герметичного корпуса блока с естественным воздушнымохлаждением определяется по следующей методике [4]:

1. Рассчитывается поверхность корпусаблока:

Sk= 2 × [ L1 × L2 + ( L1 + L2) × L3 ]                                           (5.1.1)

где      L1, L2 — горизонтальные размеры корпуса, м;

L3-вертикальный размер, м.

Для разрабатываемойконструкции блока L1 = 0,183м, L2= 0,130м,L3 = 0,065м. Подставив данные в (5.1.1), получим:

Sk = 2·[0,183·0,130+(0,183+0,130)·0,065]=0,44м2.

2.Определяется условнаяповерхность нагретой зоны:

Sз<sub/>= 2 × [ L1 × L2 + ( L1+ L2 ) × L3 × Кз]                                         (5.1.2)

где      КЗ— коэффициент заполнения корпуса по объему. В нашем случае

 КЗ = 0,6. Подставляязначение КЗв (5.2.2), получим:

Sз = 2 · [0,183·0,130+(0,183+0,130)·0,065·0,6]=0,036 м2.

3. Определяется удельная мощностькорпуса блока:

                     Qk = P \ Sk                                                          (5.1.3)

где      Р — мощность, рассеиваемая в блоке. Дляразрабатываемого блока мощность, рассеиваемая в дежурном режиме Р =1,5Вт.

Тогда:

Qk = 1.5 \ 0,44 = 3,41  Вт/м2./>

4. Определяется удельная мощностьнагретой зоны:

                               Qз = P \ Sз                                                            (5.1.4)

Qз = 1,5 \ 0,036 = 41,6  Вт/м2.

5. Находится коэффициент Q1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока формула (5.1.5):

Q1 = 0,1472 × Qk – 0,2962 × 10 –3 × Qk2+ 0,3127 × 10–6 × Qk3      (5.1.5)

Q1 = 0,1472 × 2,41<sub/>– 0,2962 × 10 –3 × 3,412 + 0,3127× 10–6 × 3,413 = 0,49

Находится коэффициент Q2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны формула (5.1.6):

Q2 = 0,1390 × Qз<sub/>– 0,1223 × 10 –3 × Qз2+ 0,0698 × 10–6 × Qз3                   (5.1.6)

Q1 = 0,1390 × 41,6<sub/>– 0,1223 × 10 –3 × 41,62 + 0,0698× 10–6 × 41,63 = 5,56

6. Определяется коэффициент КН1в зависимости от давления среды вне корпуса блока:

KH1= 0,82 + 1 \ (0,925 + 4,6 × 10-5 × H1)                                  (5.1.7)

где      Н1 — давление окружающей среды в Па. Внашем случае Н1=87кПа. Подставив значение Н1в (5.1.7), получим:

KH1= 0,82 + 1 \ (0,925 + 4,6 × 10-5 × 87 × 103) = 1,87   

7. Определяется коэффициент КН2в зависимости от давления среды внутри корпуса блока:

KH2= 0,8 + 1 \ (1,25 + 3,8 × 10-5 × H2)                              (5.1.8)

где      Н2 — давление внутри корпуса в Па.

Внашем случае Н2=Н1=87кПа. Тогда:

KH2= 0,8 + 1 \ (1,25 + 3,8 × 10-5 × 87 × 103) = 1,598

8. Рассчитывается перегрев корпусаблока:

                               Qk = Q1 × KH1                                                                  (5.1.9)

Qк= 0,49 · 1,87 = 0,9163

10. Рассчитываетсяперегрев нагретой зоны:

Qз = Qk +(Q2 — Q1 ) × KH2                                                                    (5.1.10)

Qз= 0,9163 + (5,56 – 0,49) ·1,598 = 9,01

11. Определяется среднийперегрев воздуха в блоке:

                                    Qв = (Qк — Qз ) × 0,5                                                                   (5.1.11)

Qв= 0,5 · (0,9163 + 9,01) = 4,96

12. Определяется удельнаямощность элемента:

Qэл = Pэл  \ Sэл                                             (5.1.12)

где     Рэл — мощность, рассеиваемая элементом (узлом), температурукоторого требуется определить, Вт

Sэл — площадь поверхности элемента, омываемая воздухом, см.кв

Наименее теплостойкийэлемент базового модуля в дежурном режиме стабилизатор. Для него Рэл= 0,15 Вт, Sэл = 1,5 см.кв.

Qэл = 0,15  \ 1,5 = 0,1

13. Определяется перегревповерхности элементов:

Qэл = Qз × (0,75 + 0,25 × Qэл \ Qз )                                            (5.1.13)

Qэл = 9,01 × (0,75 + 0,25 × 0,1 \ 41,6 ) =6,76

14. Определяется перегревсреды, окружающей элемент:

            Qэс = Qв × (0,75 +0,25 × Qэл \ Qз )                                   (5.1.14)

Qэл = 4,96 × (0,75 + 0,25 × 0,1 \ 41,6 ) =3,72

15. Определяетсятемпература корпуса блока:

                     Тк = Qк + Тс                                                              (5.1.15)

где Тс — температура среды, окружающей блок.

Тк= 0,9163 + 45 = 45,916

16. Определяетсятемпература нагретой зоны:

Тз = Qз + Тс                                                 (5.1.16)

Т з= 9,01 +45 = 54,01

17. Определяетсятемпература поверхности элемента:

Тэл = Qэл + Тс                                                                          (5.1.17)

Тэл = 6,76 + 45 = 51,76

18. Определяется средняятемпература воздуха в блоке:

Тв = Qв + Тс                                                        (5.1.18)

Тв= 4,96 + 45 = 49,96

19. Определяетсятемпература среды, окружающей элемент:

Тэс = Qэс + Тс                                                                (5.1.19)

Тэс = 3,72 + 45 = 48,72

Для выбора способа охлаждения исходными данными являютсяследующие данные:

-      суммарнаямощность Рр, рассеиваемая в блоке, Вт                             1,5;

-      диапазонвозможного изменения температуры окружаю-

щей среды:                          

микроклимат                                                                  +20…+24°C

и по ГОСТ 15150-69,                                                               +10…+45°C;

-      пределы изменениядавления окружающей среды:

Рмах, кПа (ммрт. ст.)                                                                 106,7(800);

Pmin, кПа (ммрт. ст.)                                                                   84,0(630);

-       допустимаятемпература элементов

(поменее теплостойкому элементу), Тmax, °C                             +75;

-      коэффициентзаполнения по объему                                           0,6;

Выборспособа охлаждения часто имеет вероятностный характер, т.е. дает возможностьоценить вероятность обеспечения заданного в техническом задании тепловогорежима РЭС при выбранном способе охлаждения, а также те усилия, которыенеобходимо затратить при разработке будущей конструкции РЭС с учетомобеспечения теплового режима.

Выборспособа охлаждения можно выполнить по методике [3]. Используя графики,характеризующие области целесообразного применения различных способовохлаждения и расчеты, приведенные ниже, проверим возможность обеспечения нормальноготеплового режима блока в герметичном корпусе с естественным воздушнымохлаждением.

Условная величинаповерхности теплообмена рассчитывается по (5.1.2).

 Sп = 0,036м2.

Определив площадьнагретой зоны, определим удельную мощность нагретой зоны: плотность тепловогопотока, проходящего через поверхность теплообмена, рассчитывается по (5.1.4). qЗ= 41,6 Вт/м2.

Тогда: lg qЗ=/>lg 41,6 = 1,619.

Максимальнодопустимый перегрев элементов рассчитывается по (5.1.13)

/>,                                                        (5.1.13)

Тогда:                    />

По графикам [рис.2.35,рис.2.38, 3] для значений qЗ = 41,6 Вт/м2 и /> определяем, что нормальныйтепловой режим блока в герметичном корпусе с естественным воздушным охлаждениембудет обеспечен с вероятностью p = 0,9. Так как полученное значение вероятностиp > 0,8, то можно остановиться на выбранном способе охлаждения.

Болееподробный расчет теплового режима проводится далее.

