Основы конструирования и технологии производств..

1. Введение

Конструкция – совокупность элементов и механических соединенных элементов, в которых реализуется электронная схема данной системы.
Исходными данными для конструктора являются:
Схема электрическая принципиальная
Техническое задание на разработку конструкции

Конструктор должен определить:
Форму
Выбрать материалы
Рассчитать размеры конструктивного узла
Способы механического и электрического соединения входящих в конструкцию элементов
Обеспечить помехоустойчивость
Тепловой режим
Защиту от внешних дестабилизирующих факторов

Существует 3 основных этапа конструирования РЭА:
Схемотехническое проектирование
Разработка схемы электрической принципиальной
Разработка топологии печатных плат, входящих в конструкцию на основе принципиальных схем
Конструкторский этап
Разработка конструкторской документации (КД) на несущие конструкции, обеспечивающие конфигурацию проектируемого нами конструкторского узла
Технологический этап
Разработка КД на технологическую оснастку, позволяющую обеспечить конструирование по п.1 и 2 конструкций

2. История конструирования РЭА

Конструирование РЭА началось с изобретением радио, где конструкция представляла обычный деревянный ящик, на стенках которого размещались схемы электрические принципиальные элементов.
С изобретением электронной лампы по мере увеличения коэффициента усиления возрастала роль экранирования, поэтому в конце 20-х годов получились металлические массы.
В конце 30-х годов, где начали применяться усилители в телефонии, в это время была принята традиция конструирования РЭА в виде стоек – вертикальная рама с расположенными друг над другом электрическими блоками.
С 40-х годов электронная аппаратура из помещения переходит в полевые условия (танки, самолеты), возникает потребность защиты РЭА от внешних дестабилизирующих факторов – удар и вибрация.
В 50-х годах появляется печатный электронный монтаж, но все элементы навесные. Главной трудностью проектирования являлось обеспечение тепло-физических параметров (обеспечение нормального теплового режима).
Изобретение в 1948 году транзистора вывело понятие РЭА на уровень 2-го поколения.
В начале 1960-х годов появились цифровые методы обработки сигналов, что дало толчек к развитию микроэлектроники и производству ИМС.

5 степеней интеграции ИМС:
1 – до 10 элементов и компонентов
2 – 10 – 100
3 – 100 – 1000
4 – 1000 – 10 000
5 – 10 000 – 100 000

РЭА, построенные на ИМС 1-й и 2-й степеням интеграции относятся к аппаратуре 3-го поколения, что имело место в начале 70-х годов.
РЭА, построенные на ИМС 3-й и 4-й степеням – 4-го поколения.
РАЭ, построенные на ИМС 5-й степени – 5-го поколения.

3. Основные функции конструкций РЭА

Конструктивное исполнение РЭА определяется условиями эксплуатации, объектом размещения, схемотехнической и конструкторской базами.
По условиям эксплуатации и объектам размещения РЭА делятся на группы:
Стационарная
Подвижная

Стационарная РЭА – для работы в определенном наземном пункте.
Подвижная – для работы во время движения и остановок. 3 группы:
бортовая – для установки на транспортных средствах и других движущихся объектах относительно земли
носимая – имеющая собственный источник питания, предназначена для работы при переноске
переносимая – имеющая собственный источник питания и предназначена для работы во время остановок или перевозимая в нерабочем состоянии.

4. Конструктивно-технологические и эксплуатационные требования к конструкциям РЭА

Все факторы окружающей среды, действующие на РЭА, можно разделить на:
климатические
механические
радиационные
Климатические факторы окружающей среды характеризуются влиянием на РЭА температуры, повышенной влажности, изменением атмосферного давления, присутствием песка или пыли.
К механическим воздействиям относят вибрации, удары, линейное ускорение, транспортирование.
Радиационные – под воздействием прямых солнечных лучей и ультрафиолетового воздействия (солнце влияем на химическое изменение элементов).

5. Основные виды конструкторских и технологических работ

Современная РЭА создается большим коллективом специалистов-разработчиков, включающим:
системо-схемотехников
конструкторов и технологов
программистов
эксплуатационников

Организацию, для которой разрабатывается РЭА, называют заказчиком
Организация, выполняющая проект называется разработчик – исполнитель
Процесс конструирования состоит из 2-х основных этапов:
НИР – научно-исследовательская работа
ОКР – опытно-конструкторская работа

НИР – 1-я стадия разработки, на которой выделяется принципиальная возможность создания изделия. НИР состоит из 2-х этапов:
Разработка технического задания (ТЗ)
Разработка технического предложения (ТП) на реализацию ТЗ
В процессе выполнения НИР прорабатывается теоретическая и экспериментальная части разработки. Если НИР заканчивается отрицательным результатом, что свидетельствует о том, что данная разработка не перспективна.
НИР заканчивается отчетом, форма которого четко канонизирована, пишется в соответствии с ГОСТом и рекомендацией на проведение ОКР.
При положительном исходе НИР заканчивается ТЗ на ОКР.

ОКР – 2-я стадия разработки. Состоит из 3-х основных этапов:
Эскизный проект
Технический проект
Рабочий проект
Цель ОКР – инженерное воплощение результатов НИР. И заканчивается разработкой полного комплекта КД и предъявлением заказчику опытного образца, выполненного по данной КД.
Очень часто этапа НИР не бывает, т.к. у заказчика нет денег на оба этапа. Это сказывается на качестве.

ТЗ – исходный документ, который устанавливает основное назначение, технико-экономические и тактико-технические характеристики, предъявляемые к разрабатываемому изделию. Включает следующие разделы
Область применения изготавливаемого изделия
Цель и основание для его разработки
Этапы и сроки разработки
Порядок испытаний и ввода изделий в КД

ТП представляет собой совокупность технических документов, содержащих анализ состояния вопросов в данной области разработки, а также выбор и сравнительную оценку по основным показателям наиболее рациональных вариантов и технических решений создаваемого изделия.
Эскизный проект – совокупность технических документов, существующих принципиальную проработку схемных и конструкторских решений, которые дают общее представление о проектируемом изделии.
ТП – совокупность технических документов, содержащих окончательные технические решения, которые дают полное представление об изделии.
Рабочий проект – полная завершенная совокупность конструкторских, технологических документов, на основе которых могут быть изготовлены опытный образец изделия и рабочий проект включающий в себя всю необходимую документацию по изготовлению, испытанию, приемке, эксплуатации, транспортированию, хранению.
В практике могут выпадать 1-2 этапа (зависит от финансирования)

Литерность – буквенно-цифровое обозначение в штампе чертежа, показывающее уровень отработки КД.
Нет – этап эскизного проекта
О – этап ТП
О1 – этап рабочего проекта. Передается на завод – изготовитель. Проведены государственные испытания. Произведена коррекция на основе этих испытаний.

6. Интенсификация интеллектуального процесса поиска конструкторских решений

Применяют 4 основных процесса творческого мышления:
Аналогия
Инверсия
Эмпатия
Мозговой штурм
Аналогия используется как для преодоления, так и для увеличения инерции мышления.
Инерция мышления полезна, если стоит задача с наибольшей точностью повторить решение, найденное в прототипе, внося изменения лишь в количественном соотношении.
Прием инверсии основан на взгляде на явления с иной, чаще противоположной стороны, например, превращение вреда в пользу (крашение болтов против их развинчивания).
Прием эмпатии (вживание в образ) – позволяет конструкторам ощутить мельчайшие подробности работы узла или протекающих в нем процессах, чтобы обнаружить ошибки, не различимые при взгляде со стороны.
Прием мозгового штурма направлен на интенсификацию коллективного генерирования новых идей по преодолению тупика. Происходит следующим образом:
Назначается временная группа конструкторов (на 2-3 часа), причем из различных подразделений в количественном составе 5-8 человек. Ставится магнитофон и задача, приведшая в тупик.
Дается возможность каждому члену группы высказаться, в т.ч. даже безумных идей. Не допускается критика и поддержание идеи.
Магнитофон с соответствующими записями передаются в соответствующий отдел. В результате принимается решение.

7. Иерархии конструкции РЭА (построение)

Основным из главных достижений конструирования сегодняшнего дня является совершенствование и широкое распределение базового метода конструирования РЭА, в основу которого положен принцип разделения аппаратуры на функционально и конструктивно законченные части (модули).
Согласно этому принципу на современные РЭА можно установить следующие уровни иерархии:
Модуль 1-го уровня – Основная сборочная единица, служащая для размещения и электронного соединения ИЭТ (изделия электронной техники) функционально законченных устройств, как правило, не имеющих самостоятельного назначения (печатная плата, блок).
Модуль 2-го уровня – Сборочная единица для размещения и электронного соединения модулей 1-го уровня и образования функционально-законченных устройств, имеющих или не имеющих самостоятельного эксплуатационного назначения (секция, кассета).
Модуль 3-го уровня – Сборочная единица, служащая для размещения и электронного соединения модулей 2-го уровня и образования функциональных устройств, имеющих самостоятельное эксплуатационное назначение (стойка).

