Обеспечение технических требований

 

3.1 Обеспечение эксплуатационных требований

 

Прибор выполнен в форме параллелепипеда. Размеры изделия соизмеримы с его функциональным назначением. Цвет прибора черный. Корпус изготовлен из полистирола, закрывается снизу крышкой.

Конструкция обеспечивает удобство пользования усилителем с точки зрения средне статистического пользователя. Согласно условиям ТЗ разработанный усилитель мощности является возимой аппаратурой и принадлежит к II группе эксплуатации, т.е. аппаратура работающая в транспортных средствах.

В целом, к прибору выдвинуты жесткие требования. При эксплуатации устройства в заданных условиях, применение мер по обеспечению защиты от влаги, в частности применение герметичного корпуса – не оправданно.

В конструкции данного устройства применяется стандартная ЭРЭ, имеющая влагозощитное покрытие и с низкой интенсивностью отказов, которая обеспечивает надежную работоспособность устройства на протяжении гарантированного срока службы при воздействии на него неблагоприятных климатических факторов.

Плата усилителя выполнены из стеклотекстолита, применение которого в заданных условиях приемлемо. Во избежание коротких замыканий печатных проводников на плате используется запас расстояния в максимально нагруженных местах платы.

Материал корпуса – ударопрочный полистирол, который предотвращает выход из строя усилителя при воздействии механических нагрузок. Крышка соединяется с корпусом с помощью резьбового соединения. Форма печатной платы приближена к квадратной, крепление платы осуществляется в четырех точках. ЭРЭ крепятся на плате при помощи пайки. Крупногабаритные элементы на плате отсутствуют. Для предотвращения повреждения при транспортировке предусматривается стопорение винтов и гаек также должна быть предусмотрена специальная тара для прибора.

Данное устройство в отличие от его аналогов имеет малое энергопотребление. Это качество усилителя обуславливается применением в схеме электрической принципиальной ЭРЭ с малыми уровнями потребляемой мощности.

Питание прибора осуществляется от бортового источника питания автомобиля.

 

3.2 Обеспечение технологичности

 

Так как разрабатываемое изделие эксплуатируется в салоне автомобиля, для корпуса прибора выбрана литая конструкция из полистирола, который обладает хорошими эстетическими свойствами.

Использование литой конструкции при серийном типе производства очень выгодно, так как для данного типа производства она является высокотехнологичной. Данный тип формообразования имеет минимум отходов, что ведет в свою очередь к уменьшению затрат на их утилизацию. Кроме этого данный метод формообразования при серийном производстве является оптимальным и не требует больших затрат, а также достаточно хорошо отработан на производстве.

Конструкция корпуса сделана таким образом, что при снятии крышки имеется полный доступ ко всем элементам конструкции, это облегчает замену элементов при выходе их из строя. Это в свою очередь обеспечивает высокий уровень ремонтопригодности усилителя.

К оригинальным элементам конструкции относятся печатная плата корпус и крышка. Конфигурация оригинальных деталей проста, это приводит к их хорошей воспроизводимости. Плата изготавливается с помощью комбинированного метода, по типовому технологическому процессу, хорошо отработанному на производстве.

Для соединения деталей и сборочных единиц использовались шурупы и винты, т.е. резьбовые соединения. Резьбовые соединения характеризуются высокой надежностью и повышенной трудоемкостью, но их использование оправдано возможностью разборки изделия, т.е. повышает его ремонтопригодность. Стопорение механически нагруженных резьбовых соединений осуществляется с помощью краски.

В усилителе применена стандартная элементная база. Это в свою очередь дает возможность применять типовые технологические процессы по установке и пайке ЭРЭ.

Формовка выводов и установка радиоэлементов является стандартной по ОСТ 4ГО.010.030. Количество типоразмеров радиоэлементов сведено к минимуму.