5.2 Выбор способов иметодов герметизации

Герметизация — обеспечение практическойнепроницаемости корпуса РЭС для жидкостей и газов с целью защиты ее элементовот влаги, плесневых грибков, пыли, песка, грязи и механических повреждений. Онаявляется наиболее радикальным способом защиты элементов РЭС.

Различаютиндивидуальную, общую, частичную и полную герметизацию [5].

Индивидуальнаядопускает замену компонентов РЭС при выходе из строя и ремонт изделия. Приобщей герметизации (она проще и дешевле индивидуальной) замена компонентов иремонт возможны только при демонтаже корпуса, что может вызвать затруднение.

Длячастичной герметизации применяют пропитку, обволакивание и заливку каккомпонентов, так и РЭС лаками, пластмассовыми или компаундами на органическойоснове. Они, как правило, не обеспечивают герметичность в течение длительноговремени.

Практическиполная защита РЭС от проникновения воды, водяных паров и газов достигается прииспользовании металлов, стекла и керамики с достаточной степеньюнепроницаемости. Наиболее распространенные способы такой герметизации — применение металлических корпусов с воздушным заполнением. Исходя извышесказанного, применительно для блока управления электромеханическим замком,выбираем индивидуальную герметизацию.

Важнымфактором повышения эффективности герметизации является лакокрасочные,гальванические и химические покрытия пропитывающих, обволакивающих и заливочныхматериалов, металлического и металло-полимерного гермокорпусов.

Разъемнаягерметизация применяется для защиты блоков РЭС, требующих замены компонентовпри ремонте, регулировке и настройке.

Общие требования к покрытиям металлическим инеметаллическим неорганическим установлены ГОСТ 9.301-86 (СТ СЭВ 5293-85, СТСЭВ 5294-85, СТ СЭВ 5295-85).

Требования к поверхностиосновного металла: под защитные покрытия RZ40, не грубее; подзащитно-декоративные Ra2,5, не грубее; под твердые иэлектроизоляционные Ra1,25, не грубее.

Данныео покрытиях деталей и сборочных единиц разрабатываемой конструкции блокауправления замком электромеханическим приведены в таблице 5.2.1

Таблица 5.2.1 — Данные опокрытиях деталей и сборочных единиц конструкции блока управления замкомэлектромеханическим.

Детали, сборочные единицы Материал детали,         сборочной единицы Покрытия Металлическое Химическое Лакокрасочное Плата печатная СФ-2-35Г-1,5 Сплав «Розе» - - Корпус Ст08кп - - ГФ‑245-ПМ (светло-серая) Крышка Ст08кп - - ГФ‑245-ПМ (светло-серая)

Эмаль ГФ‑245-ПМ, светло-серая, ГОСТ 18374-79 — покрытие эмалью ГФ‑245-ПМ, цвет светло-серый, эксплуатируетсяв условиях умеренного климата.

Эмаль ГФ‑245-ПМ предназначена для покрытия металлическихповерхностей, работающих в условиях умеренного и холодного климата. Стойкостьэмалей к статическому воздействию воды не менее 24 ч.

5.3 Выбор способов иметодов экранирования

Экранирование - локализация электромагнитной энергиив определенном пространстве, за счет ограничения распространения ее всемивозможными способами.

Из этого следует, что впонятие экрана входят как детали механической конструкции, так иэлектротехнические детали фильтрующих цепей и развязывающих ячеек, ибо толькоих совместное действие дает необходимый результат [5].

При прохождении мощныхсигналов по цепям связи последние становятся источниками электромагнитныхполей, которые, пересекая другие цепи связи, могут наводить в нихдополнительные помехи. Источниками электромагнитных помех могут быть такжемощные промышленные установки, транспортные коммуникации, двигатели и т.д. Длятого, чтобы локализовать, где это возможно, действие источника или сам приемникпомех, используют экраны. По принципу действия различают электростатическое,магнитостатическое и электромагнитное экранирование.

Электростатическоеэкранирование — вид экранирования, заключающийся вшунтировании большей части (или всей) паразитной емкости емкостью корпуса.

Электромагнитноеэкранирование.Переменное высокочастотное электромагнитное поле при прохождении черезметаллический лист либо перпендикулярно, либо под некоторым углом к егоплоскости, наводит в этом листе вихревые токи, поле которых ослабляет действиевнешнего поля. Металлический лист в данном случае является электромагнитнымэкраном. Примером электромагнитного экрана служит корпус блока управленияэлектромеханическим замком.

Внутриблочноеэкранирование и электромагнитная совместимость элементов и узлов сводятся крешению ряда конструктивных задач, основными из которых являются:

-      анализ и учетпаразитных емкостных связей, между пленочными элементами и проводникамиобъединительного и выводного монтажа в ячейках блоков РЭС;

-      покаскадноеэкранирование и последовательное расположение каскадов в блокахприемно-усилительной аппаратуры;

-      экранирование ЭРЭс сильными полями и критичных к внешним электромагнитным наводкам;

-      расчет нарезонансные частоты корпусов блоков РЭС, реализующих схему СВЧ [7].

Экранированные провода,коаксиальные кабели и многожильные экранированные шланги с экранированнымипроводами внутри них следует применять в основном для соединения отдельныхблоков и узлов друг с другом. Они позволяют защитить многоблочные устройства отнаводок, поступающих извне, от взаимных наводок внутри устройства и защитить отнаводок приборы, находящиеся в окружающем пространстве. Следует обратить особоевнимание на качество присоединения оплеток к корпусам приборов [7].

В разрабатываемой конструкции блока управленияэлектромеханическим замком нет источников электромагнитных помех.

5.4 Выбор способов иметодов виброзащиты

Вибрации подвержены РЭС,установленные на автомобильном, железнодорожном транспорте, в производственныхзданиях, на кораблях и самолетах.

Практический диапазончастот вибрации, действующей на РЭС, имеет широкий предел. Например, дляназемной аппаратуры, переносимой или перевозимой на автомашинах, частотадостигает 120 Гц при ускорении, действующем на приборы, до 6 g. Работающие в такихусловиях РЭС должны обладать вибропрочностью и виброустойчивостью.

Вибропрочность — способность РЭС противостоятьразрушающему действию вибрации в заданных диапазонах частот и при возникающихускорениях в течение срока службы.

Виброустойчивость — способность выполнять все своифункции в условиях вибрации в заданных диапазонах частот и возникающих при этомускорениях.

Известно, что в приборах,не защищенных от вибрации и ударов, узлы, чувствительные к динамическимперегрузкам, выходят из строя. Делать такие узлы настолько прочными, чтобы онивыдерживали максимальные (действующие) динамические перегрузки, нецелесообразно, так как увеличение прочности, в конечном счете, ведет кувеличению массы, а вследствие этого и к неизбежному возрастанию динамическихперегрузок. Поэтому целесообразно использовать другие средства для сниженияперегрузок [8].

Покрытиеплаты лаком не только обеспечивает защиту от вибрации, но и создаетдополнительные точки крепления элементов к плате.

В разрабатываемойконструкции блока управления электромеханическим замком применено два видасоединений: разъемные и неразъемные. К первому виду относятся в основномрезьбовые соединения, ко второму — пайка, сварка, развальцовка.

Основным недостаткомрезьбовых соединений является самоотвинчивание при действии вибрации. Дляустранения самоотвинчивания в разрабатываемой конструкции применяютсяконтровочные шайбы.

Сварочныесоединения должны быть точно рассчитаны, качество сварки должноконтролироваться.

 

6         Расчетконструктивных параметров изделия

 

 

6.1      Компоновочный расчет блоков РЭС

Выбор компоновочных работна ранних стадиях проектирования позволяет рационально и своевременноиспользовать или разрабатывать унифицированные и стандартизированныеконструкции РЭС. В зависимости от характера изделия (деталь, прибор, система)будет выполняться компоновка различных ее элементов. Основная задача, котораярешается при компоновке РЭС, — это выбор форм, основных геометрическихразмеров, ориентировочное определение веса и расположение в пространстве любыхэлементов или изделий РЭС. На практике задача компоновки РЭС чаще всегорешается при использовании готовых  элементов (деталей) с заданными формами,размером и весом, которые должны быть расположены в пространстве или наплоскости с учетом электрических, магнитных, механических, тепловых и др. видовсвязи.