Базовая несущая конструирования (БНК) – несущая конструкция, предназначенная для размещения составных частей аппаратуры, габаритные размеры которой стандартизированы.
Необходимо вхождение аппаратуры младшего уровня в более высокие уровни.
Ширина – 600 мм
Глубина – 210 мм
Длина 2150 – 2600 мм с шагом приращения

Достоинства базового метода конструирования:
На этапе конструирования возможность проектирования одновременно различия составных частей аппаратуры
Значительное сокращение объема оригиналов КД
Ускорение внесений изменений
Возможность модернизации аппаратуры без коренных изменений в конструкции
На этапе производства сокращение сроков освоения серийного производства аппаратуры
Упрощение сборочно-монтажных работ
Увеличение стоимости аппаратуры благодаря автоматизации технологических процессов
На этапе эксплуатации улучшение ремонтопригодности, облегчение обслуживания и повышение эксплуатационной надежности аппаратуры

8. Печатные платы. 1-й иерархический уровень

Печатный узел является первым и самым сложным – много элементов сборочных единиц РЭА, объединяющих множество элементов схемы электрической принципиальной.

Основная технология:
Сборочный узел – сборочная единица с расположенной на ней электрически и механически соединенными навесными элементами и всеми выполненными операциями обработки (пайка, покрытие).
Печатная плата – листовой материал, вырезанный по определенному размеру, содержащий необходимые ответвления и рисунок и обеспечивающий в дальнейшем электрически и механически соединение элементов.
Основание печатной платы – листовой материал, вырезанный по определенному размеру и подготовленный для того, чтобы нести на себе рисунок и навесные элементы.
Рисунок печатной платы – конфигурация изоляционного или проводящего слоя (топология).
Печатный проводник – непрерывная проводящая полоска или площадка.
Контактная площадка – часть проводника на поверхности или в толще основания. Используется для создания навесных элементов или контрольных присоединений.

9. Геометрия печатной платы

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
XПЛ;YПЛ – габариты платы
XМП;YМП – габариты монтажного поля (площадь, занимаемая этими элементами)
lx, ly - габариты навесных элементов, устанавливаемых на печатной плате
Количество элементов в ряду:
13 EMBED Equation.3 1415
Количество рядов элементов:
13 EMBED Equation.3 1415
x1 – размер до первого навесного элемента по X
y1 – размер до первого навесного элемента по Y
tY – шаг установки по Y, tX – шаг установки по X
x1, x2, y1, y2 – краевые поля для подсоединения к лицевой панели в вертикальной плоскости, обеспечивают вхождение печатной платы в секции в горизонтальной плоскости.
Различают односторонние, двусторонние и многослойные печатные платы. Достоинством односторонних и двусторонних печатных плат является простота и низкая трудоемкость проектирования и изготовления. Недостаток: низкая плотность размещения навесных элементов.
При использовании многослойных печатных плат существенно увеличивается плотность монтажа путем добавления дополнительных слоев без изменения габаритов печатной платы.
Недостатки:
более жесткие допуски на размеры,
большая трудоемкость изготовления и проектирования,
необходимость иметь специальное технологическое оборудование для их изготовления,
высокая стоимость,
низкая ремонтопригодность.
Выбор габарита печатной платы связан с разбиением электрической схемы на функционально законченные части. Наиболее четко эта связь заметна в схемах цифровой техники, в них легко можно выделить многократно повторяющиеся части, малоотличающиеся друг от друга.
В результате выявляются части электрической схемы, которые могут быть выполнены на печатной плате и использованы в ней несколько раз.
Главным критерием выбора типа размера печатной платы и числа устанавливаемых на ней корпусов является:
минимизация их числа,
минимизация межузловых соединений и внешних выводов модулей,
уровней паразитных связей между ИЭТ
теплофизические факторы.
Рациональное размещение ИЭТ на изделии оценивается плотностью упаковки (элемент / см3), обеспечение нормального теплового режима элементов за счет формирования допустимого по уровням и равномерно распределенного теплового поля, равномерного распределения масс элементов по поверхности, расположение наиболее крупногабаритных элементов вблизи мест механического крепления платы.
Топология печатной платы должна соответствовать:
схеме электрической принципиальной,
удовлетворять всем технологическим требованиям, определяемыми методом изготовления,
удовлетворять всем конструктивным требованиям, с точки зрения геометрии печатной платы,
удовлетворять всем предъявляемым электрическим требованиям по сопротивлениям печатных проводников, нормам допустимых рабочих напряжений и токов,
должна обеспечивать нормальную работу в условиях эксплуатации, оговоренных в техническом задании,
должна обеспечивать удобство монтажа и регулировочных работ.
Принцип, который положен в основу разработки всех программ автоматического синтеза печатных плат:
Заданная для реализации электрическая схема разбивается на функционально связанные группы и составляется таблица соединений. В каждой выделенной группе элементов производится размещение основных элементов на площади, зависящих от конструкции платы и шага установки элементов с частичной трассировкой цепей проводников.
Выбирается такая группа элементов, которая имеет наибольшее количество внешних связей (с разъемом) и в зависимости от требований технического задания размещается вблизи разъема на определенной площади.
Из оставшихся после 1 группы, выбирается 2-я группа элементов, имеющая наибольшее число связей с 1 группой и размещается рядом с 1 группой и т.д.
После размещения последней группы производится оценка размещения каждого навесного элемента и при необходимости вносится корректировка при размещении отдельных навесных элементов.
При корректировке также учитывается их рассеиваемая мощность, и наиболее мощные теплонагруженные элементы располагаются на краях платы или вблизи теплоотводящей шины.
10. Классы точности печатных плат

По плотности проводящего рисунка и по точности изготовления печатные платы делятся на классы: 1, 2 – наименьшая плотность и точность изготовления, 3, 4, 5 – повышенная степень плотности и точности.

Минимальные значения основных параметров, определяющих плотность проводящего рисунка и точности изготовления платы

2
3
4

1. Ширина проводника
0,5
0,25
0,15

2. Расстояние между проводниками, между проводниками и контактными площадками
0,5
0,25
0,025

3. Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки
0,05
0,035
0,025

4. Отношение диаметра металлизированного отверстия (для перехода от одного слоя к другим) к толщине платы
0,5
0,4
0,3


Материал печатной платы: фольгированный стеклотекстолит толщиной 1, 1.5, 2 мм.

11. Требования по размещению и установке ИЭТ на печатной плате

Корпусные ИС располагаются на печатной плате геометрически правильными рядами.
Со штырьковыми выводами располагаются так, чтобы центры отверстий выводов располагались бы в узлах координатной сетки. Если шаг не стандартный, то элемент располагается так, чтобы максимальное число выводов попали в узлы координатной сетки. Что не попадает в узлы координатной сетки, сверлится вручную.
С планарными выводами размещаются по предварительной разметке относительно координатной сетки с обязательным расположением выводов симметрично контактным площадкам.
Координатная сетка – условно нанесенная на поверхность печатной платы сетка с шагом 2,5 (1,25) мм. Координатная сетка необходима для совмещения конструкторских и технологических баз.

12. Методика расчета шагов установки ИЭТ на печатной плате

Шаги установки ИЭТ зависят от схемотехнических, конструкторских, технологических параметров, характеризующих требования полной трассировки электрических цепей, обеспечение параметров электромагнитной совместимости (ЭМС), методов конструирования и изготовления. Поэтому действительные минимальные шаги установки выбираются как наибольшие из ряда возможных шагов установки ИЭТ, удовлетворяющим перечисленным требованиям.
Расчет минимальных шагов установки начинается с определения ширины печатных проводников и расстояния между ними, определенных по различным критериям.
Основные критерии:
схемотехнические – определяет конструктор-схемотехник – любой ток, проходящий по проводам не должен быть больше дополнительных значений (напряжение определяется также). Выбор реальных значений определяется по методике в соответствии с ОСТ 4.077.000 и ГОСТ 23751-86
выбранный наибольший шаг удовлетворяет всем критериям.

13. Структурная схема алгоритма параметрического синтеза оптимальной коммутационной платы

Минимум потерь площади и объема коммутационной платы при размещении на ней коммутационной техники и обеспечение параметров ЭМС, обеспечение нормального теплового режима и заданных параметров механической прочности – это критерий оптимальности.
Выбор размера платы (А ( В)
Выбор типа ИЭТ
Определение площади монтажного поля
Определение класса точности печатной платы
Расчет ширины печатного проводника и расстояния между ними
Выбор числа слоев печатной платы
Расчет минимальных шагов установки
Выбор способа крепления печатной платы
Расчет на прочность
Выбор способа теплоотвода
Расчет теплового режима печатной платы
Расчет среднего коэффициента потерь площади КS
Расчет целевой функции FiFj
Минимум FiFj

KS - ср. коэффициент потерь площади печатной платы размером А ( В
13 EMBED Equation.3 1415
(Sj – сумма площадей всех элементов, установленных на печатной плате.