Благодаря тому, что элементы устанавливаются на одной стороне платы, и как было сказано ранее, применена стандартная элементная база, для установки и пайки ЭРЭ используются автоматизированные системы, хорошо отработанные на производстве. Таким образом, можно использовать групповую пайку, в частности пайку волной, установку элементов осуществлять путем использования специализированных автоматов. Это в свою очередь уменьшит затраты времени, финансовые и трудовые ресурсы на производство данного изделия при серийном типе производства.

Обеспечение теплового режима осуществляется путем применения для нагруженных элементов радиатора. Тип радиатора выбран пластинчатый, так как он является наиболее технологичным, простым и дешевым в изготовлении, что очень важно в условиях серийного производства.

Сборка изделия осуществляется довольно просто и не требует дополнительных затрат на специальный инструмент и оборудование, так как все крепежные места – легкодоступны.

3.3 Обеспечение эстетики и эргономики

 

Корпус усилителя имеет форму параллелепипеда, которая является простой и выразительной. Во внешней отделке отсутствуют случайные детали – все то, что нарушает целостность формы.

Элементы крепежа утоплены в стенки корпуса ( винты и шурупы с потайной головкой ), таким образом не выступая за границы стенок корпуса и не нарушая его эстетической завершенности.

Орган управления усилителем мощности расположен таким образом, чтобы водитель мог эффективно управлять устройством, не допуская ошибок. Размеры органов управления соответствуют физиологическим возможностям среднестатистического человека (размер ручки регулировки громкости является оптимальной для "тонкой" регулировки уровня громкости).

Элементы соединения с электрооборудованием автомобиля вынесены на заднюю стенку усилителя, что не ухудшает эстетических свойств усилителя.

Для каждого элемента, расположенного на передней и задней панели, присутствуют соответствующие надписи, поясняющие его назначение. Цвет маркировки (белый) контрастирует с цветом корпуса, что облегчает ее считывание.

 

4. Обоснование выбора конструкции

 

Поиск вариантов конструкции изделия производят, отправляясь от аналога (аналогов) и двигаясь в направлении их доработки и улучшения с тем, чтобы обеспечить выполнение поставленного задания. Кроме аналогов, применяемых в указанном выше смысле, широко используют частные аналоги — апробированные конструкции различных структурных уровней, которые не являются законченными изделиями. Следует четко представлять себе, что использование аналога не только облегчает труд конструктора, но и обеспечивает также преемственность и повышает объем применяемости со всеми вытекающими отсюда преимуществами.

Проработка варианта конструкторского решения изделия включает выбор типа конструкции изделия, выбор типа несущей конструкции (НК), выбор и обоснование средств обеспечения надежности и малогабаритности, выбор и обоснование средств защиты от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов. При этом должны быть рассмотрены и обеспечены требования ТЗ по технологическим показателям, эргономике и технической эстетике. Глубина проработки должна быть достаточной для сопоставления анализируемых вариантов.

В процессе разработки изделия под названием усилитель мощности автомобильный было исследовано несколько типов корпусов, которые показаны на рис. 4.1. Рассмотрены различные виды корпуса, с точки зрения его установки в салоне автомобиля.

При выборе конструкции необходимо стремится к компактности, удобству эксплуатации и презентабельному виду прибора.

Вариант исполнения корпуса изделия представленный на рисунке 4.1а имеет не очень удачную конструкцию, так как крепление усилителя производится всего в двух точках, что является неприемлемым при эксплуатации прибора на транспортном средстве. Также данное расположение крепежных элементов требует специальной доработки салона автомобиля.

Вариант исполнения корпуса изделия представленный на рисунке 4.1б устраняет некоторые недостатки присущие предыдущему варианту корпуса, но он также имеет ряд недостатков. В данном случае крепление производится в четырех точках, но такое расположение крепежных элементов также требует специальной доработки салона автомобиля.