Методы компоновкиэлементов РЭС можно разбить на две группы: аналитические и модельные. К первымотносятся численные и номографические, основой которых является представлениегеометрических или обобщенных геометрических параметров и операций с ними ввиде чисел. Ко вторым относятся аппликационные, модельные, графические инатурные методы, основой которых является та или иная физическая модельэлемента, например в виде геометрически подобного тела или обобщеннойгеометрической модели.

Основойвсех методов является рассмотрение общих аналитических зависимостей. Прианалитической компоновке мы оперируем численными значениями различныхкомпоновочных характеристик: геометрическими размерами элементов, их объемами,весом, энергопотреблением и т.п. зная соответствующие компоновочныехарактеристики элементов изделия и законы их суммирования, мы можем вычислитькомпоновочные характеристики всего изделия и его частей.

Дляопределения размеров печатных плат и габаритных размеров корпуса БУ произведемкомпоновочный расчет.

Рассчитаемустановочные площади  типоразмеров элементов,устанавливаемых на печатные платы. Установочные габариты элементов приведены втаблице 6.1.1.Таблица 6.1.1– установочные габариты элементов.

 

Тип Количество, шт.

Площадь, мм/>

Объем, мм/>

1 2 3 4

 

Процессорная плата

 

Резисторы

 

С2-23-0,125 11 24 72

 

Конденсаторы

 

К50-35-100X16В 2 50 650

 

МО-21 5 48 384

 

Диоды

 

КД522А 6 22 66

 

Микросхемы

 

ЭКР1830ВЕ31 1 775 3875

 

D27C64 1 548 2957

 

DS1230 1 548 2957

 

ЭКР1568РР1 2 75 375

 

ЭКР1554ИР22 1 195 975

 

К561ТЛ1 1 150 750

 

Транзисторы

 

КТ3102 2 20 180

 

Прочие элементы

 

Резонатор кварцевый РК351 1 40 640

 

Итого в сумме 3182 175432

 

Продолжение таблицы 6.1.1

 

1 2 3 4

 

Базовая плата

 

Резисторы

 

С2-23-0,125 24 24 72

 

С2-23-0,5 1 56 392

 

С2-23-2 1 192 1728

 

Диоды

 

КД522А 8 22 66

 

КД243 9 42 210

 

КС147 1 22 66

 

Транзисторы

 

КТ3102 4 30 270

 

КТ3107 2 30 270

 

КТ973 3 24 312

 

Конденсаторы

 

К50-35-2200X25В 1 380 13305

 

К50-35-220X16В 1 80 1040

 

К50-35-100X16В 1 50 754

 

МО-21 8 48 384

 

Микросхемы

 

КР142ЕН5А 1 45 990

 

Прочие элементы

 

Трансформатор 1 4225 190125

 

Вставка плавкая ВП1-1 4 140 1120

 

Клемник 3-х контактный 3 135 1755

 

Клемник 2-х контактный 2 90 1170

 

Реле РЭС-49 1 55 1375

 

Итого в сумме 8036 231634

 

Окончание таблицы 6.1.1

 

1 2 3 4

 

Блок индикации

 

Светодиоды АЛ307 2 28 283

 

Головка динамическая 1 1964 23562

 

Итого в сумме 2020 24128

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Площадьс учетом коэффициента заполнения:

S = S'/Кз                                                       (6.1.1)

где     S' – суммарная установочная площадь элементов;

            Кз – коэффициент заполнения (длястационарной наземной РЭА принимаем равным 0,4).

Подставив,получим:

-    дляпроцессорного модуля S = 3176/0,4=7940 мм/>;

-    длябазового модуля           S = 7694/0,4=19235 мм/>;

-    длямодуля индикации         S = 2020/0,4=5050 мм/>.

Далеепо таблице предпочтительных размеров, по ГОСТ10317-79, получаем размерыпечатных плат:

-    дляпроцессорного модуля 120x57 мм;

-    длябазового модуля 120x140 мм;

-    длямодуля индикации 70x65 мм.

Ширинапроцессорного модуля одновременно является максимальной высотой элемента, так каквпаивается в базовый блок. Его высота составляет 57мм.

Далее,зная размеры печатных плат и максимальную высоту элемента и габаритыаккумулятора, определяем габариты корпуса прибора, используя предпочтительныеряды чисел. Получим: длина — 183 мм, ширина — 130мм, высота — 65 мм. Итого объем корпуса:

V = 183 130 65= 1546350 мм/>.

Определяемкоэффициент заполнения по объему по формуле (6.1.2):

/>,                                                 (6.1.2)

где     /> –суммарныйобъем всех элементов:

/>,мм/>                     (6.1.3)

где     /> -суммарныйобъем элементов базового блока;

           /> - суммарный объем элементовпроцессорного блока;

            /> - суммарный объем элементовблока индикации;

           />   - объем аккумулятора(110х55х75 мм).

Подставивзначения в формулы 5.3 и 5.2 получим:

/>=265234+189112+33228+453750=941324 мм/>.

/> = 941324/1546350 = 0,6

Выборпечатного монтажа радиоэлементов в блоке обусловлен заданной программой выпускаизделия – 1000шт/год. Печатный монтаж в этом случае является наиболееэкономически целесообразным.

Приразработке печатных плат необходимо руководствоваться следующими документами:

-   ГОСТ23751‑86;

-   ГОСТ10317‑79;

-   ОСТ4ГО.010.009;

-   СТБ 1014-95;

-   и другие.

Исходнымиданными к разработке топологии печатной платы является:

-   схемаэлектрическая принципиальная;

-   установочныеразмеры радиоэлементов узла;

-   рекомендациипо разработке монтажа для выбранной серии микросхем.

Рекомендации по разработке печатных плат:

-   Разводкапитающего напряжения узлов и блоков (шин «земля» и «питание») должнапроводиться проводниками с возможно более низким сопротивлением.

-   Низкочастотныепомехи, проникающие в систему по шинам питания, должны блокироваться с помощьюконденсатора, включенного между выводами «питание» и «земля» непосредственно уначала проводника на печатной плате.

-   Информационныелинии связи рекомендуется выполнять с помощью печатного монтажа.

-   Проводники,расположенные на различных сторонах платы, должны перекрещиваться под углом 900или 450и иметь минимальную длину.

-   Максимальнодопустимая длина печатных параллельных проводников, расположенных на однойстороне платы при ширине проводников от 0.5 до 5мм, не должна превышать 30см.

Сцелью уменьшения габаритных размеров разрабатываемой конструкции печатную платууказанного узла целесообразно выполнять двухсторонней. Класс точности печатнойплаты  базового модулявыбираем второй.

Печатныеплаты первого и третьего классов точности наиболее просты в исполнении, надежныв эксплуатации, имеют минимальную стоимость. Для повышения надежности паяныхсоединений, отверстия в печатных платах необходимо выполнитьметаллизированными. Конфигурация печатных плат прямоугольная. Шаг координатнойсетки выбран равным 1.25мм как наиболее предпочтительный. Установкурадиоэлементов на плате необходимо производить в соответствии с ГОСТ 29137 — 91.

6.2 Расчет теплового режима блокауправления электромеханического замка

Расчеттеплового режима РЭА заключается в определении по исходным данным температурынагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов исравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента взаданных условиях эксплуатации.Произведем расчет по[].

1)          Рассчитывается поверхностькорпуса блока:

SK=2×[L1×L2+(L1+L2)×L3],                                         (6.2.1)

где     L1и L2 — горизонтальные размеры корпуса,м;

    L3 — вертикальный размер, м.

2)          Определяется условная поверхностьнагретой зоны:

/>=2×[L1×L2+(L1+L2)×L3×Kз],                                            (6.2.2)

где     Kз — коэффициент заполнения корпусапо объему.

3)          Определяется удельная мощностькорпуса блока:

qk= P / SK,                                                     (6.2.3)

где     P=10Вт — мощность, рассеиваемая вблоке.