KS не достаточно полно характеризует эффективность использования площади печатной платы, т.е. не учитывает присущие ИЭТ функциональные и геометрические особенности, в том числе отсутствие кратности между соответствующими сторонами прямоугольников, образующих площади различных ИЭТ. Поэтому вводят дополнительный критерий оценки эффективности использования площади печатной платы, который учитывает отклонение потерь площади относительно средне-ожидаемого значения.
13 EMBED Equation.3 1415
Wj – вероятность применения ИЭТ j-го типа.

Целевая функция, учитывающая потери площади и объема при размещении элементов на печатной плате
13 EMBED Equation.3 1415
(1 и (2 – коэффициенты весомости.

14. Блок

Блок определяет внешнее оформление РЭА и обеспечивает комплексную защиту от дестабилизирующих факторов. Наличие лицевой панели и кожуха, механически прикрепленных к печатной плате.
Блок входит в секцию, блоки бывают одно- и двухплатные.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
НМ – размер, занимаемый монтажом
НП – размер платы с установленными на ней элементами.
НБР = НМ + НП
Сущ. два расчетных размера блока по ширине НБР НБФ (расчетный, фактический)
НБР = НБФ + К
К – коэффициент, учитывающий технологические особенности блока при его изготовлении. Определяется конкретным видом производства.
Блоки по ширине имеют приращение с определенным номиналом.
Минимальный размер НБР составляет 15 мм, К = 0,5 мм. Расчетный размер блока определяется минимальным размером ИЭТ, который определяет габариты платы.

15. Блок с кожухом

Кожух вводят для обеспечения заданного уровня помехозащищенности, для обеспечения заданных параметров ЭМС, степени экранирования и механической прочности.
Кожух представляет собой сварную единицу, выполненную из тонко-листовой стали контактной сваркой, и имеющую гальваническое покрытие для придания лучших экранирующих свойств (олово-висмут).

16. Герметизация блоков

Осуществляется с целью предотвращения воздействия внешних климатических факторов на ИЭТ, т.е. герметизация осуществляется для устранения внутри корпуса блока дополнительной влажности и состава газового наполнения.
Воздух в блок закачивается через ниппель, располагающегося на лицевой панели блока, для создания избыточного атмосферного давления порядка 0,5 атмосферы (чтобы в блоках линейного тракта в наполненных водой колодцах блок работал).
Герметичность достигается не только герметичностью кожуха, но и элементов соединителей, установленных на лицевой панели.

Способы герметизации:
Сварка кожуха и лицевой панели (для блоков объемом не меньше 0.5 дм3 и не подлежащих ремонту)
Паяным демонтированным соединением (для блоков, объемом 0,5 – 5 дм3)
Посредством резиновых уплотняющих прокладок
Выбор способа зависит от конкретных условий эксплуатации

Герметизация при помощи пайки
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Герметизация с помощью уплотняющих прокладок
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

При установке электрического соединителя использовались резиновые прокладки и герметик

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Требования к элементам паяного соединения конструкции блока:
Для устранения перегрева в момент пайки вблизи паянного соединения должна предусматриваться тепловая канавка для увеличения площади теплоотдачи. Она выполняется с той же стороны, где и элемент монтажа блока.
Прокладки выполняются прямоугольного сечения из термостойкой резины
Диаметр проволоки должен быть меньше ширины зазора, в который она вкладывается на 0,1-0,2 мм.
В паяном соединении проволока укладывается по всему периметру относительно лицевой панели. Такое соединение позволяет демонтировать блок до 3-х раз.

Герметизация с помощью уплотняющих прокладок применяется для блоков, объем которых больше 3 дм3, т.к. блоки меньших объемов герметизировать таким образом не целесообразно из-за больших потерь на элементы крепления.

17. Конструирование секций (модулей 2-го уровня)

Служит для размещения и электрического соединения блоков. Является законченной функциональной единицей и может эксплуатироваться вне стоек. Представляет собой металлический каркас, в который устанавливаются пластмассовые направляющие для блоков и плат, электрические соединители и элементы крепления секции в каркасе стойки.
Одним из основных критериев выбора конструкции является удобство в эксплуатации, т.е. проведение ремонтно-монтажных работы с минимальным временем простоя.
Для повышения ремонтопригодности должно быть предусмотрено:
Доступность всех входных частей для осмотра и замены без предварительного удаления других частей конструкции
Должны предусматриваться контрольные точки для подключения контрольно-измерительных приборов
Предотвращение неправильного соединения разъемных соединений
Возможность установки на столе извлеченных частей в любом удобном положении
Предотвращение потерь крепежных элементов при ремонтных работах
Применение быстросъемных фиксаторов вместо резьбовых соединений
Сокращение времени вынужденного простоя при ремонте

Выполнение по п.1. достигается путем использования конструкции кассет, доступ к внутренним частям которых осуществляется за счет раскрытия, выдвижения, поворота (либо их сочетания).
Метод раскрытия используется в блоках книжной конструкции и позволяет обеспечить доступ к любой печатной плате.
Метод выдвижения предполагает полное или частичное выдвижение печатных плат по направляющим конструкции кассет.
Эти методы (их сочетания) позволяют сократить время на разборку устранить неисправности и тем самым увеличить ремонтопригодность аппаратуры.

Конструктивно каркас секции представляет собой:
Боковые стенки (левая и правая) выполнены Г-образной формы. Такая форма обеспечивает установку и закрепление через соответствующие отверстия в каркасе стойки. Боковые стенки не цельно металлизированы. Дырки для протаскивания кабелей и проводов.
Траверсы (передние и задние). Задние имеют Г-образное сечение для обеспечения установки и закрепления электрических соединителей (кросс-платы). Изготавливаются из алюминия и имеют специальных профиль. Получают холодным прессованием (через матрицу продавливается металл).
Направляющие изготавливаются из пластмассы, устанавливаются в соответствии с шагом установки печатных плат. Крепление к стойке – по 2 винта. Закрепляются через соответствующие сечения в траверсах. Направляющие защелкиваются, что увеличивает производительность труда.

Кросс-плата устанавливается в секции и объединяет все микросхемы в 1 плату.
Когда в кассету устанавливаются блок, он должен быть закреплен в каркасе через лицевую панель болтами.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


18. Геометрическая модель секции

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

ХС = X1 + XП + Xсоед + ХМ
УС = 2 (У1 + УН + У2) + УП
ХС, УС – габариты секции
У1 – габаритный размер траверсы
УН – габаритный размер направляющей
У2 – зазор между направляющей и печатной платой
ХП, УП – размеры печатной платы
Х1 – расстояние между началом траверсы и стенкой
ХСОЕД – размер, занимаемый контактной парой вилка-розетка 25-35 мм
ХМ – размер, занимаемый элементами монтажа (кросс-плата или объемный монтаж – посредством кабелей и жгутов) 20-25 мм
ХСТ – размер стойки

Вид спереди на секцию

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


Х3 – толщина боковой стенки
Х2 – конструктивный размер между блоком и боковой стенкой (0,5 – 0,75 мм)
НРБЛ – расчетная ширина блока
ВС – размер секции по ширине
ВС = 2 Х3 + 2 Х2 + n(НРБЛ
где n – число блоков

19. Варианты компоновки секций
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
V1 = L(H( (B – BK)
V2 = L(H(BK

13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
V1 = L( (H - HK) (B
V1 = L(HK(B


13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
V1 = (L - LK) (H(B
V1 = LK(H(B


Объемы секций:
V1 – функциональные блоки
V2 – элементы коммутации и электромонтаж
Наибольшее распространение получили варианты 5 и 6, а наименьшее 1 и 2
Т.к. в блоках L > H, L > B, H > B,
V15,6 > V13,4 > V11,2
V21,2 > V23,4 > V25,6
Варианты компоновки 2 и 6 не применяются т.к. имеют плохие условия для естественной конвекции в связи с перекрытием зон прохождения воздуха.
Варианты 1 и 3 позволяют устанавливать значительно большее число блоков, по отношению к варианту 4,5.
При 1, 3, 4, 5 для книжных конструкций предпочтительны для 4 и 5, т.к. они должны иметь не большое число плат по сравнению с числом разъемов конструкции, что связано с невозможностью получения достаточного раскрыва ячеек.
При естественной конвекции для блоков разъемной конструкции применяются варианты 1, 3. При необходимости принудительного охлаждения разъемных конструкций применяется вариант 1. При естественной конвекции в книжных конструкциях используются варианты 4, 5. Вариант 5 можно использовать и при необходимости принудительного охлаждения.
Одним из факторов, влияющим на выбор компоновки, является соотношение линейных размеров. Книжные конструкции по варианту 5 имеют максимальную плотность упаковки, но не достаточно рациональное соотношение сторон печатной платы, что приводит к трудностям при разработке платы. Оптимальный размер печатной платы – квадрат.
20. Конструирование стоек (модули 3-го уровня)

Стойка – основной конструктивный узел. Служит для размещения и электрического соединения секций (модулей 2-го уровня).
Состав стойки:
верхняя и нижняя рамы, выполненные углового профильного материала
2 боковые стенки, выполненные из алюминия прессованного профиля, либо сварные из тонколистового материала (не лучший вариант)
задние обшивки, соединяющих боковые стенки
держатели электрических соединителей

Габаритные размеры стойки ограничены стандартом:
Высота 2150 мм, с шагом приращения 150 мм до 2600 мм
Ширина 600 мм
Глубина 300, 400, 500, 600 мм (последние два – для мощного радиостроения, ТВ)

Существенным резервом повышения функциональной емкости РЭА является максимально возможное уменьшение размеров зон размещения проводного электрического монтажа, занимающего до 30 % общего объема оборудования.
Одна из важнейших задач конструирования РЭА является обеспечение минимальных размеров кабельных каналов.

