Выводы и предложения по улучшению показателей надежности

Министерство образования и науки

СВПУ-ЭПО

 

Курсовая работа по предмету основы конструирования, технология изготовления и ремонт РЭА

на тему: Расчет надежности

(УМЗЧ мощностью 320 Вт на микросхеме STK4231)

 

 

Разработал учащийся гр№52

Криванич Е.А.

Руководитель: старший преподаватель

Усатенко Г.А.

 

 

Симферополь 2011 г.

 

Содержание

 

 

1.Теоретическая часть

Надежность РЭА

2.Элементная база

3.Принципиальная схема

4.Расчетная часть

График зависимости

5.Выводы и предложения по улучшению показателей надежности

6.Используемая литератур

 

 

Теоретическая часть

Надежность РЭА

Прогресс современной техники, высокие требования к точности, помехозащищенности, быстродействию привели к усложнению электронных узлов и блоков радиоаппаратуры и оборудования.

Усложнение аппаратуры резко снижает надежность современного радиоэлектронного оборудования. Низкая надежность приводит к тому, что стоимость эксплуатации такого оборудования в течение одного года превышает в несколько раз стоимость самого оборудования, что приводит к огромным экономическим потерям и резко снижает эффективность использования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Задача расчета надежности: определение показателей безотказности системы, состоящей из невосстанавливаемых элементов, по данным о надежности элементов и связях между ними.

Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Цель расчета надежности:

обосновать выбор того или иного конструктивного решения;

выяснить возможность и целесообразность резервирования;

выяснить, достижима ли требуемая надежность при существующей технологии разработки и производства.

Расчет надежности состоит из следующих этапов:

1. Определение состава рассчитываемых показателей надежности.

2. Составление (синтез) структурной логической схемы надежности (структуры системы), основанное на анализе функционирования системы (какие блоки включены, в чем состоит их работа, перечень свойств исправной системы и т. п.), и выбор метода расчета надежности.

3. Составление математической модели, связывающей рассчитываемые показатели системы с показателями надежности элементов.

4.Выполнение расчета, анализ полученных результатов, корректировка расчетной модели.

Состав рассчитываемых показателей:

Системы с невосстанавливаемыми элементами:

- средняя наработка до отказа (T0с);

- ВБР к заданной наработке Pс(t);

- ИО к заданной наработке с(t);

- ПРО к заданной наработке fс(t).

Системы с восстанавливаемыми элементами - T0с; Pс(t); коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности, параметр потока отказов.

Структура системы – логическая схема взаимодействия элементов, определяющая работоспособность системы или иначе графическое отображение элементов системы, позволяющее однозначно определить состояние системы (работоспособное/неработоспособное) по состоянию элементов.

По структуре системы могут быть:

· система без резервирования (основная система);

· системы с резервированием.

Для одних и тех же систем могут быть составлены различные структурные схемы надежности в зависимости от вида отказов элементов

Математическая модель надежности – формальные преобразования, позволяющие получить расчетные формулы.

Модели могут быть реализованы с помощью:

метода интегральных и дифференциальных уравнений;

на основе графа возможных состояний системы;

на основе логико-вероятностных методов;

на основе дедуктивного метода (дерево отказов).

Наиболее важным этапом расчета надежности является составление структуры системы и определение показателей надежности составляющих ее элементов.
1. Классифицируется понятие (вид) отказов, который существенным образом влияет на работоспособность системы.

2. В состав системы в виде отдельных элементов могут входить электрические соединения пайкой, сжатием или сваркой, а также другие соединения (штепсельные и пр.), поскольку на их долю приходится 10-50% общего числа отказов.

3.Имеется неполная информация о показателях надежности элементов, поэтому приходится либо интерполировать(Отыскание промежуточных значений какой-л. величины по некоторым известным ее значениям) показатели, либо использовать показатели аналогов.