4)          Определяется удельная мощностьнагретой зоны:

qз= P / Sз,                                                      (6.2.4)

5)          Находится коэффициент Q1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

Q1= 0.1472×qk — 0.2962×10-3× qk2+0.3127×10-6× qk3,                     (6.2.5)

6)          Находится коэффициент Q2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

Q2= 0.1390×qk — 0.1223×10-3× qk2+0.0698×10-6× qk3,           (6.2.6)

7)          Находится коэффициент KH1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока H1:

KH1= 0.82+(1 / (0.925+4.6×10-5×H1))                               (6.2.7)

8)          Находится коэффициент KH2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блокаH2:

KH2= 0.8+(1/ (1.25+3.8×10-5×H2)),                                   (6.2.8)

гдеН2 — давление внутри корпуса аппарата в Па.

9)          Рассчитывается перегрев корпуса блока:

QK = Q1 ×KH1,                                                 (6.2.9)

10)        Определяется перегрев нагретой зоны:

QЗ<sub/>= Qk + (Q2 — Q1)×KH2,                                          (6.2.10)

11)        Определяется средний перегреввоздуха в блоке:

Qв= 0.5·(Qk+QЗ),                                          (6.2.11)

12)        Определяется температура корпусаблока:

Тк<sub/>= Qк+Тс,                                                    (6.2.12)

13)        Определяется температура нагретойзоны:

Tз<sub/>= Qз+Тс,                                                    (6.2.13)

14)        Находится средняя температуравоздуха в блоке:

ТВ<sub/>= Qв+Тс,                                                   (6.2.14)

Расчеттеплового режима по приведенной методике производим на ЭВМ при помощиспециальной программы. Результаты расчета приведены в приложении .

Изанализа полученных результатов заключаем, что при заданных условияхэксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режимприменяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочиетемпературы не превышают предельно допустимых величин.

Такимобразом, выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путемконвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способовохлаждения. Естественный способ охлаждения является наиболее легко реализуемыеи требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению сдругими способами охлаждения РЭА. Учитывая вышесказанное, окончательно выбираемгерметичный корпус для разрабатываемого изделия.

 

 

6.3  Расчет конструктивно-технологическихпараметров печатной платы. Выбор и обоснование методов изготовления печатнойплаты

 

6.3.1 Выбор и обоснованиеметодов изготовления печатной платы

Методизготовления печатной платы выбран на основании ОСТ 4 ГО 054. 043 и ОСТ 4 ГО054. 058. В соответствии с ними существуют следующие методы: комбинированный(позитивный и негативный), химический, металлизация сквозных отверстий дляизготовления многослойных печатных плат.

Исходяиз особенностей электрической схемы, элементной базы разрабатываемогоустройства и конструктивных характеристик печатных плат, изготавливаемыхразличными методами, выбираем комбинированный позитивный метод изготовленияпечатных плат.

Как было отмечено втехническом задании, схема электрическая принципиальная блока управления замкомэлектромеханическим разделена на три функциональных блока. Каждый блок размещенна отдельной печатной плате. Трассировка плат ведется по двум сторонам, чтоупрощает разводку проводников и позволяет уменьшить размеры печатной платы. Монтажныеотверстия должны иметь металлизацию.

Приразработке печатной платы следует учитывать следующие рекомендации:

-   питающиепроводники и «земля» должны иметь минимальное сопротивление и длину;

-   «сигнальные»проводники должны иметь минимальные участки, где они проходят параллельно;

-   размещениепроводников на разных сторонах печатной платы желательно перпендикулярно илипод углом 45°.

Особыетребования при разработке печатных плат предъявляются к контактным площадкам и ширинепроводников.

6.3.2 Расчетконструктивно-технологических параметров

печатногомонтажа

 

Вданном разделе проводится расчет параметров печатного монтажа платы базовогомодуля. Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивнымметодом и имеет 3-й класс точности.

Рассчитаем проводящий рисунокпечатной платы.

Исходныеданные:

-   размерыплаты, мм, 140´120

-   проводники наплате имеют покрытие сплавом «Розе».

Определимминимальный диаметр контактной площадки для отверстия под резисторы,расположенные на двухсторонней печатной плате второго класса точности.

Расчетнаяформула минимального диаметра контактной площадки имеет вид:

/>,                        (6.3.2.1)

где      /> - номинальный диаметр металлизированного отверстия,равный 0.8мм;

/> - верхнее отклонение диаметраотверстия, равное 0ммпри диаметреотверстия до 1мм (включительно) и 0,05мм при диаметреотверстия более 1мм;

/> - величина гарантийного пояска,равная 0,1мм;

/> - верхнее отклонение шириныпроводника равное 0,1мм;

/> - диаметральное значениепозиционного допуска расположения центра отверстия относительно номинальногоположения узла координатной сетки, равное 0,08мм;

/> - диаметральное значениепозиционного допуска расположения контактной площадки относительно егономинального расположения, равное 0,15мм;

/> - нижнее предельное отклонениеширины проводника, равное 0.1мм.

Подставляячисленные значения в формулу, имеем:

D=(0,8 + 0) + 2 ×0,1 + 0,1 + (0,082 + 0,152 + 0,12)0.5=1,297 (мм).

Такимобразом, минимальный диаметр контактных площадок для металлизированныхотверстий диаметром 0,8мм под выводы резисторов типаС2-23‑0.125, конденсаторов и д.р. равен 1,297мм.

Аналогичнопроводим расчет контактных площадок для отверстий диаметром 0,9; 1 и 1,2мм. Получаем диаметры контактных площадок 1,397; 1,497 и 1,747мм соответственно.

Проведемрасчет платы базового модуля по постоянному току.

Врезультате расчета необходимо оценить наиболее важные электрические свойствапечатной платы:

-   нагрузочнаяспособность проводников;

-   сопротивлениеизоляции;

-   диэлектрическаяпрочность основания платы.

Исходныеданные для расчета:

-   номинальноенапряжение питания Uпит, В: 15/>10%

-   допустимоепадение напряжения в цепях питания Uпд, В: 1,5

-   токпотребляемый всеми элементами, установленными на плате, I, А: 1,5

-   максимальнаядлина печатного проводника для микросхем, L, м:0.3

-   толщинафольги печатной платы, h, м: 3.5×10-5

-   удельноесопротивление проводника на печатной плате,/>, Ом×м:1.72×10-8

Определимминимальную ширину проводника для выбранных выше значений по формуле:

/>                                              (6.3.2.2)

/>м.

Такимобразом,  для нормальной работы устройства ширина печатного проводника в цепях«питания» и «земли» должна быть не менее 1,5×10-4м. Указанные цепи целесообразновыбрать шириной порядка 2мм.

Результатырасчета свидетельствуют о правильности выбора толщины фольги-, равной 35мкм.Толщина фольги выбиралась также с учетом максимальной адгезионной прочностипечатной платы при расстоянии между печатными проводниками порядка 0.3...0.5мммаксимально допустимое напряжение для текстолита, из которого изготовлена платасоставляет не менее 50В. В данной принципиальной схеме модуля питаниямаксимальное значение допустимого напряжения не превышает 15В, что более чем в3 раза ниже допустимой величины. Таким образом, в разрабатываемой конструкциипечатной платы обеспечивается с 3‑х кратным запасом диэлектрическаяпрочность основания платы.

 

6.4 Расчетмеханической прочности и системы виброударной защиты

 

Все виды РЭС подвергаютсявоздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали,входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей РЭС,если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее внерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭС.При разработке конструкции РЭС необходимо обеспечить требуемую жесткость имеханическую прочность элементов.

Подпрочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкциябез остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкциидостигается усилием конструктивной основы: контроля болтовых соединений,повышение прочности узлов методами заливки и обволакивания. Во всех случаяхнельзя допустить образование механической колебательной системы.

Таккак создаваемый прибор относится к наземной РЭС, то при транспортировке,случайных падениях и т.п. он может подвергаться динамическим воздействиям.Изменения обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭАнаходятся в пределах:

-   Вибрации:(10...70)Гц, виброперегрузка n=(1...4)g;

-   Ударныесотрясения: ny=(10...15)g, длительность t=(5...10)мс;

-   Линейныеперегрузки: nл=(2...4)g.

Несущиеконструкции типа плат, панелей, шасси, каркасов, стоек и рам, работающие вусловиях вибраций, должны удовлетворять требованию вибропрочности.