21. Геометрическая модель стойки

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 141513 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Крепление стойки: снизу болтами, сверху – кабель роста.
Направляющая имеет Г-образное сечение.
13 EMBED Equation.3 1415 (секции)
13 EMBED Equation.3 1415 (стойки)
13 EMBED Equation.3 1415 (толщина)
13 EMBED Equation.3 1415 (глубина)

13 EMBED Equation.3 1415 - зазор между
13 EMBED Equation.3 1415 - зазор между секциями
13 EMBED Equation.3 1415 - зазор между боковой стенкой стойки и секции

Боковые стенки стойки изготовляют из специального алюминиевого профиля с крепежными закладочными шахтами для крепежа деталей.
Размеры стойки 260х600х240 (высота ширина глубина). Стойка неустойчивая и, следовательно, ее крепят к фундаментным болтам снизу и болтами к кабелю роста сверху.
Существенным резервом повышения функциональной емкости РЭА является максимально возможное уменьшение размеров зон размещения проводного электромонтажа, занимающего в настоящее время до 30% общего объема оборудования. Следовательно, отсюда одна из важнейших задач конструирования РЭА является обеспечение необходимых размеров кабельных каналов (шахт).

22. Методика определения размеров кабельных шахт

Жгут

13 EMBED PBrush 1415
Кабельная шахта
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Канал круглого сечения dj предназначен для формирования кабеля (жгута), который набирается из определенного числа монтажных проводов диаметром di и может иметь защитную оболочку tq.
Канал прямоугольного сечения (кабельная шахта AК(BК) служит для прокладки проводов диаметром dq = di +2 tq.
В общем случае указанная задача может быть сформулирована следующим образом: найти минимально необходимые диаметры di и dq для круглых сечений и один из размеров (AК, BК) кабельного канала прямоугольного сечения, если известно множество типов наборных кабелей (ВК рассчитывается из условий прочности).
Минимально необходимые площади поперечных сечений кабельных каналов круглой Sj и прямоугольной площади SК, складываются из суммы площадей сечения прокладываемых кабелей Si и Sq с учетом максимальных значений коэффициентов заполнения сечений этих каналов Kij и KqK.
Коэффициенты заполнения:
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Учитывая постановку задачи можно определить di и Ak:
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
На основании сбора и обработки статистического материала получены простые аналитические закономерности минимизированных значений.
Подставив числа, получим:
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
23. Конструирование пультов и постов управления

Пульт предназначен для обеспечения связи между оператором и аппаратурой.
Поскольку поток информации непрерывно растет, а органы восприятия человека таковы, что воспринять и осмыслить всю информацию они могут в ограниченном объеме, то конструктор при проектировании пульта должен, хорошо зная входные характеристики человека-оператора, создавать условия, при которых количество информации, поступающей с пульта управления, не превышала бы возможности человека.
Полученная информация должна преобразовываться в удобный для восприятия вид. Качественная информация воспринимается лучше, чем количественная.
Если качественного выражения информации не достаточно, то оператор тратит больший объем памяти на ее анализ, что требует дополнительной тренировки при выполнению определенной функции в реальных условиях эксплуатации.
Поэтому при выборе средств индикации учитываются не только количественные информационные характеристики, но и качество поступающей информации, т.к. при перегрузке оператор начинает пропускать количество сигналов, либо их искажать.
При выборе средств индикации необходимо ориентироваться на некоторую оптимальную скорость передачи информации, не выше пропускной способности оператора.
Информация должна поддерживать активность оператора на высоком уровне и давать возможность переключения различных анализаторов в процессе работы (переход с визуального приема на слуховой).

Конструкция пульта управления меняется в зависимости от рабочего положения оператора.
При длительной непрерывной работе необходимо обеспечить оператору возможность работы сидя, чтобы снять утомляемость плечевых мышц необходимо предусмотреть столешницы. Периодическая работа за пультом должна предусматривать работу не только сидя, но и стоя. Для уменьшения ошибок при снятии информации оператором в центре панели пульта должны располагаться, примерно на линии визуального наблюдения, а панели должны быть перпендикулярны этой линии.

24. Зоны досягаемости рук и зоны обзора оператора, работающего в положении сидя
13 EMBED PBrush 1415
Участки А и Б образуют зону основного движения в которой для манипуляции руками не требуется поворота головы и туловища.
Визуальный обзор зоны А не требует поворота головы, а для зоны Б требуется легкий поворот головы. Зоны В и Г образуют зоны вспомогательного движения. Для манипуляции руками на участке В требуется движение всей руки, а на участке Г требуется поворот туловища.
Обзор участков В и Г возможен с поворотом головы и туловища, значит, наиболее важные органы управления располагаются в зоне А. В зоне Б, располагаются второстепенные приборы и устройства индикации реже применяемые оператором.
Зона В предназначена для приборов и органов контроля редко используемых. Зона В находится на границе досягаемости и обзора оператора. Обзор возможен при движении головы и глаз, а управление требует наклон туловища. Зона Г максимальна в не пределах досягаемости и обзора. Она служит для размещения второстепенных вспомогательных приборов.
Все визуальные индикаторы можно разделить на предметные и световые.
Предметные – в виде шкал, цифр и надписей. Информация, передаваемая ими, определяется числом цифр, количеством и содержанием надписей. При проектировании предметных индикаторов необходимо учитывать основные условия работы с приборами:
Быстрота восприятия зависит от числа приборов, точности их показаний и снятия этих показаний оператором;
Показания должны сниматься с достаточной точностью, при этом нельзя стремиться к излишней точности, что ведет к утомляемости оператора;
Указатели должны иметь четкие надписи. Указатели предназначенные для работы в затемненных помещениях должны иметь черный фон и белые надписи. В ночное время надписи должны подсвечиваться красным светом;
Указатели, показывающие различные физические величины должны отличаться по внешнему виду.
Световые индикаторы – сигнальные лампы, светящиеся надписи. Требования:
Число индикаторов должно быть минимально;
Индикаторы должны обеспечивать быстрое восприятие передаваемой информации;
Индикаторы должны обеспечивать высокую надежность показаний в заданных условиях эксплуатации;
Все надписи должны иметь лаконичность и выполняться буквами простого очертания.

25. Подсвечивающие устройства

Подсветка надписей и указателей должна производиться зеленым, желтым и красным цветом. Для большего контраста использование холодных тонов.
По международной стандартизации сигналом опасности являются теплые тона, безопасности – холодные.
Необходимо обеспечить равномерную яркость надписей. Для этой цели используются холодные тона. Берется пластина толщиной 4 – 5 мм с высокой степенью прозрачности. На поверхность этой пластины наносят надписи, которые потом затираются белой полупрозрачной массой. Поверхность металлизируется и окрашивается в черный цвет. Если пластину подсветить с торца, все надписи будут светиться равномерным цветом.

26. Элементы заземления и экранирования

Основными методами применяемые для борьбы с помехами, используемых конструктор являются заземление и экранирование.
Заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или эквивалентом металлических частей конструкции.
Элемент заземления – элемент в цепи заземления, обеспечивающий соединение (разъемное, неразъемное) и электрический контакт с определенным переходным соединением.
Заземление должно выполняться в соответствии с требованием стандартов и техническим условиями на аппаратуру конкретного вида. Максимальное значение переходного сопротивления контактов элемента заземления должно соответствовать требованиям ТУ.
Каждый заземляющий элемент должен быть присоединен к заземляющему устройству посредствам отдельного ответвления. Не допускается последовательное включение нескольких заземляющих элементов.