Вариант конструктивного решения представленный на рис. 4.1в лишен недостатков, характерных для ранее рассмотренных решений и подходит для данного случая. Этот вариант решения позволяет удобно разместить усилитель в специально предназначенном в салоне автомобиле месте, а также максимально использовать внутреннее пространство.

Корпус имеет форму параллелепипеда, который можно изготовить из полистирола. Так как тип производства данного устройства – крупносерийный, для корпуса прибора выбрана литая конструкция, которая в данных условиях производства является высокотехнологичной. Кроме этого данный метод отработан на производстве.

Орган управления расположен на передней панели прибора. Компоновка прибора сделана таким образом, чтобы обеспечить свободный доступ к элементам схемы при замене в случае выхода их из строя.

В результате анализа конструкций корпуса была выбрана последняя конструкция ( рисунок 4.1в), так как она имеет ряд преимуществ перед другими двумя конструкциями, описанными выше. Прибор скомпонован таким образом, что обеспечивается отличная ремонтопригодность прибора благодаря легкосъемной нижней крышке, а также форма корпуса соответствует всем требованиям эргономики и эстетики.

 

5. Описание конструкции

 

Усилитель мощности имеет форму параллелепипеда.

Прибор состоит из корпуса поз.1 и основания поз.2. Они изготовлены из ударопрочного полистирола и представляют собой две литые детали, которые соединяются между собой с помощью шурупов с потайной головкой поз. 15.

На верхней панели устройства расположены префорационные отверстия, предназначенные для обеспечения нормального теплового режима нагруженных элементов. Также на этой же панели расположены выступы с отверстиями ("ушки"), предназначенные для крепления усилителя в салоне автомобиля.

На передней панели корпуса расположен переменный резистор (R1) поз. 20, с помощью которого производится регулировка уровня громкости в широких пределах

На задней панели предусмотрены разъемы поз. 8,9, предназначенные для подключения входного и снятия выходного сигналов.

Для крепления печатной платы поз.5 и радиатора в сборе поз.6, используются шурупы и шайбы поз.13,14, которые вкручиваются в бобышки отлитые на основании.

Основная масса элементов крепится на печатной плате, за исключением двух мощных транзисторов, которые прикручиваются к пластинчатому радиатору.

Все органы регулировки и коммутации имеют соответствующие надписи.

 

6. Конструкторские расчеты

 

6.1 Расчет винта на срез

 

Расчет винтов на срез, которыми крепится плата к основанию, проводится с помощью программы EXCEL. Ход и методика расчета приведены в приложении А.

 

6.2 Расчет надежности

 

Расчет надежности проводится для того чтобы определить максимально возможную продолжительность работы часов с учетом времени работы его в течении суток. На основе этих результатов производитель решает, какую гарантию на данный прибор он может дать. Обычно производитель дает гарантию меньше того, сколько прибор может проработать. Это обусловлено тем, что производитель старается избежать гарантийного обслуживания, а значит и больших затрат на содержания сервисных отделов.

Методика расчета заключается в том чтобы, зная интенсивность отказа каждого конкретного элемента определить общую интенсивность отказа во всем устройстве.

Интенсивность отказа во всем устройстве вычисляется по формуле 6.1.

 

 (6.3)

 

где k – поправочный коэффициент;

m – число групп элементов;

n_i – число i-х элементов;

 - интенсивность отказа i-го элемента.

Затем проводится расчет среднего времени на один отказ Т, по формуле 6.2.

 

 (6.4)

 

Расчетные данные и результаты расчета заносятся в таблицу 6.1.

По результатам расчета строим график Р(t).

 

Наработка на отказ, T, ч	0	11938	23877б	35816	47755	59694	71633
Вероятность безотказной работы Р(t)	1,00	0,61	0,37	0,22	0,14	0,08	0,05

 

Рисунок 6.1- График Р(t).

 

Таблица 6.1-Результаты расчета наработки на отказ.