Расчетна вибропрочность несущих конструкций типа плат сводится к определениюнаибольших напряжений исходя из вида деформации, вызванной действием вибраций вопределенном диапазоне частот, и сравнением полученных значений с допустимыми.

Этотрасчет можно свести к нахождению собственной частоты колебаний ¦, при которой плата сопределенными размерами и механическими характеристиками имеет прогибы инапряжения в пределах допустимых значений. При этом частота колебаний платы недолжна быть близка к ее резонансной частоте.

Длярасчета частоты собственных колебаний платы с расположенными на ней ЭРЭсущественным является выбор характера ее закрепления по контуру.

Крепление пластин к опореможет быть жёстким илиподвижным. Всякое закрепление(когда нет угловых и линейных перемещении) соответствует сварке, пайке,прижиму или закреплениювинтами. Шарнирнойопоре соответствует закрепление в направляющих и в некоторых случаях закрепление винтами или разъемом.

Используяэти данные, проведем проверочный расчет платы блока управления навиброустойчивость. Печатная плата должна обладать значительной усталостнойдолговечностью при воздействии вибрации.

Собственная частота колебаний монтажных плат с распределённой нагрузкойопределяется по формуле:

/>,                                (6.4.1)

где      /> - коэффициент, зависящий от способа закрепления, определя­етсяпо таблицам;

D — цилиндрическая жёсткость пластины (платы), определяется

по формуле (6.4);

а — длина пластины (платы); />

b — ширина пластины (платы); />

М — масса пластины(плат с ЭРЭ).

Цилиндрическая жёсткость пластины (платы) определяетсяпо формулам:

/> ,                                          (6.4.2)/>

где      E – модуль упругости; />

            h – толщинапластины (плат);

            /> – коэффициент Пуассона;

Для инженерныхрасчётов более удобно при закреплении пластин (плат) по углам в четырёхточках собственную частотуопределять по формуле:

/>,                                      (6.4.3)

Методика такого расчёта приведена в [10].

При определении собственной частоты платы базового модуля блокауправления в первую очередь определим цилиндрическую жёсткость платы по формуле (6.4.2), подставив следующиеисходные данные: h = 1,5 · 10/>м; E= 3,02 · 10/>Па ( Е выбрали из таблицы 4.16[10]).

D= 3,02 · 10/>· (1,5 · 10/>)/>/ 12 · (1 – 0,222)=8,926 Па.

Теперьno формуле (6.4.3) определим собственную частоту, подставив следующие исходные данные: а =0.14 м; b=0.12 м и М= 0.55 кг.

/>= 95,1 Гц

Судяпо условиям эксплуатации и особенностям блокауправления следует отметить,что в использовании демпферов и частотнойотстройки, конструкция не нуждается.

Такимобразом расчет показал, что плата базового модуля электромеханического замкабудет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.

6.5 Полныйрасчет надежности

Исходнымиданными для расчета являются значения интенсивностей отказов всехрадиоэлементов и элементов конструкций.

Расчетнадежности устройства состоит из следующих этапов:

-   Определяетсясуммарное значение интенсивности отказов по формуле:

/>, час-1                                                          (6.5.1)

где     n — число наименованийрадиоэлементов и элементов конструкции устройства;

/> - величина интенсивности отказа i‑го радиоэлемента, элементаконструкции с учетом заданных для него условий эксплуатации: коэффициентаэлектрической нагрузки, температуры, влажности, технических нагрузок и т.п.;

Ni — количестворадиоэлементов, элементов конструкции i‑гонаименования.

-   Определяетсязначение величины наработки на отказ Tпо формуле:

/>,                                          (6.5.2)

-   Определяетсязначение вероятности безотказной работы P(t) по формуле:

/>                                             (6.5.3)

гдеt — заданное время безотказнойработы устройства в часах.

Полученныерезультаты сравниваются с заданными.

Таблица6.5.1 – Справочные и расчетные данныеоб элементах конструкции.

Наименование, тип элемента

/>

Kнi

/>

/>

/>

Ni

1 2 3 4 5 6 7

Конденсаторы

К50‑35

0,045 0,625 0,55 2,0 0,49 5 МO21 0,05 0,006 0,06 2,0 0,06 13

Микросхемы

ЭКР1830ВЕ31

D27C64

0,08 0,65 0,8 0,045 0,03 2

ЭКР1568РР1

ЭКР1554ИР22

К561ТЛ1

КР142ЕН5А

0,07 0,8 1,0 0,05 0,035 5 Окончание таблицы б.5.1 1 2 3 4 5 6 7 Резисторы С2‑23 0,01 0,03 0,4 2,0 0,08 37 Предохранители ВП1 0,5 0,2 0,5 2,0 5,0 4 Трансфоматор 0,05 0,1 0,1 2,0 0,1 1 Реле РЭС-49 0,6 0,25 0,6 1,0 3,6 1

Транзисторы

КТ 3107

КТ 3102

0,12 0,04 0,2 2,0 0,48 8 КТ 973 0,015 0,04 0,2 2,0 0,06 3 Диоды КД243 0,015 0,512 1,0 2,0 0,3 9 Диоды КД522 0,013 0,5 1,0 2,0 0,26 14 Диоды КС147 0,09 0,5 1,0 2,0 1,8 1 Светодиоды АЛ307В 0,07 0,35 0,8 2,0 1,12 3 Аккумулятор 1,4 0,2 0,3 2,0 8,4 1 Головка динамическая 2 0,2 0,2 2,0 8 1 Провода соединительные 0,03 0,001 2 2,0 1,2 6 Плата печатная 0,02 - - - 0,2 3 Держатель предохранителя 0,02 0,001 - - 0,2 8 Соединение пайкой 0,004 0,001 3,00 2,0 0,24 262

Примечания:

/> - априорная номинальнаяинтенсивность отказов при температуре окружающей среды 200С икоэффициенте нагрузки KHi=1;

/> - коэффициент, зависящий оттемпературы и коэффициента нагрузки KHi;

/> - коэффициент, учитывающийклиматические и механические нагрузки;

/> - расчетная величинаинтенсивности отказов по i‑му радиоэлементу, элементуконструкции, час-1;

Ni — число элементов i‑ой группы.

Расчетнаявеличина интенсивности отказов I‑го элемента, приведенная втаблице 6.5.1, определяется по формуле:

/>, час-1.                              (6.5.4)

Расчетвыполняется для периода нормальной эксплуатации при следующих допущениях:

-   Отказэлементов случаен и независим;

-   Учитываютсятолько внезапные отказы;

-   Имеет местоэкспоненциальный закон надежности устройства.

Расчетнадежности проводим при помощи персонального компьютера.

Полученныезначения приведены в приложении .

наработкана отказ Т=66881.6         час

вероятностьбезотказной работы P(t)= 0.9015

Полученноезначение наработки на отказ превышает заданное, равное 20000 часов, что гарантирует надежную работуразрабатываемого прибора.

6.6Расчет технологичности изделия

 

Основным критерием, определяющим пригодностьаппаратуры к промышленному выпуску, является технологичность конструкции.

Под технологичностьюконструкции (ГОСТ 18831-83) понимают совокупность ее свойств, проявляемых ввозможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени притехнической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте посравнению с соответствующими показателями конструкций изделий того женазначения при обеспечении заданных показателей качества.

Номенклатура показателейтехнологичности сборочных единиц и блоков РЭА установлена отраслевым стандартом.В соответствии с ним все блоки РЭА условно разбиты на 4 класса:

1)    радиотехнические;

2)    электронные;

3)    электромеханические;

          4)    коммутационные.

Для каждого класса установлены своипоказатели технологичности в количестве не более 7. Расчет комплексногопоказателя технологичности конструкции проводится по формуле:

/>                                                            (6.6.1)

где    S — общее количество относительных частных показателей.

Блок управления относится к радиотехническому.

Коэффициент механизации иавтоматизации подготовки ЭРЭ к монтажу Км.п.ЭРЭ определяется поформуле:

/>                                             (6.6.2)

где          /> - количество ЭРЭ в штуках,подготовка которых осуществляется механизированным или автоматизированнымспособом;

/> - общее количество ЭРЭ в штуках.