В заземляющих устройствах используется контактные соединения 2-х видов: разборные и неразборные. В разборных элементах заземления контактирующие поверхности должны иметь коррозионно-стойкие и электропроводящие покрытия (Ag, Ni, Cd, Sn и Be). В разборных устройствах для соединения используются резьбовые соединения (винт и гайка).
Элементы заземления должны располагаться в легко доступных местах для обеспечения удобства монтажа и замера параметров переходных сопротивлений контактов.
Соединения схемы с корпусом может быть выполнено разными способами:
Наиболее частый вариант заземления: каждая точка электрической схемы, имеющая нулевой потенциал, соединяется при помощи провода или шины с ближайшей точкой корпуса. Общее количество соединений может быть большим.
На плате выполняется развитая металлизированная поверхность, к которой присоединяется выводы микросхемы и другие элементы. Эта металлизированная поверхность соединяется с корпусом прибора. Если сборочная единица соединена с основной схемой разъемом, то в последнем соединения и контакты земляного провода дублируются для увеличения большей надежности и меньшего переходного сопротивления. Главное достоинство способа – простота.
Наилучшие результаты дает сварной контакт. Получение надежного сварного контакта связано с техническими трудностями:
шина изготавливается из Cu или Al, приваривается к стальному контакту корпуса. Поэтому такое соединение сваркой цветных и черных металлов возможно при использовании холодной сварки давлением, для чего требуется специальное оборудование.
при механическом заземлении земли шины необходимо использовать винты номиналом не менее М4 для обеспечения давления между соединенными деталями не менее 2000-2500 Н/см2, что приводит к уменьшению входного контактного сопротивления, которое не должно быть больше несколько десятков мкОм.
Для образования разборных контактных соединений применяются шины с наконечниками. Два соединенных между собой наконечника плетенкой называется шиной. Переходное сопротивление между лепестком шины и зажима не должно превышать 40 мкОм.
27. Экранирование

Основная конструкторская задача – обеспечение экранирования частей конструкции от внешних и внутренних источников помех вблизи источника излучения электромагнитной энергии, на расстоянии меньше длинны волны, задача экранирования сводится к обеспечению экранирования по магнитной или по электрической составляющей.
При нахождении источника излучения на расстоянии меньше 5 длин волн защита оборудования от электромагнитных полей состоит в решении задачи экранирования от плоской волны, в которой энергия распределяется равномерно между электрической и магнитной составляющей.
Экран представляет собой металлическую перегородку, разделяющую две области пространства, предназначеной для регулирования и распределения электрических и магнитных полей от одной из этих областей к другой.
Эффективность экранирования – уменьшение напряженности магнитных и электрических полей, создаваемых экраном.

Напряженность определяется коэффициентом экранирования Кэ:
Для электрических полей: 13 EMBED Equation.3 1415
Для магнитных полей 13 EMBED Equation.3 1415,
Е0, H0 – напряженность падающей волны,
Е1,H1 – напряженность прошедшей волны.

Для электромагнитной волны, падающей на металлическую поверхность существует два вида потерь: на отражение и на поглощение.
Общий коэффициент экранирования
Кэ(=Кпогл+Котр
Коэффициент поглощения для плоских полей:
13 EMBED Equation.3 1415,
S – толщина экрана (мм),
f – частота поля (Гц),
(отн – относительная электропроводность,
13 EMBED Equation.3 1415

В отличие от потерь на поглощение, потери на экранирование зависят от вида поля.
Коэффициент электрического поля
13 EMBED Equation.3 1415
r - расстояние от источника до экрана,
Zэ – полное сопротивление экрана.
13 EMBED Equation.3 1415,
( - относительная магнитная проницаемость материала экрана.
Коэффициент отражения магнитной проницаемости
13 EMBED Equation.3 1415

Магнитное поле труднее поддается экранированию, чем электрическое. Для защиты от электрических полей применяются экраны из материала с хорошей электропроводностью, а для защиты от магнитных полей – экраны из магнитных материалов.
В нашем случае предполагается, что экран сплошной и не имеет стыков или отверстий, но в реальности это не так и имеют место утечки электромагнитного поля. Соединение экрана, выполненное сварным швом обеспечивает максимально хорошее экранирование. В клепаных и винтовых соединениях образуются щели, через которые утекает энергия. Поэтому шаг установки винтов или заклепок делают минимальным.

28. Элементы коммутации

Делятся на электромонтаж и элементы электрических соединений.
Электромонтаж по виду можно разделить на плоский (печатные платы, ленточные провода), объемный (кабели, жгуты). Все электрические соединения можно поделить на разъемные (вилка-розетка) и не разъемные (пайка, сварка, накрутка).

Ленточные провода и кабели применяются в промышленности и существенно снижают трудоемкость сборочно-монтажных работ, уменьшая массу и объем РЭА и позволяет осуществить монтаж в трех плоскостях за счет возможности скручивания и изгиба. В ленточных проводах в качестве жилы используют сплющенную медную проволоку, для изоляции – полиамидная фторопластная пленка.

Монтаж. Для электромонтажа РЭА применяются гибкие монтажные провода, выполненные из тонких луженых медных проводников, скрученных в одну жилу. Отдельные жилы или все жилы кабеля могут быть экранированными. Все близко расположенные провода укладываются в жгут.
Монтажный провод крепится так, чтобы он не был, натянут и на каждом припаянном конце делается запас (петля) для не менее 2-х перепаек. Переход проводов или жгутов из неподвижных плоскостей конструкции на подвижные осуществляется за счет гибких проводников с резервированием соответствующей длины. Отверстия, через который проводят магнитный провод либо в жгут в металлических частях конструкции обязательно обрезиниваются.

Неразъемные электрические соединения.
Постоянные, выполненные сваркой,
Полупостоянные, выполнненые пайкой (скруткой).
Сварка – самый надежный вид электромонтажа. Пайка – самый распространенный. Накрутка – метод монтажа проводов, при котором провод, предназначенный для соединения, накручивают предварительным натягом на стержень прямоугольного сечения (контакта).
В процессе накрутки ребра контактов вдавливаются в монтажный провод, что приводит к пластической деформации контактов. В качестве материала контакта используют сплавы меди, бронзы, латуни. Такие контакты допускают 3-х кратную заделку провода. Сам монтажный провод вторичной заделке не подлежит.

Виды электромонтажа накруткой
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Накручиваемая часть накручивается без изоляции
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Накручиваемая часть накручивается без изоляции, но контакт подвержен большим механическим усилиям
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Бандажирование



1. Накручиваемая часть накручивается на контакт без изоляции и используется в РЭА. Не подвержена большим механическим нагрузкам в процессе работы.
2. Монтажный провод накручивается без изоляции, но в 2-а витка, применяется в конструкциях с большими механическими нагрузками.
3. Бандажирование – монтажный провод изгибается на 90( и соединяется с выводом элемента, не допускающем накрутки со штырем. Применяется в трудно доступных местах.
Инструмент для накрутки – инструмент пистолетного типа с курковым включателем. Время накрутки 2.5 сек.

Недостатки метода бандажа и метода накруткой:
Паяные соединения занимают меньше места, чем соединения накруткой
Необходимо специальное технологическое оборудование
Количество соединений ограничено.

Преимущества:
Хорошо поддается автоматизации, удобен в труднодоступных местах.

Разъемные электросоеденители. Осуществляются посредством электросоеденителей и дает возможность быстро заменить секции при наладке и эксплуатации. Выбирают по схемотехническим показателям. Разрабатывается специальным способом, не допускающим различные возможности вруба. Существуют прямые и Г-образные.

29. Критерий выбора вида электромонтажа

Эффективная реализация схемотехники существенно зависит не только от способов конструкторского воплощения, но и от правильного выбранного вида электромонтажа. Правильно выбранный электромонтаж обладает высокой надежностью, электромагнитной совместимостью, обеспечивает устойчивость работы и способствует быстрому обнаружению неисправности.

Виды электромонтажа:
Плоский (кросс платы)
Объемный (жгутовой, накруткой)
Комбинированный (кросс-платовый жгутовой).

На основании обобщения опыта конструирования по выбору вида электромонтажа можно разбить все требования предъявляемые к виду электромонтажа по смыслу, степени значимости, уровню приоритета на 3 группы:
Функционально-схемотехнические, предъявляемые конструктором-схемотехником (определяющий фактор – электромагнитная совместимость)
Конструкторско-технологические, предъявляемые конструктором и технологом.
Производственно-экономические, определяемые видом производства.