Практически расчет надежности производится в несколько этапов:

1. На стадии составления технического задания на проектируемую систему, когда ее структура не определена, производится предварительная оценка надежности, исходя из априорной (непроверенной) информации о надежности близких по характеру систем и надежности комплектующих элементов.

2. Составляется структурная схема с показателями надежности элементов, заданными при нормальных (номинальных) условиях эксплуатации.

3. Окончательный (коэффициентный) расчет надежности проводится на стадии завершения технического проекта, когда произведена эксплуатация опытных образцов и известны все возможные условия эксплуатации. При этом корректируются показатели надежности элементов, часто в сторону их уменьшения, вносятся изменения в структуру – выбирается резервирование.

Под изделием понимается техническое устройство, его часть, деталь, блок, узел, агрегат.

Вероятность безотказной работы р(t) – вероятность того, что в заданном интервале времени t не произойдет ни одного отказа.

Вероятность отказа q(t) – вероятность того, что в заданном интервале времени t произойдет хотя бы один отказ.

Так как работоспособность и отказ являются несовместимыми событиями, то:

p(t)+q(t)=1

При экспериментальных исследованиях опытная вероятность безотказной работы p(t) (оценка вероятности) определяется из соотношения

p(t)=  , где

N – общее количество изделий одинакового типа при испытании на надежность;

n(t) – количество отказавших изделий на интервале времени t

Коэффициент нагрузки элемента К_н равен Н_л

К_н =  , где

Н и Н_д – соответственно электрическая нагрузка в реальном и допустимом номинальном (по техническим условиям) режимах. Коэффициент нагрузки либо рассчитывается, либо определяется экспериментально, путем замера режимов работы для реальной РЭА.

К основным определениям надежности относится:

Эксплуатация – совокупность различных фаз существование изделия, включая транспортировку, хранение использование по назначению, а так же техническое обслуживание и ремонт. Время начала эксплуатации начисляется с момента приемки изделия заказчика.

Эффективность использования – показатель, характеризующий степень полноты выполнения изделием своего назначения при оговоренных условиях эксплуатации.

Система – целое, составленное из частей множества изделий, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.

Элементы – неделимые части изделия, на которые его можно разделить при анализе надежности.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Сбой— самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

Работоспособность — это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданную функцию с параметрами, установленными требованиями технической документации, в течение расчётного срока службы. Свойство элемента или системы непрерывно сохранять работоспособность при определённых условиях эксплуатации (до первого отказа) называется безотказностью.

Безотказность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Срок службы — календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Ремонтопригодность — свойство объекта, приспособленность к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём технического обслуживания и ремонта.

Система, допускающая ремонт в процессе своей эксплуатации, называется восстанавливаемой. Некоторые системы в процессе выполнения своих функций в силу причин технического либо экономического характера проведение ремонтов не допускают.

Долговечность— свойство элемента или системы длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при определенных условиях эксплуатации.

Сохраняемость — свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

Живучесть — способность технического устройства, сооружения, средства или системы выполнять основные свои функции, несмотря на полученные повреждения.

Достоверность — несомненная верность приводимых сведений для воспринимающего их человека. Таким образом, достоверность — не то же самое, что истинность. Сведения могут является достоверными или недостоверными вообще, но для того, кто их воспринимает.

Ресурс — количественная мера возможности выполнения какой-либо деятельности; условия, позволяющие с помощью определённых преобразований получить желаемый результат.

Так как надежность определяется коэффициентом (К) нагрузки элементов, как по отдельности, так и их суммарным коэффициентом. Для каждого элемента коэффициент нагрузки характеризуется по определенным параметрам по мощности по току по напряжению и т.д.

Для резисторов, транзисторов, дросселей и трансформаторов коэффициент рассчитывается по мощности(P).

К_н =  , где

Р_д – Допустимая рассеиваемая резистором мощность по справочнику.

P – Фактическое значение на элементе.

Для конденсаторов он рассчитывается по напряжению(U).

К_н =  , где

U_д – Допустимое напряжение на конденсаторе по справочнику.