В данном блоке все ЭРЭподготавливаются автоматизированным путем, поэтому Км.п.ЭРЭ = 1.

Коэффициент автоматизации имеханизации монтажа изделия Ка.м. определяется по формуле:

 />                                                          (6.6.3)

где       /> - количество монтажныхсоединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированнымспособом;

/> - общее количество монтажных соединений.

                                 /> = 106; /> = 148.

Ка.м. =106¤ 148=0,725.

 Коэффициент сложности сборки Кс.сб.  определяетсяпо формуле:

/>                                                           (6.6.4)

где   /> -количество типоразмеров сборочных единиц, входящих

в изделие и требующих регулировки илиподгонки в процессе сборки;

/> — общее количество типоразмеровсборочных единиц.

Так как, />=0, следовательно /> = 1.

Коэффициент механизации иавтоматизации операций контроля и настройки электрических параметров Км.к.н.определяется по формуле:

 />                                                               (6.6.5)

где     />-количество операций контроля и настройки,

которые осуществляются  механизированным   или             автоматизированным способом;

/> -общее количество операций контроля и                 настройки.

Hм.к.н. = 2; Hк.н.= 4,следовательно, по формуле (6.6.5):

/>= 2 ¤ 4 =0,5

Коэффициент прогрессивности  формообразования  деталей Кф определяется по формуле:

/>                                                         (6.6.6).

где />-количество деталей в штуках, которые получены прогрессивными методамиформообразования;

/> — общее количество деталей в изделиив штуках.

Дпр =7, Д = 8, следовательно, по формуле (6.6.6):

/>= 7 ¤ 8 = 0,875                                            

Коэффициентповторяемости ЭРЭ Кпов.ЭРЭ определяется по формуле:

/>                                         (6.6.7)

где    /> - количество типоразмеровЭРЭ в изделии, определяемое габаритным размером ЭРЭ;

НТ.ЭРЭ = 11; НЭРЭ= 67.

/>= 1 – 11 ¤ 67 = 0,835

Коэффициент точностиобработки деталей КТЧ определяется по формуле:

/>                                                 (6.6.8)

где    /> — количество деталей,имеющих размеры с допуском по квалитету и ниже в штуках.

ДТЧ = 8; Д= 8.

Комплексныйкоэффициент технологичности рассчитывается по формуле (6.6.1).

Результаты расчета сведены в таблицу6.6.1

Таблица 6.6.1 -  Расчеткомплексного показателя технологичности.

Показатели технологичности Обознач.

/>

/>

1.Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ к монтажу.

/>

1.0 1.0 2.Коэффициент механизации и автоматизации монтажа изделия.

/>

1.0 0.725 3.Коэффициент сложности сборки.

/>

0.75 0.75 4.Коэффициент механизации контроля и настройки.

/>

0.5 0.25 5.Коэффициент прогрессив­ности формообразования деталей

/>

0.31 0.271 6.Коэффициент повторяемос­ти ЭРЭ

/>

0,187 0.108 7.Коэффициент точности обработки

/>

0,11 0,11

Сумма

3.857

3.214

Комплексный коэффициент технологичности

/>

0,77

Нормативный показательтехнологичности для установочной серии находится в пределах: КН =0.75...0.8. Отношение К/КН > 1, следовательно, технологичностьконструкции блока достаточная.

7         Обоснованиевыбора средств автоматизированного                                   проектирования

7.1      Применение ЭВМи САПР в курсовом проектировании

 

САПР– наилучшая форма организации процесса проектирования‚ основными частямикоторой являются технические средства, общее и специальное программное иматематическое обеспечения, информационное обеспечение – банк данных,справочные каталоги, значения параметров, сведения о типовых решениях.Проектирование РЭА и создание оптимального технического решения в сжатые срокисвязано с большими трудностями. Один из путей преодоления этих трудностей безсущественного увеличения численности работающих — использование возможностей современных ЭВМ.

Подпроектированием в широком смысле понимают использование имеющихся средств длядостижения требуемой цели, координацию составных частей или отдельных действийдля получения нужного результата. Процесс проектирования сложного РЭУ включаетследующие основные этапы: эскизное проектирование,техническое проектирование, разработка КД на опытные образцы и их изготовление,испытания, освоение в производстве.

Всвязи с совершенствованием элементной базы РЭА, а такжеконструктивно-технологических характеристик проектируемых модулей всех типов, внесколько раз увеличивается трудоемкость составления технической документации.Все это приводит к необходимости совершенствования методов конструкторскогопроектирования РЭА, основой которых является автоматизация процессаконструирования.

Количественныйи качественный выигрыш от применения ЭВМ состоит в следующем:

а) полностью или частичноотпадает необходимость: в затратах на комплектующие изделия, материалы иконструктивные элементы, необходимые для изготовления макета; в измерительных приборах дляопределения характеристик конструкции; в оборудовании для испытаний конструкций.

б)значительно сокращается время определения характеристик, а следовательно, идоводки конструкции

в) появляется возможность: разрабатывать конструкции,содержащие элементы, характеристики которых известны, но самих элементов нет уразработчика; имитировать воздействия,воспроизведение которых при натурных испытаниях затруднено, требует сложногооборудования, сопряжено с опасностью для экспериментатора, а иногда и вообщеневозможно; проводить анализ конструкции наразных частотах или в области высоких или низких температур, где применениеизмерительных приборов становится затруднительным.

7.2Перечень и содержание конструкторских работ,                    выполненных сприменением САПР

 

Вданном курсовом проекте в ППП PCADбыли выполнены чертежисхемы электрической принципиальной и печатной платы базового модуля. Чертежидеталей, схемы электрической структурной и сборочный чертеж базового модуля БУбыли выполнены в ППП AutoCAD.

8Анализ и учет требований эргономики и технической   эстетики

Максимально допустимыеразмеры ЛП определяются исходя из горизонтального и вертикального угловыхразмеров зоны периферического зрения оператора и требуемого расстоянияlдо ЛП [17, рис. 2.1]. Максимальная длина ЛП равна:

/>,                                                     (8.1)

где              aгор — горизонтальный угол обзора ЛП.

Максимальнаявысота

/>,                                                     (8.2)

где              aверт — вертикальный угол обзора ЛП.

Для зоны периферическогозрения оператора принимаютaгор = 90°, aверт =75°.Применительно к разрабатываемому устройству l = 0,8 м при общем числеэлементовNэл = 2. Тогда

/>м.                                          

/>м.                                          

Минимально допустимыеразмеры ЛП определяются из следующих соображений. В соответствии сэргономическими требованиями в поле зрения, ограниченном углом зрения 10°, должно размещаться 4...8 элементовЛП (для расчета принимаем 4 элемента). Тогда площадь зрения Sпз наЛП, ограниченная указанным углом 10°, может быть вычислена по формуле

. />                                                     (8.3)

/>м2.                                                   

При числе элементов Nэл,размещаемых на ЛП, минимальная площадь ЛП, удовлетворяющая эргономическимтребованиям, равна

. />                                                            (8.4)

/>м2.                                                   

Фактическуюплощадь ЛП выбирают, как

/>,                                                                             (8.5)

где              КЛП — коэффициент использования площади, обычно равный

КЛП = 0,4...0,7. Для разрабатываемойпанели примем КЛП = 0,5.

Тогда

/>м2.                                                   

Тогдалинейные размеры находятся следующим образом.

Один из размероввыбирается из стандартного ряда габаритов, а оставшийся находится по (8.6).Выбираем высоту панели Н = 0,185 м.

/>,                                                                (8.6)

где              Н — выбранный стандартный размер.

Подставляя значение Нв (8.6), получим

/>м.                                                                   

Округляем значение до L= 0,135 м.

Полученныезначения размеров ЛП соответствуют размерам корпуса блока управленияэлектромеханическим замком, полученным в результате компоновочного расчета

 

9         Мероприятияпо защите от коррозии, влаги,                       электрического удара,электромагнитных полей и                     механических нагрузок

 

9.1      Защита откоррозии

Кмерам защиты от климатических воздействий относятся  выбор соответствующихматериалов и качество обработки поверхности изделия. 0сновного внимания приэтом заслуживает опасность коррозии, под которой понимают распространяющееся отповерхности разрушение твердого тела под действием химических иэлектрохимических факторов. Защита от коррозии осуществляется путем образованияестественных защитных слоев с помощью окраски, химической и электрохимическойобработки поверхности и т.д. Защитный слой выбирается в соответствии с классом  коррозионной нагрузки, запланированным сроком службы и положениемдетали в приборе или в пространстве.