30. Функционально-схемотехнические

Основным видом требования является электромагнитная совместимость.
Существует 2 случая:
Для аналоговых, цифровых и аналого-цифровых систем связи. Для цифровых систем связи основным критерием выбора вида электромонтажа является иерархический уровень конкретной системы, которая определяется ее пропускной способностью (скорость передачи). Выбор делается исходя из конкретного оборудования, входящего в систему. Для оборудования первичных, вторичных систем связи может быть определен кросс-платный и комбинированный способ электромонтажа. Выбор между этими способами зависит от характера ввода внешних цепей (для подключения).
Для оборудования третичных систем предпочтителен комбинированный способ при организации в секции внешнего ввода. Для четверичных систем возможен комбинированный, либо жгутовой электромонтаж.
Комбинированный возможен если часть цепей внутреннего электромонтажа секции служат для передачи сигналов с частотой существенно ниже, чем в цепях, которые служат для передачи сигналов с характерными для четверичных систем с тактовыми частотами не меньше 140 МГц. Применение жгутового электромонтажа в четверичных системах связи вызваны необходимостью экранирования цепей, по которым передаются сигналы с тактовой частотой не меньше 100 МГц для обеспечения электроустойчивости сигнала.
Для существующих аналого-цифровых систем характерен комбинированный электромонтаж, вызванный необходимостью экранирования аналоговых систем от влияния цифровых. Следовательно, неизбежна установка жгута.
Эти причины вызывают необходимость использования комбинированного электромонтажа при установке в секцию других видов аналогово-цифрового оборудования.
В аналоговых системах применение кросс-платного электромонтажа возможно, если полоса их сигналов не превышает 100 - 300 МГц. При более широкой полосе частот необходимо применять комбинированный или жгутовой электромонтаж для защиты сигнальных цепей от электромагнитных переходов.
Вопрос о выборе конкретного электромонтажа исходя из функционально-технических требований решается на стадии разработки методом экспертных сценок.
31. Конструкторско-технологические требования

Анализируя требования, предъявляемые к выбору вида электромонтажа такие как:
возможность автоматизации проектирования и изготовления,
высокий уровень конструктивно-технологической унификации (похожести предыдущей разработки на последующую),
применение прогрессивных технологий,
ремонтопригодность,
серийно способность с конструктивно-технологической точки зрения предпочтителен кросс платный метод электромонтажа. На выбор вида электромонтажа влияет способ организации ввода внешних цепей в секцию, который может быть решен по-разному, например, организация ввода внешних цепей посредством коммутационных плат-секций, через электросоединители, расположенные с лицевой стороны предусматривает кросс-платный метод монтажа.
Организация ввода внешних цепей через кабельную шахту стойки, предусматривает жгутовой, либо комбинированный вид электромонтажа.

32. Производственно-экономические требования

Основным параметром, определяющим специфику выбора вида электромонтажа по этой группе требований, отличает серийность проектируемой аппаратуры. В единичном опытном производстве, когда трудоёмкость проектирования превалирует над трудоёмкостью изготовления, рационален жгутовой вид электромонтажа, т.к. трудоёмкость изготовления жгута и объем подготовки производства меньше, чем тоже самое при кросс-платном электромонтаже.
В серийном производстве, когда в себестоимости единицы продукции сумма затрат на изготовление превышает затраты на проектирование, предпочтительнее кросс-платный метод электромонтажа, т.к. на этапе серийного производства единичная кросс-плата обычно дешевле единичного жгута.

Аналитические зависимости для расчета среднего числа задействованных контактов электросоединителей.
Исходный материал – выборка значений количества задействованных контактов электросоединителей секции с различным видом электромонтажа и суммарного числа контактов электросоединителей, устанавливаемых в секции.
Задействованное число контактов:
Для секций с кросс-платным видом электромонтажа:
КЗ = 0,49 К0 + 8
Для секций со жгутовым соединением:
КЗ = 0,87 Ко – 53
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
1 – объединяет статистические точки для секций, имеющих кросс-платный вид электромонтажа.
2 – объединяет точки для секций с комбинированным видом электромонтажа.
3 – объединяет точки секций со жгутовым видом электромонтажа.

33. Обеспечение заданных параметров ЭМС при конструировании РЭА

В условиях интенсивного развития современных систем связи, главными особенностями которого является повышение плотности печатного и объемного элеткромонтажа, снижение напряжения питания, расширение диапазона рабочих частот, актуальной становится задача обеспечения ЭМС функциональных устройств на всех уровнях схемотехнической и конструктивной иерархии РЭА.
ЭМС – способность РЭА одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации требуемым качеством, при воздействии на неё не преднамеренных радиопомех, и не создавать не допустимых радиопомех других РЭА.

ЭМС связано со статической и динамической помехоустойчивостью.
Статические помехи характеризуются: постоянной амплитудой в течении всего времени, прерывающего длительность переходного процесса переключения функционального узла.
Источник – падения напряжения на печатных проводниках и шинах соединяющих отдельные функциональные узлы.

Динамическая помехоустойчивость зависит от длительности, амплитуды и формы помехи. Повышение помехоустойчивости РЭА возможно за счет схемного и конструктивного совершенствования узлов и внедрения рациональных методов конструирования блоков и секций.

1-ое направление связано с совершенствованием конструирования технологии ИЭТ.
2-ое объединяет методы конструирования межсоединений, электромонтажа, компоновки РЭА на платах, блоках, секциях.

В основе конструктивного метода лежат требования рациональной разводки печатной платы с учетом помехоустойчивости применяемых ИЭТ. Критерий ЭМС ИЭТ характеризуется 2 параметрами:
дополнительным значением Сj доп
параметром взаимоиндукции Мj доп между проводниками при различных вариантах их расположения в коммутационных слоях печатной платы.

Печатные проводники, шины питания и заземления при строгом геометрическом расположении на одной или нескольких плоскостях печатной платы образуют конструктивные конденсаторы и обмотки, обладающие ёмкостными и индуктивными параметрами и приводящие к образованию паразитных связей на печатной плате.
Паразитные связи являются источниками внутренних помех при работе функциональных узлов РЭА.
Паразитные связи на печатной плате могут достигать больших значений при совместном действии ёмкостных и индуктивных составляющих помех, которые приводят к нарушению функционирования узла. Значения ёмкостной и индуктивной составляющей зависят от величины конструктивной паразитной ёмкости между проводниками и паразитной взаимоиндукцией между ними.

Паразитная емкость между печатными проводниками, лежащими в одном слое:
СПАР = СПОГ ( lП ij
lП ij – длина взаимного перекрытия проводников, лежащих в одном шаге
СПОГ – погонная емкость проводника

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
СПОГ = КП ( (’
КП – коэффициент пропорциональности [пФ/см], который учитыват параметры печатной платы, расстояние между проводниками, ширину печатных дорожек.
(’ – действующая диэлектрическая проницаемость среды для проводников, расположенных на поверхности платы:
13 EMBED Equation.3 1415
(0 – воздуха (0 = 1
( - платы ( = 4
(’ = 2,5 – для проводников, лежащих в разных слоях.
(’ = 0,5 – для проводников, лежащих в одном слое
в случае, если плата покрыта лаком, 13 EMBED Equation.3 1415
(Л – лака

34. Зависимость коэффициента пропорциональности Кп от соотношения параметров печатной платы

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
S1, S2 – расстояние между проводниками
W1, W2 – ширина проводников
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

W1 = W2

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
13 EMBED Equation.3 1415

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

W1 = W2

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
13 EMBED Equation.3 1415


С использованием графика определяем КП, затем находим СПОГ.
Определяем lП для определения СПАР:
СПАР = 0,075 ( lП
КП = 0,15 для проводников, лежащих на одной поверхности печатной платы.

СПАР = 0,5 ( lП
Для проводников, лежащих на разных сторонах платы.

Т.о. определить, что к основным исходным данным определяющим возможность требования ЭМС относятся эмпирические оценки максимальной длины перекрытия располагаемых рядом проводников при различных видах электромонтажа РЭА.

Поэтому важной задачей является получение статистически обоснованных и простых зависимостей для определения максимальной длины lП для печатного и проводного электромонтажа. На основе сбора и обработки статистического материала причём статистические ряды были упорядочены для различных видов электромонтажа и уровней конструкторской иерархии РЭА, получены простые аналитические зависимости, позволяющие рассчитать значение lП, взятые из статистических рядов и размером наибольшей из сторон печатной платы (L), кросс-платы или максимальной длины кабельного канала (LК).
для электромонтажа ИЭТ на печатной плате
lП ( 0,58 L.
L – сторона печатной платы, вдоль которой ориентированы проводники.
Эта формула работает при расстановке и монтаже ПП.
Для электромонтажа соединителей на кросс-плате
LП ( 0,69 LКП
LКП – длина кросс-платы
Для проводного электромонтажа секций в стойках
LП ( 0,78 LК
LК – длина наибольшего канала стойки (высота стойки). Применяется для расчета длины взаимного перекрытия проводного электромонтажа межсекционных соединений.