Элементы	Обозначение	Количество, n	li	lin
	элементов
К50-6	C5	3	5,60*10-7	1,68*10-6
К10-23	C1-C4,C6,C7	6	7,00*10-7	4,20*10-6
КД1407УД2	DA1	1	2,00*10-8	2,00*10-8
КД574УД1	DA2	1	2,00*10-8	2,00*10-8
КП	----	160	1,00*10-8	1,60*10-6
С2-23	R2-R36	35	2,00*10-8	7,00*10-7
КД512	VD1-VD4	4	1,20*10-8	4,80*10-8
KT3107	VT4,VT6,VT11	3	6,10*10-9	1,83*10-8
KT3117	VT9	1	6,10*10-9	6,10E-09
KT305	VT1,VT2	2	4,60*10-9	9,20E-09
KT3102	VT3,VT5,VT10,VT14	4	6,00*10-9	2,40*10-8
KT603	VT8	1	6,00*10-9	6,00*10-9
KT639	VT7	1	6,50*10-9	6,50*10-9
KT816,KT817	VT12,VT13	2	7,10*10-8	1,42*10-7
Лепестки	----	20	2,00*10-8	4,00*10-7
Пайка печатн.	----	140	1,50*10-7	2,10*10-5
Пайка объемн.	----	40	3,00*10-7	1,20*10-5
Интенсивность отказов, 				4,19*105
Наработка на отказ, T, ч				2,39*104
Наработка на отказ при 8-часовом рабочем дне в год, Тр , ч				2,98*103
Срок работы при восьмичасовом рабочем дне, Nлет, год				8,18

 

Как видно из расчетов при восьмичасовой работе прибор может работать около восьми лет. Это говорит о том, что прибор имеет довольно высокую надежность, что очень важно для РЭС. Стоит сказать, что прибор с такими показателями обязательно заинтересует потенциальных покупателей и займет не последнее место на рынке усилительной техники.

Выводы

 

В результате выполнения курсового проекта был разработан частичный комплект конструкторской документации на изготовление усилителя мощности. Так же были проведены расчеты винта на срез и надежности прибора. Данные расчета показывают, что устройство имеет довольно высокую надежность.

Для усилителя были обеспечены высокие эксплуатационные требования, высокая технологичность, удобство работы и презентабельный вид. Высокие значения данных показателей, обеспечили высокую надежность, удобство работы, приятный эстетический вид, простоту изготовления в условия крупносерийного производства, что позволяет говорить о низких затратах материальных, трудовых и энергетических ресурсов, что в конечном результате дает низкую стоимость усилителя мощности.

Все это позволяет говорить о высокой конкурентноспособности данного прибора на рынке бытовой техники, где требование к качеству, надежности и цене очень велико.

При разработке устройства были найдены достоинства и недостатки, проанализировав которые, можно сделать вывод, что данное устройство отвечает требованиям, предъявленным к нему, будет пользоваться спросом и может быть запущенно в производство.

 

Перечень ссылок

 

1. Журнал "Радиоаматор", 2002, №2 с. 42 – 43.

2. Методические указания к циклу лабораторных работ по курсу КРЭС "Системный анализ" для студентов всех форм обучения специальностей 7.091.002 и 7.091.701 /Составители: Перегрин Г.Р, Поспеева Е.И, Башмакова Л.И – Запорожье: ЗГТУ, 1997-36с.

3. Методические указания по расчету надежности РЭА в дипломных и курсовых проектах радиотехнических специальностей. – Запорожье: ЗГТУ, 1991. – 40с.

4. Гелль П.П, Иванов-Есепович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для ВУЗ-ов. – Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение. 1984. – 536с.

5. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования / Под ред. Р. Г. Варламова. – М.: Сов. радио, 1980. – с., ил.

6. Белинский В.Т., и др. Практическое пособие по учебному конструированию РЭА.- К.: Высшая школа, 1992 – 494с., ил.