Класс коррозионнойнагрузки характеризует  среднестатистическое состояние атмосферы в местеэксплуатации изделия, определяющее коррозионное воздействие атмосферы на него.Эти классы позволяют выбрать мероприятия, необходимые для защиты от коррозии.

Класс коррозионной нагрузки указывают комбинацией обозначений вида и степени нагрузки. Вид нагрузки определяет специфическиезагрязнения воздуха, вызывающие коррозию изделия, и обозначается буквой от А доD. Степень нагрузки зависит от климатической зоны, категории установки исодержания примесей и обозначается цифрой от 1 до 5

9.2 Выбор материала изащита поверхности

Выбор материала зависит оттребований, связанных с выполнением функции прибора, и от коррозионных свойств.При этом необходимо принимать во внимание пару взаимодействующих материалов.Интенсивность коррозии зависит от разности потенциалов, возникающей в местекасания металлов.

Привыборе материалов с учетом их электрохимических потенциалов необходиморуководствоваться следующим:

-   разностьпотенциалов двух металлов должна быть малой;

-   металлы следуетпокрывать защитными слоями, изолирующими их друг от друга;

-   площади касанияразличных металлов должны быть малыми, так как увеличение этих площадейприводит к удалению контактной коррозии.

Нанесение металлическогопокрытия

Металл,имеющий более положительный потенциал по сравнению с контактирующим с нимметаллом, необходимо покрыть защитным металлическим слоем в месте касания ивокруг него. Выбор металла для защитного слоя производится с учетомэлектрохимических потенциалов, технологии нанесения покрытия, условийкоррозионного воздействия, а также класса коррозионной нагрузки;запланированного срока службы; материала и расположения детали; требуемого видаповерхности; способа получения защитного слоя.

Изоляция

Электрическийконтакт между двумя касающимися металлами может быть предотвращен с помощьюиспользования, например, металлических клеев вместо электрически проводящихсоединений или — в случае механически малонагруженных соединений — с помощьюокраски.

Защита от воздействиявспомогательных материалов

Вспомогательныематериалы, используемые при изготовлении детали, могут оказывать агрессивноевоздействие как на эту деталь, так и на другие детали. Особенно активны приэтом формальдегид, кислоты, хлориды. Мерами защиты могут быть ограничениевоздействия (например, многократная промывка печатных плат от травильного раствораили использование бескислотных флюсов), нанесение защитных покрытий (например,покрытие печатных плат лаком), выбор рациональной конструкции узла (например,отдельное расположение батарей).

Кадмирование и цинкование

Изсоображений экономичности для защитных покрытий наиболее часто используют цинки кадмий. Коррозионная стойкость цинковых и кадмиевых покрытий может бытьзначительно повышена последующим пассивированием (хроматированием илифосфатированием). Контактным способом наносят серебро, никель, хром и олово,которые могут быть осаждены на основной металл из водных растворов. Вследствиеограничения запасов и постоянно повышающейся стоимости кадмия в электротехникедля покрытий наиболее часто используется цинк. Но полностью заменить кадмийцинком невозможно, так как последний очень чувствителен к коррозионнымвоздействиям, появляющимся внутри прибора при относительной влажности выше75-80%. При использовании оцинкованных деталей необходимо, кроме того,предотвращать их длительный контакт с конденсатом при эксплуатации,транспортировке и хранении. В общем случае при выборе защитного покрытияследует учитывать коррозионные свойства отдельных слоев и агрессивных сред,которые могут появиться внутри прибора.

Окраска

 

Обычно окраскуосуществляют в два приема: вначале наносят грунтовый, а затем покровный слой.Грунт предназначен для пассивации защищаемой поверхности, а также дляобеспечения надежной связи покровного слоя с основным материалом. Покровныйслой состоит из слоев грунтовой краски и лака, причем грунтовая краскапредназначена для надежного соединения грунта с покровным слоем, служащим длянепосредственной защиты от воздействий окружающей среды, а также для подготовкик нанесению лакового слоя.

Как показывает практика,коррозия деталей из черных металлов, особенно мелких, начинается на кромках,так как слой краски на них недостаточен. Здесь появляется подоплечная коррозия,которая постепенно приводит к отслоению защитного покрытия. Подобный процессразвивается в заклепках, резьбовых и сварных швах. Для предотвращения такихявлений необходима дополнительная защита кромок.

Преждевременное старениеи разрушение пластмассовых деталей может наблюдаться при поглощении ими влаги,под действием агрессивных сред и тепловых нагрузок (сопровождающихся размягчениеми охрупчиванием материалов), бактерий, термитов, плесени и т.д. Поэтомунеобходимо изучение свойств этих деталей в экстремальных внешних условиях.

 

9.3 3ащита отвоздействия влаги

Приборы требуют защиты отвлаги для предотвращения от корродирования, которое влечет за собой сокращениесрока службы, уменьшение надежности, изменение электрических, и механическихпараметров, вплоть до отказа. Одним из средств защиты приборов и конструктивныхэлементов от влаги является герметизация, которая может быть осуществленатолько при использовании металлов для герметичных корпусов и неорганическихматериалов в качестве герметиков. В последнее время по экономическим причинамвсе более широкое применение находят пластмассы. Однако пластмассы в большейили меньшей степени влагонепроницаемы, что требует их очень тщательного отборав каждом конкретном случае использования.

Как правило, всематериалы, особенно пластмассы, имеют требуемые свойства только приопределенных температурах и влажности. При слишком большой влажности пластмассымогут набухать, при слишком сухой атмосфере — охрупчиваться. При падениитемпературы ниже точки росы, возможно также осаждение воды.

Вразрабатываемой конструкции защита от воздействия влаги предусмотренананесением лакокрасочных покрытий.

9.4 Защита отэлектрического удара

Защиту от электрическогоудара для электронных приборов и устройств подразделяют на защиту отнепосредственного касания при нормальной работе и защиту от косвенного касанияв случае ошибки.

Электронные приборы иустройства аппаратуры связи, электронные измерительные приборы и бытовыеустройства, кроме общих требований к электрическим установкам, должныдополнительно отвечать также и специальным требованиям к их безопасности.

Защита от прямогокасания при нормальной работе

 

Вседетали (например, проводники), во время работы, находящиеся под напряжением,должны быть изолированы, экранированы или расположены так, чтобы былапредотвращена возможность их касания обслуживающим персоналом. Кожухи и экраныприборов должны быть выполнены так, чтобы их нельзя было снять безиспользования инструментов.

В электронных приборахвсе находящиеся под напряжением выводы, касание которых опасно, должны бытьсоответствующим  защищены и расположены на определенном безопасном расстоянииот других токоведущих элементов, касание которых возможно. Защита должна бытьгарантирована при касании элементов в любой последовательности. Отверстия вкорпусах должны быть выполнены так, чтобы была обеспечена степень защиты,требуемая для данного прибора. Правильность расположения отверстий вэлектронных бытовых приборах проверяют с помощью испытательных оправок.

Защита от косвенногокасания в случае ошибки

 

Открытые для касаниядетали электронных приборов и устройств, не находящиеся под напряжением(например, корпуса) должны быть выполнены так, чтобы даже в аварийном случае наэтих деталях не могло появиться опасное напряжение. Для всех электротехническихустройств и электронных приборов номинальным напряжением U=1кВ (для переменноготока) и U=1,5кВ (для постоянного тока) необходимое последовательное выполнениетребований в соответствии с классом их защиты. Защитные мероприятия нетребуются: для приборов с установившемся током короткого замыкания 20 мА; дляприборов с батарейным электропитанием и преобразователем напряжения, есливыходная мощность преобразователя не превышает 2 Вт при его внутреннемсопротивлении не менее 10 кОм; для элементов приборов, которых можно касатьсятолько при снятии напряжения и в которых приняты меры для предотвращения подачинапряжения на касаемые детали (например, на детали внутри выдвижных блоков);для металлических деталей крепления проводов и кабелей.