35. Теплофизическое конструирование
Подавляющее большинство РЭА лишь небольшую долю потребленную от источника питания энергии выделяют в виде полезной энергии сигналов. Остальная часть преобразуется в тепловую энергию, которая выделяется в окружающую среду.
Общий температурный фон РЭА определяется удельной мощностью тепловыделения и плотностью теплового потока, проходящего сквозь устройства.
Широкое применение ИС позволило увеличить плотность компоновки и уменьшить объем, что привело к увеличению удельной мощности рассеяния и повышению температуры внутри РЭА. Для снижения температуры необходимо принимать дополнительные меры к ее охлаждению.
Охлаждение РЭА – процесс отвода и переноса тепла от элементов РЭА в среде, температура которой постоянна или поддержание в необходимых пределах с целью термостабилизации РЭА.
Тепловой режим РЭА – пространственно-временное распределение температуры в РЭА, соответствуем определенным пространственно-временному распределению тепловыделения.
Разработчика РЭА интересует не тепловой режим вообще, а нормальный тепловой режим. Тепловой режим элемента считают нормальным, если соблюдается:
Температура элемента находится в пределах определенных паспортом или техническим условием на него, не зависимо от изменения окружающей температуры – это обязательное требование.
Температура элемента должна быть такая, чтобы обеспечивалась его работа с заданной надежностью – это требование специально оговаривается в техническом задании на аппаратуру.
Тепловой режим аппаратуры является нормальным, если обеспечивается нормальный тепловой режим всех элементов без исключения. Вся система охлаждения, используемая в РЭА, по виду теплоносителя делят на воздушные, жидкостные и испарительные.
Наибольшая интенсивность передачи тепла у испарительных, в которых охлаждение происходит за счет изменения агрегатного состояния – это системы принудительного и естественного охлаждения.
Основная доля переноса тепла происходит за счет конвекции.
Применение принудительного охлаждения приводит к усложнению системы. Необходимо стремиться к естественному охлаждению, принимая все меры и интенсификации передаваемого тепла и другим частям конструкции.
Конструкции РЭА при нормальных условиях и охлаждении 70% отводится за счет конвекции, 20% - за счет излучения, 10% - за счет теплопроводности.
По тепловому режиму блоки и узлы РЭА делят на теплоногруженные и нетеплонагруженные.
Оценка тепловой нагрузки происходит по тепловому потоку через единицу поверхности. Тепловая нагрузка менее 0,05 Вт/см2 считается малой, а более 0,05 Вт/см2 – большой.
В блоках с малой тепловой нагрузкой, при естественной конвекции температура среды внутренних объемов не больше температуры окружающей среды более чем на 30(.
Теплонагруженные блоки требуют принудительного охлаждения, вид и способ которого зависит от плотности теплового потока.
Системы естественного воздушного охлаждения позволяют отводить тепловые потоки плотностью не более 0,2 Вт/см2, принудительного – до 1 Вт/см2, жидкостного – до 20 Вт/см2, испарительного – до 200 Вт/см2.

36. Основные приемы, позволяющие снизить температурный фон в блоке при естественном воздушном охлаждении
Конструкция должна отвечать требованиям:
Обеспечение хорошего обтекания холодным воздухом всех элементов конструкции, особенно теплонагруженные.
Теплочувствительные элементы должны располагаться ближе к стенкам блока
Теплочувствительные элементы должны защищаться от обтекания нагретым воздухом
При воздействии лучистой энергии теплочувствительные элементы должны защищаться экраном.
Элементы должны иметь хорошие теплоконтакты с узлами.
37. Предварительная оценка тепловой нагрузки

Рассмотрим стойку с секциями и блоками. Предварительная оценка – по диаграмме. По оси абцисс – мощность на единицу поверхности, по оси ординат - 13 EMBED Equation.3 1415:
Если мощность рассеяния и рассеиваемая мощность в блоках примерно равны, т.е. разница не больше 15%, то удельная мощность (РУД):
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - суммарная мощность источника тепла внутри стойки
L1, L2, L3 – габаритные размеры стойки.
Если мощность распределена между блоками неравномерно, т.е. разница больше 15%, то
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - максимальная тепловая мощность наиболее нагруженного блока.
Hi – высота блока
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Если точка находится в 1 области, возможна пылезащитная или герметичная конструкция функционального узла. Если во 2 области – возможно испытание перфорированных кожухов, если в 3 области – используется принудительное охлаждение.


38. Обеспечение механической прочности конструкций РЭА

В процессе эксплуатации большинство видов РЭА подвергается механическому воздействию, характер и интенсивность которого могут быть разнообразны в зависимости от источника воздействия и их располагают относительно аппаратуры.

Наиболее распространены виды механических воздействий:
Линейные ускорения характерны для любого вида аппаратуры, которая движется с переменной скоростью на определенном носителе. Влияние линейного ускорения на детали конструкции обусловлены инерционные силы, которые больше силы тяжести.
Вибрация – механические колебания элементов аппаратуры или конструкций. Могут быть периодические и случайные.
Удары возникают при транспортировке, эксплуатации, ударной волны.

В процессе эксплуатации нагрузки к элементам РЭА прикладывается в течение короткого промежутка времени (, вследствие этого возникающие ускорения могут достигать больших значений и вызвать повреждение аппаратуры.
Интенсивность ударного воздействия зависит от формы, амплитуды и длительности импульса.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Форма ударного импульса (а(t)) – зависимость ударного ускорения от времени.

Амплитуда импульса (Нmax) – максимальное значение ударного ускорения.

Длительность (() – время действия удара.

Н, а(t) и ( задают для расчета ударных воздействий и конструирования средств защиты.
При периодическом приложении ударных импульсов к блоку РЭА на упругих опорах происходит колебательное движение. Отсюда возникает необходимость защиты от вибрации.
Прочность (вибро и ударо) к воздействию механических факторов – способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах нормы, установленных стандартом после воздействия механических факторов.
Устойчивость (вибро и ударо) – способность изделия выполнять заданные функции и сохранять свои параметры в пределах норм, установленных стандартами во время воздействия механических факторов.
В процессе разработки и производства РЭА необходимо определить ее вибро и удароустойчивость в лабораторных условиях.
Для этого применяют специальное оборудование – «виброударостенды».
В зависимости от физической основы возникающих в результате воздействия механических нагрузок нарушения повреждения, влияющие на устойчивость РЭА, их можно объединить в группы.
Деформация в активных и пассивных функциональных элементах в цепи, приводит к изменению параметров этих элементов
Нарушение электрического контакта в разъемных и неразъемных соединениях, приводящие к изменению сопротивления в паре контакт-гнездо.
Наводка и изменение параметров электрического, магнитного и электромагнитного полей.

39. Способы защиты РЭА от механических воздействий

Изменение соотношения между частотными возмущения и собственной частотой конструкции (резонансная отстройка).
Демпфирование колебаний
Введение в состав конструкции РЭА амортизаторов с целью придания вибро и ударо изоляции аппаратуры.
Выбор способа зависит от вида воздействия и характера возмущающих сил, от частотного диапазона возмущений и от конструктивных особенностей аппаратуры.

Резонансная отстройка

Получила наибольшее применение. Направлена на уменьшение или устранение резонансных колебаний.
При низкочастотных воздействиях применяется способ, заключающийся в смещении спектра собственных частот колебаний конструкций за верхнюю границу частот возмущения. Для устранения резонансных колебаний необходимо, чтобы 1-я собственная частота колебаний была бы более чем на октаву выше максимальной частоты возмущающих колебаний. Это достигается изменением способа крепления конструкции и постановкой дополнительных опор.
Влиять на спектр собственных частот от колебаний можно изменением геометрических размеров плат, способов их крепления, материала, конфигурации и массы конструкции.
Наибольшее применение находит применение способов крепления, площади и толщины печатной платы и применение ребер жесткости, например, изменение собственного отражения печатной платы на ее жесткое защемление увеличивает собственную частоту колебаний в 1,8 раза.
Увеличение точек крепления плат повышает собственную частоту колебаний – изменение с 4 до 7 увеличивают собственную частоту в 3 раза.

Влияние площади и толщины печатной платы
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

С уменьшением площади печатной платы частота собственных колебаний уменьшается




Влияние толщины печатной платы
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Применение ребер жесткости

Ребра жесткости должны жестко крепиться винтами не только к плате, но и к опорам конструкции.
Ребра жесткости

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рамки жесткости

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


Частота собственных колебаний деталей типа печатной платы:
13 EMBED Equation.3 1415
КМ – покровочный коэффициент, если печатная плата или пластина выполнена не из стали.
13 EMBED Equation.3 1415
Е – модуль упругости применяемого материала (сталь)
( - плотность материала (сталь)
КВ – коэффициент, учитывающий неравномерность элементов, расположенных на печатной плате.
13 EMBED Equation.3 1415
QЭ, QП – масса элементов платы и масса платы
В – частотная постоянная (табличный параметр, зависит от способа крепления и соотношения сторон печатной платы).
( - толщина пластины платы
а – сторона платы

Демпфирование колебания

Один из путей уменьшения демпфирующих (гасящих колебания) свойств конструкции, т.е. повышение рассеяния энергии колебаний за счет сил трения.
Это достигается включением в конструкцию плат специальных демпфированных материалов, внутреннее трение которых в десятки или сотни раз больше, чем у обычных конструкционных материалов.
Преимущество – резонансные колебания могут быть снижены значительно при небольшом снижении массы и размеров конструкции. Применяют вибропоглощающий пенополиуретан.