U – Фактическое напряжение на конденсаторе.

Для диодов, стабилитронов по току(I).

К_н =  , где

I_д – Выпрямленный допустимый ток

I – Фактический ток на элементе

Элементная база

Конденсаторы

 

Поз.	Тип	С,пкФ	U,В	%	Геометрические размеры	ТКЕ
С1,С5	К73-17	1мк	63	20	12*10	МП47
С2,С6	К50-20	5мк	25	20	6*20	МП47
С3,С8	К52-1	100мк	16	20	8,5*32	МП47
С4,С7	К52-11	47мк	50	20	12*30	МП47
С9,С10	К73-31	0,22мк	63	20	12*10	МП47
С11,С15,С23	К73-31	0,1мк	63	20	12*10	МП47
С12,С16,С24,С25	К50-68	100мк	63	20	25*40	МП47
С13,С17,С22	К50-29	47мк	63	20	17*30	МП47
С14	К73-14	0,01мк	63	20	12*10	МП47
С18	К50-35	10мк	25	20	6*20	МП47
С19	К50-20	5мк	16	20	4,5*18	МП47
С20,С21	К73-31	47пк	63	20	12*10	МП47

 

Резисторы

 

Поз.	Тип	Р,Вт	R,Ом	U,В	Геометрические размеры
R1,R2,R20	МЛТ	0,25	10к	250	6*2
R3,R7,R33	МЛТ	0,25	1к	250	6*2
R4,R12	МЛТ	0,25	56к	250	6*2
R5,R14	МЛТ	0,25	560	250	6*2
R6,R11	МЛТ	0,25	22к	250	6*2
R8	МЛТ	0,5	4,7к	350	6*2
R9,R15	МЛТ	0,25	4,7к	250	6*2
R10	МЛТ	0,25	100	250	6*2
R13	МЛТ	0,5	47к	350	9*3
R16,R17,R29,R30	С5	5	4,7	500	32*11
R18,R28	С5	5	0,2	500	32*11
R19,R24	МЛТ	0,25	220	250	6*2
R21	МЛТ	0,125	39к	200	6*2
R22,R31	МЛТ	1	1к	500	12*2
R23	МЛТ	0,125	150к	200	6*2
R25	МЛТ	0,5	1к	350	9*3
R26	МЛТ	0,5	100	350	9*3
R27	МЛТ	0,25	200	250	6*2
R32,R37	МЛТ	0,25	1,8к	250	6*2
R34	МЛТ	0,125	2к	200	6*2
R35,R36	МЛТ	0,25	39к	250	6*2
R38,R39	МЛТ	1	470	500	12*2

 

Транзисторы

 

Поз.	Тип	Uкб,В	Uкэ,В	Iк,А	Pк,Вт	Iкб0,мкА	Fгр,МГц
VT1,VT2	КТ502Е	90	80	150-350м	0,35	1мк	350
VT3	КТ850А	250	200	2-3	25	100мк	20
VT4	КТ851А	250	200	2-3	25	100мк	20

 

Диод

 

Поз.	Тип	Uоб,В	Iпр,А	Iоб,мкА	F,кГц
VD1-VD4	КД226А	100	2	10	50

 

Микросхемы

 

Поз.	Тип	Uн,В	Uвых,В	Kусил	Rв,Ом	Tус,МГц
DA1	К544УД1А	15	12	0,2мк	150пк	1

 

Поз.	Тип	Каналы	Pвых,Вт	Uвх,В	Uн,В	Rн,Ом
DA2	STK 4231-II	2	2*100	75	51	8

 

Поз.	Тип	Uвых,В	Iн,А	Uвх,В	%(U)	%(I)
DA3	7815	15	1,5	35	5	67
DA4	7915	-15	1,5	40	11	130

 

Катушки индуктивности

 

Поз.	Тип	d,мм	lн,мм
L1,L2		1	32

 

Принципиальная схема

Рис 2.1

Расчетная часть

Табл.4.1

№	Показатель	Формула расчета	Значимость	Kiζi	Примечания
1	Коэффициент использования ИМС и микросборок	Кисимс=	1	0	Нимс – кол-во микросхем Нэрэ – кол-во других навесных элементов
2	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа	Кам =	1	1	Нм – общее кол-во контактных соединений Нам – кол-во соединений выполняемых механизированным способом
3	Коэффициент механизации подготовки к монтажу	Кмп =	0.8	0,56	Нэрэ – общее кол-во навесных элементов Нмпэрэ – кол-во навесных элементов подготавливаемых механизированным способом
4	Коэффициент механизации контроля и настройки	Кмп =	0.5	0,25	Нкн – общее кол-во операций контроля Нмкн – механизированное кол-во операций контроля
5	Коэффициент повторяемости ЭРЭ	Кпов = 1-	0.3	0,12	Нт.эрэ – кол-во типоразмеров
6	Коэффициент применяемости	Кпэрэ = 1-	0.2	0,65	Нт.ор.эрэ – типоразмеры оригинальных ЭРЭ
7	Коэффициент прогрессивности формообразования	Кр =	0.1	0	Д- общее число деталей Дпр – кол-во прогрессивных деталей

 

Выводы и предложения по улучшению показателей надежности

 

Для повышения надежности можно установить теплоотводы на транзисторы VT2 и VT4. Транзистор VT1 можно заменить на (КТ502) с любым буквенном индексом или (КТ208(Ж-М),КТ3107(А,Б)).Транзистор VT2 можно заменить на отечественные (КТ817,КТ961Б,КТ8272Б) или зарубежный (BD135, BD137,BD139) или на любой другой аналогичной структуры с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее напряжения питания. Транзистор VT3 можно заменить на (2N2717,2N2712,2SC633) или можно попробовать заменить на(2SC2756-R;2SC2714-R;2SC2755-Y;2SC2756T23; 2SC2755-R;2SC2714-O;2SC2755;2SC2714-Y;2SC2756T24;2SC2756-O;). Транзистор VT4 можно заменить на зарубежные аналоги (KSE44H-11;KSE44H-10; ST411;ST410;2SC4131;2SC492;2SC768;2SD532;40312;2SD569-R) или на отечественные (КТ803А,КТ808А,КТ809А,КТ812,КТ819, КТ828,КТ829) или на любой мощный с допустимым током коллектора не менее 5А и допустимым напряжением коллектор-эмиттер больше напряжением питания. Входные диоды VD1-VD4 можно заменить на любые другие выпрямительные с допустимым током больше 5А и обратным напряжением не менее напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Светодиоды можно применить любого типа. Стабилитроны VD5,VD6можно заменить на отечественный аналог(2С112В) или на зарубежный (BZX79-C9V1). Трансформатор можно применить любой с напряжением на вторичной обмотке от 9 до 40 вольт. Однако при малом значении напряжения сопротивление резисторов R1,R2,R9,R13,R14 следует уменьшить примерно в два раза и подобрать стабилитроны VD5,VD6 так чтобы напряжение на резисторе R1 было примерно равно половине напряжения на конденсаторе С2. Для улучшения срабатывания защиты можно в разрыв цепи между резисторами R7 и R9 установить переменный резистор сопротивлением 250 Ом, а его движок подключить к базе транзистора VT3.Значение тока можно регулировать в пределах от 400мА до 1.9А. Или можно упростить узел ограничения тока. Для этого следует исключить резистор R7, а резистор R8 поставить переменный. Его сопротивление выбираем таким образом, чтобы при минимальном токе ограничения падение напряжения на нем составляло примерно 0.6В Рабочий ток резистора должен быть не менее максимального тока ограничения Imax, поэтому его мощность следует определить по формуле: P=I2max*R8. Например, для интервала тока ограничения от 0.2 до 2А сопротивление переменного резистора должно быть 3Ом, а мощность 12Вт.

 

---

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 367; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!