Степень защиты не должнаснижаться в результате работы прибора или воздействий со стороны окружающейсреды. Так, в электронных приборах резьбовые соединения должны бытьдополнительно застопорены с помощью пружинных шайб, а паяные — путем закруткиили загиба концов проводов в отверстиях для пайки, чтобы защита от касания немогла быть снижена при случайном ослаблении этих соединений.

Классы защиты

 

Классом защитыопределяются мероприятия, в результате которых должно быть предотвращенопоявление опасных в отношении касания напряжений на деталях электротехническихи электронных устройств и приборов, при нормальных условиях, не находящихся поднапряжением. При этом различают класс защиты I (защитное заземление, для чегопредусматриваются, например, места подключения защитного проводника,соединители (штекеры) с защитным контактом и т.д.), класс защиты II (защитнаяизоляция) и класс защиты III (защитное пониженное напряжение).

В разрабатываемойконструкции защита от поражения электрическим током предусмотрена защитнойизоляцией.

9.5 Защита от действиявнешних электромагнитных полей

Эффективной защитой отвоздействия электрических полей является экранирование, которое снижает энергиювнешнего электромагнитного поля, а также помехи и влияние прибора на внешнююсреду. Причинами паразитных наводок на прибор являются внешние источники помех,а также образование межкаскадных связей под влиянием электростатических иэлектромагнитных полей.

В зависимости от типа ичастоты поля различают экранирование электрических и магнитных полей высокой инизкой частот. Часть электромагнитной энергии отражается от поверхности экрана,часть проникает в него. В свою очередь, определенная доля энергии, проникшая вэкран, отражается от его другой стенки, остальная энергия проходит сквозь экраннасквозь. Достигаемое при этом ослабление поля называется экранирующимдействием, отношение напряженностей полей за экраном и перед ним — эффективностью экранирования, а выражаемый в децибелах логарифм величины,обратной этому коэффициенту, — затуханием экранирования.

Корпус блока управлениязамком электромеханическим выполнен из листовой стали, что обеспечивает защитуэлементов схемы от внешних электромагнитных полей.

 

9.6 Защита отмеханических нагрузок

 

Механические нагрузки,которые испытывают приборы и окружающая среда, обусловлены, в частности,динамическими воздействиями на них в виде колебаний и ударов. Защита от этих нагрузоквозможна с помощью демпфирования, изоляции и гашения колебаний с помощьюдополнительных масс. Целями мероприятий по защите от воздействия механическихнагрузок являются: обеспечение выполнения прибором, испытывающим механическиенагрузки, заданной ему функции; повышение точности, надежности и срока службыприборов, защита обслуживающего персонала от шума и вибраций.

При воздействииопределенных входных величин на систему прибор-место установки появляющиесядеформации рабочих элементов, напряжения конструктивных элементов или колебаниясоседних деталей не должны превышать заданных значений.

Снижениеколебательных и ударных нагрузок

 

Припроектировании необходим точный расчет их колебаний, который позволяетисключить в последующем работы по снижению колебательных нагрузок. Точныйрасчет предполагает точное знание параметров колебаний рассматриваемой системы.Различают следующие мероприятия по снижению колебательных и ударных нагрузок:

¾   первичные мероприятия — уменьшениевлияния возбуждающих величин путем демпфирования, активной изоляцией илигашения колебаний в месте их возникновения;

¾   вторичные мероприятия — изменениепередаточной функции колебательной системы с помощью предотвращения еерезонанса и использования пассивной изоляции.

Впринципе, конструктор может снизить механические колебательные и ударныенагрузки на прибор и окружающую среду тремя путями: демпфированием; изоляциейколебательной системы и гашением этих нагрузок. Гашение колебаний применяется встанко — и в крупном приборостроении.

 

Демпфированиеколебаний и ударов

 

Снижение колебательных иударных нагрузок путем демпфирования возможно за счет механических илиэлектрических демпферов. В качестве механических демпферов могут использоватьсятакже клапаны, заслонки (дроссели) или сильфоны.

Изоляция колебаний иударов

 

Под изоляцией колебанийпонимают уменьшение или предотвращение распространения колебаний с помощьюизоляторов (упругих элементов).

Для эффективной изоляциичастота возбуждения должна значительно отличаться от собственной частотыизолятора, так как в ином случае могут развиваться так называемые частотыпробоя. Прибор должен быть установлен или подвешен на изоляторах. При этомизоляция колебаний будет эффективной, если собственные частоты изолируемойсистемы меньше самой низкой гармоники частоты возбужден-ния.

Конструктивноблок управления замком электромеханическим предусматривает установку впомещении, поэтому защита от воздействия вибраций и ударных нагрузокпредусматривается у здания в целом.

Литература

1. Базовыйпринцип конструирования РЭА / Е.М. Парфенов, В.Ф. Афанасенко, В.И. Владимиров,Е.В. Саушкин; Под ред. Е.М. Парфенова. — М.: Радио и связь, 1981.

2. ВарламовР.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. Изд. 2-е переработанное. — М.:Сов. радио, 1975.

3. Роткоп Л.Л.,Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструированиирадиоэлектронной аппаратуры. — М.: Сов. радио, 1976.

4. Конструированиерадиоэлектронных средств: Учеб. пособие для студентов специальности«Конструирование и технология радиоэлектронных средств» / Н.С. Образцов, В.Ф.Алексеев, С.Ф. Ковалевич и др.; Под ред. Н.С. Образцова. — Мн.: БГУИР, 1994.

5. Гелль П.П.,Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектроннойаппаратуры. — Л.: Энергоатомиздат, 1984.

6. Справочникконструктора-приборостроителя. Проектирование. Основные нормы / В.Л. Соломахо,Р.И. Томилин, Б.И. Цитович, Л.Г. Юдовин. — Мн.: Выш.шк., 1988.

7. Поляков К.П.Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио исвязь, 1982.

8. КаленковичН.И. и др. Механические воздействия и защита РЭС: Учеб.пособие для вузов / Н.И.Каленкович, Е.П. Фастовец, Ю.В. Шамгин. — Мн.: Выш.шк., 1989.

9. Хлопов Ю.Н.,Боровиков С.М., Алефиренко В.М., Несмелов В.С., Алексеев В.Ф., Воробьева Ж.С.,Образцов Н.С. Методическое пособие к курсовому проектированию по курсу«Конструирование и микроминиатюризация РЭА». — Мн.: РТИ, 1983.

10. КарпушинВ.Б. Вибрации и удары в радиоэлектронной аппаратуре. — М.: Сов.радио, 1971.

11. ШимковичА.А. Механические воздействия и защита радиоэлектронных средств. Методическоепособие по курсу «Конструирование радиоэлектронных средств», Часть 2. — Мн.:РТИ, 1991.

12. ГурскийМ.С. Лаб. практикум по курсу «Инженерные методы защиты радиоэлектронных средствот дестабилизирующих факторов», Часть 1. — Мн.: БГУИР, 1984.

13. ПарфеновЕ.М. и др. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: Учеб.пособиедля вузов / Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачев. — М.: Радио и связь,1989.

14. Проектированиеприборных панелей радиоэлектронной аппаратуры. Метод.пособие по курсу«Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры» / Ю.В.Шамгин, В.М. Алефиренко, Е.П. Фастовец и др. — Мн.: МРТИ, 1976.

15. Введение вэргономику. / Под.ред. В.П. Зинченко. — М.: Сов.радио, 1974.

16. Разработкаи оформление конструкторской документации РЭА / Под.ред. Э.Т. Романычевой. — М.: Радио и связь, 1989.

17. Проектированиеприборных панелей радиоэлектронной аппаратуры. Метод.пособие по курсу«Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры» / Ю.В.Шамгин, В.М. Алефиренко, Е.П. Фастовец и др. — Мн.: МРТИ, 1976.

18. Справочник.Полупроводниковые приборы: диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры. / Подобщей редакцией А.В.Голомедова – М.: ²Радио и связь², 1989.

19. Справочник.Полупроводниковые приборы: транзисторы. – Л.: ²Энергоатомиздат², 1984.