Амортизаторы

Применяют для защиты РЭА от удара, амортизаторы отличаются от вида упругого элемента и от конструктивного исполнения. Это является следствием широкого диапазона эксплуатационных условий.
В этих условиях создание амортизирующих устройств для всех случаев жизни не возможно. Конструктор выбирает наилучшим способом вид амортизатора, максимально удовлетворяющего техническому заданию.
Требования:
Динамические обеспечивают надежную виброизоляцию по всем координатным осям в заданном диапазоне частот. Для перекрытия всего диапазона рабочих частот амортизаторы выполняются с различными частотными характеристиками. Частота собственных колебаний нагруженного амортизатора составляет 3 – 4 Гц для низкочастотных, 8 – 10 Гц для среднечастотных и 20 – 25 Гц для высокочастотных.
Климатические обеспечивают сохранение работоспособности в различных эксплуатационных условиях. Требования: удобство в монтаже и креплении и должны иметь срок непрерывной работы более 2000 часов.
Конструктивные

В конструкцию амортизатора входят детали и узлы, обеспечивающие демпфирование (управляющий элемент) и в зависимости от упругого элемента и способа демпфирования амортизаторы делят на:
Резинометаллические (группы АП, АР, АН)
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Пружинные с воздушным демпфированием (группа АД)
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Пружинные с фрекционным демпфированием
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Цельнометаллические со структурным демпфированием (группа АЦП)
Управляющим элементом является подушка, отформованная из тонкой стальной спирали.
Выбор амортизатора производится исходя из допустимой нагрузки и предельных значений параметров, характеризующих условия эксплуатации. К ним относят:
Температуру окружающей среды
Влажность
Механические нагрузки
Выбор схемы расположения амортизатора зависит от распределения аппаратуры на объекте – носителе и условий динамического воздействия.
Для расчета амортизационной системы необходимо:
Параметры механических воздействий на носители:
Диапазон частот, возмущающих колебания
Уровень, форма и длительность ударных импульсов
Высота возможного падения аппаратуры на некоторые основание.
Параметры внешней среды
Предельная температура окружающей среды
Температура и время пребывания РЭА при максимальной относительной влажности
Диапазон изменения давления
Срок эксплуатации и хранения
Срок транспортировки
Конструктивные параметры аппаратуры
Момент инерции
Точка и положение центра масс
Допустимые динамические воздействия на РЭА
Амплитуда
Перемещение
Ускорение
Статические и динамические характеристики амортизаторов

При решении задачи не все перечисленные параметры могут быть необходимы или известны. Число параметров определяется в зависимости от условий конкретной задачи и требований технического задания.

40. Необслуживаемые регенерационные пункты (НРП)

Для усиления и восстановления формы сигнала, проходящего по кабелю благодаря блокам линейных регенераторов, которые установлены в НРП. НРП устанавливаются в колодцах ГТС, в нишах и подвалах зданий.

В состав НРП входит:
Блоки линейных регенераторов (блок РЛ)
Блоки контроля линейных регенераторов (КР)
Датчики понижения давления (СПД), которые срабатывают, если избыточное давление внутри корпуса меньше допустимого (избыточное давление 0,5 атмосфер)
Датчики открывания люка – при открытии крышки люка происходит автоматическое обесточивание
Датчики появления воды – поплавок в днище всплывает и обесточивает.

Также содержит:
Устройство служебной связи – расположено на корпусе НРП, для прослушивания качества связи оператором без открывания крышки НРП.
Устройство водно-кабельное – для герметичного ввода кабеля в НРП.
Устройство коммутации воздуховодов – для коммутирования воздуха по выбранным направлениям.
13 TOC \o "1-1" \h \z \u 14
13 LINK \l "_Toc73292367" 141. Введение 13 PAGEREF _Toc73292367 \h 1411515
13 LINK \l "_Toc73292368" 142. История конструирования РЭА 13 PAGEREF _Toc73292368 \h 1421515
13 LINK \l "_Toc73292369" 143. Основные функции конструкций РЭА 13 PAGEREF _Toc73292369 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc73292370" 144. Конструктивно-технологические и эксплуатационные требования к конструкциям РЭА 13 PAGEREF _Toc73292370 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc73292371" 145. Основные виды конструкторских и технологических работ 13 PAGEREF _Toc73292371 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc73292372" 146. Интенсификация интеллектуального процесса поиска конструкторских решений 13 PAGEREF _Toc73292372 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc73292373" 147. Иерархии конструкции РЭА (построение) 13 PAGEREF _Toc73292373 \h 1471515
13 LINK \l "_Toc73292374" 148. Печатные платы. 1-й иерархический уровень 13 PAGEREF _Toc73292374 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc73292375" 149. Геометрия печатной платы 13 PAGEREF _Toc73292375 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc73292376" 1410. Классы точности печатных плат 13 PAGEREF _Toc73292376 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc73292377" 1411. Требования по размещению и установке ИЭТ на печатной плате 13 PAGEREF _Toc73292377 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc73292378" 1412. Методика расчета шагов установки ИЭТ на печатной плате 13 PAGEREF _Toc73292378 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc73292379" 1413. Структурная схема алгоритма параметрического синтеза оптимальной коммутационной платы 13 PAGEREF _Toc73292379 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc73292380" 1414. Блок 13 PAGEREF _Toc73292380 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc73292381" 1415. Блок с кожухом 13 PAGEREF _Toc73292381 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc73292382" 1416. Герметизация блоков 13 PAGEREF _Toc73292382 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292383" 1417. Конструирование секций (модулей 2-го уровня) 13 PAGEREF _Toc73292383 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292384" 1418. Геометрическая модель секции 13 PAGEREF _Toc73292384 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292385" 1419. Варианты компоновки секций 13 PAGEREF _Toc73292385 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292386" 1420. Конструирование стоек (модули 3-го уровня) 13 PAGEREF _Toc73292386 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292387" 1421. Геометрическая модель стойки 13 PAGEREF _Toc73292387 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292388" 1422. Методика определения размеров кабельных шахт 13 PAGEREF _Toc73292388 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292389" 1423. Конструирование пультов и постов управления 13 PAGEREF _Toc73292389 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292390" 1424. Зоны досягаемости рук и зоны обзора оператора, работающего в положении сидя 13 PAGEREF _Toc73292390 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292391" 1425. Подсвечивающие устройства 13 PAGEREF _Toc73292391 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292392" 1426. Элементы заземления и экранирования 13 PAGEREF _Toc73292392 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292393" 1427. Экранирование 13 PAGEREF _Toc73292393 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292394" 1428. Элементы коммутации 13 PAGEREF _Toc73292394 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292395" 1429. Критерий выбора вида электромонтажа 13 PAGEREF _Toc73292395 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292396" 1430. Функционально-схемотехнические 13 PAGEREF _Toc73292396 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292397" 1431. Конструкторско-технологические требования 13 PAGEREF _Toc73292397 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292398" 1432. Производственно-экономические требования 13 PAGEREF _Toc73292398 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292399" 1433. Обеспечение заданных параметров ЭМС при конструировании РЭА 13 PAGEREF _Toc73292399 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292400" 1434. Зависимость коэффициента пропорциональности Кп от соотношения параметров печатной платы 13 PAGEREF _Toc73292400 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292401" 1435. Теплофизическое конструирование 13 PAGEREF _Toc73292401 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292402" 1436. Основные приемы, позволяющие снизить температурный фон в блоке при естественном воздушном охлаждении 13 PAGEREF _Toc73292402 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292403" 1437. Предварительная оценка тепловой нагрузки 13 PAGEREF _Toc73292403 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292404" 1438. Обеспечение механической прочности конструкций РЭА 13 PAGEREF _Toc73292404 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292405" 1439. Способы защиты РЭА от механических воздействий 13 PAGEREF _Toc73292405 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc73292406" 1440. Необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) 13 PAGEREF _Toc73292406 \h 1415151515
13 PAGE 141815




W2

W1

4

3

2

1

13 EMBED Equation.3 1415

0,2

0,1

0,2

0,3

0,4

КП
пФ/см



3

2

1

РУД

400

Тепловая канавка

Плата

Лицевая панель

проволока

прокладка

болт

Лицевая панель

Корпус

Герметик

Прокладка

Лицевая панель

Герметик

Эл. соединитель

НБЛР

ХП

Монтажная зона

Эл.соединители

Траверса задняя

Направляющая

Траверса передняя





Y2



ХСТ

Y1

ХМ’

ХМ

Хсоед

ХП

Х1

НБЛФ

Х2

Х3

ВС

BK

AK

dq

Изоляция

Изоляция

КЗ

КОБЩ (К0)

1

2

3

S1

W2

W1

S1

W2

W1

S2

W2

W1

S2

100

10

40

(ДОП

t

(

a(t)

Hmax

f

S

f

Н

конструкция

Плата

yпл

yмп

y1

ty

ly

xпл

xмп

x2

x1

tx

lx

направляющая

сухарь

Кабельная шахта

Боковая стенка

Задняя обшивка

Боковая стенка
секции

Ак

Вх

n ( НСР

НСТ

(1

В1

(3

ВСТ

ВС

(2

НС Ф

НС Р

Нн



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 14663785
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий