Главная | стр 1
Министерство образования Российской Федераций Курский государственный технический университет Кафедра КиТ ЭВС Курсовой проект по дисциплине «Констуирование и производство ЭВМ» Тема: Разработка типового элемента замены. Выполнил ст. гр. ВМ-71 Монаев Д.В. Проверила Ширабакина Т.А. Курск - 2000 МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Студент_____________________________________ код _________ группа __________________ 1. Тема ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 2. Срок представления проекта ( работы ) к защите
3. Исходные данные для проектирования ( научного исследования): ________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 4. Содержание пояснительной записки курсового проекта ( работы )
4.2.________________________________________________________________________ 4.3.________________________________________________________________________ 4.4.________________________________________________________________________ 4.5.________________________________________________________________________ 4.6.________________________________________________________________________ 4.7.________________________________________________________________________ 4.8.________________________________________________________________________ 5. Перечень графического материала: __________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________
( подпись, дата ) (инициалы, фамилия ) Задание принял к исполнению______________ «___» ____________________199__ г. ( подпись) Содержание
1. ВведениеКонструирование – один из видов процессов проектирования ЭВМ, заключающийся в воплощении схемотехнических решений. Последовательность этапов конструирования определена ЕСКД. Основная задача конструирования – реализация схемы, при которой обеспечиваются параметры устройства, установленные в техническом задании. Конструкция – это совокупность электрически и механически связанных элементов, в которой реализуется электрическая схема машины или системы. Качество конструкции определяется ее соответствием техническим требованиям. Существуют следующие показатели, отражающие потребительские свойства конструкции ЭВМ: – сложность конструкции, – число элементов конструкции, – объем устройства, – масса устройства, – площадь, занимаемая вычислительным устройством, – потребляемая мощность, – собственная частота колебаний устройства, – вероятность безотказной работы. Данный курсовой проект является заключительной частью дисциплины “Конструирование и технология производства ЭВМ”. Курсовой проект ставит своей задачей довести до уровня практического использования полученные во время изучения курса знания. Проект дает возможность: – систематизировать и расширять теоретические знания, необходимые для решения задач, возникающих при конструировании средств вычислительной техники; – закрепить конструкторские навыки и методики расчёта, полученные при выполнении лабораторного практикума; – проявить умение применять приобретённые знания для решения конкретных задач, поставленных в задании на курсовое проектирование. Требования государственных стандартов обеспечиваются выполнением конструкторских документов в соответствии с ЕСКД. 2. Задание и анализ технического задания2.1 Техническое заданиеПредмет курсового проектирования - разработка конструкции функционально и конструктивно законченного устройства. В задании на курсовой проект содержатся: наименование и назначение устройства, условия эксплуатации, частные технические требования, исходные и справочные материалы, перечень материалов, представляемых студентом – исполнителем. Курсовой проект завершается разработкой комплекта конструкторской документации, в который входит: – схема электрическая принципиальная; – чертёж печатной платы; – сборочный чертёж; – пояснительная записка; – технологические документы (маршрутные или операционные карты). Задачей данного курсового проекта является разработка на основе выполненных эскизных компоновок обоснованного варианта конструкции устройства. Эта конструкция должна учитывать особенности электрической принципиальной схемы и другие требования технического задания, включая эксплуатационные требования, защиту от дестабилизирующих воздействий (механических, климатических), вопросы надёжности. В ходе выполнения курсового проекта необходимо: – провести анализ принципиальной электрической схемы; – пользуясь справочной литературой, выбрать элементную базу устройства; – пронумеровать корпуса элементов, проставить номера выводов микросхем; – выбрать разъём с требуемым числом контактов; – вычертить принципиальную электрическую схему в соответствии с требованиями ЕСКД, составить перечень элементов к принципиальной схеме; – исходя из заданных типоразмеров и количества навесных элементов, разработать компоновочный эскиз устройства; – выбрать размеры печатной платы; – указать примерное размещение элементов и вилки разъёма; – выбрать и оформить установочные эскизы элементов; – оценить качество компоновки схемы устройства с помощью выбранного критерия, например, коэффициента заполнения; – в зависимости от вида конструкции печатной платы и технических требований к ней выбрать один из методов изготовления печатных плат; – обосновать возможность его применения для изготовления проектируемой печатной платы; – привести основные этапы соответствующего типового технологического процесса; – выполнить расчёт печатного монтажа; – выбрать шаг координатной сетки и выполнить трассировку печатной платы; – оформить чертёж печатной платы, руководствуясь требованиями ЕСКД; – в соответствии с требованиями ЕСКД разработать и оформить сборочный чертёж устройства на печатной плате и спецификацию к нему; – выполнить расчёт теплового режима устройства; – определить собственную частоту колебаний устройства; – составить технологическую схему сборки устройства, базовым элементом которого является печатная плата; – выполнить выбор оборудования, инструмента и оснастки; – выполнить разбивку технологического процесса сборки на операции; – составить маршрутную карту в соответствии с требованиями ЕСКД. 2.2 Определение уровня конструкторской структурыДанная конструкция является конструкцией первого уровня конструкторской структуры – типовым элементом замены (ТЭЗ), и, следовательно, выполняется на печатной плате. 2.3 Анализ особенностей устройства и технических требованийПоскольку заданное устройство предназначено для работы в нормальных условиях ( стационарные ЭВМ, работающие в отапливаемых наземных и подземных помещениях ), то при расчёте параметров и характеристик ТЭЗ и выбор элементной базы будем производить исходя из условий, представленных в таблицах 2.1 и 2.2. Таблица 2.1 Климатические условия
Таблица 2.2 Механические условия
3. Выбор элементной и конструктивной базы 3.1 Анализ принципиальной электрической схемыВ ходе анализа принципиальной схемы были выделены некоторые особенности, в той или иной степени влияющие на способ компоновки и трассировки печатной платы. Для упрощения технологических процессов изготовления однотипные элементы печатной платы целесообразно группировать вместе. Кроме того, было подсчитано число необходимых контактов разъемов, устанавливаемых на печатной плате, на основании чего можно выбрать их типы и параметры. 3.2 Выбор элементной базы с оформлением эскизов по установке навесных элементовС использованием справочной литературы была выбрана элементная база. Элементы выбирались исходя из указанных на схеме номиналов, а также условий эксплуатации. Для всех элементов из справочной литературы были взяты следующие характеристики: – геометрические размеры корпусов; – массы;
– вероятность отказа; – параметры режимов работы. Для обеспечения соединения типового элемента замены с элементом конструктивной иерархии более высокого порядка был выбран разъём ЛАМПД – 18 (X1) с необходимым количеством контактов ( как следует из обозначения разъема – число контактов равно 18).
4. Выбор и описание метода компоновки устройства4.1 Разработка компоновочного эскиза устройстваГеометрическая компоновка ЭВМ - процесс размещения на плоскости или в пространстве основных элементов изделия для обеспечения максимального полезного эффекта, определяемого принципиальной электрической схемой и назначением изделия при минимальных геометрических его размерах. В отечественной промышленности применяются следующие типы печатных плат: односторонние, двусторонние, многослойные, гибкие и проводные. Учитывая большое количество соединений, целесообразно выполнить данную плату двусторонней. Это определит в дальнейшем выбор метода ее изготовления. В данной работе был выбран размер печатной платы 110 82.5 мм. При данной компоновке платы обеспечивается свободный доступ ко всем элементам ТЭЗ, что облегчает обслуживание и ремонт данного устройства. К компоновочным характеристикам относятся: геометрические размеры, вес, мощность источников питания, время работы, условия работы операторов их количество, à также различные коэффициенты, связывающие электрические, функциональные параметры с компоновочными. Из существующих методов компоновки (графический, аналитический, модельный) для данной работы был выбран графический метод компоновки. Результаты проведения компоновки с применением графического метода приведены на эскизе, изображенном на чертеже КГТУ.ВМ-62.230.СБ .
4.2 Расчёт критерия компоновки схемыВ качестве критерия оценки качества проведенной компоновки рассчитаем коэффициент заполнения по объему печатной платы. Коэффициент заполнения по объему рассчитывается по формуле
где ![]() Сначала рассчитаем установочный объем каждого элемента, исходя из его геометрических параметров, взятых из справочной литературы. Установочный объем элемента рассчитывается по формуле ![]()
Суммируя рассчитанные объемы элементов, получаем общий установочный объем всех элементов Объем печатной платы равен
где a,b – длина и ширина печатной платы, h – высота самого высокого элемента печатной платы (c учетом выводов). Учитывая, что наибольшим параметр h является у конденсатора К10-17«а», согласно ГОСТ и условиям монтажа, оно равно 6.5 мм, подставляя числовые значения, получим ![]() Подставляя полученные значения объемов в формулу (4.1), находим коэффициент заполнения по объему. ![]() Значение данного показателя вполне приемлемо для целей данной работы. 5. Конструирование печатной платы5.1 Выбор материала и метода изготовления печатной платыИсходя из того, что данная плата является двусторонней, в качестве материала для изготовления основания платы был выбран стеклотекстолит марки СФ-2-35. Для изготовления данной печатной платы будем применять комбинированный позитивный метод, основанный на сочетании химико - гальванического способа металлизации отверстий, контактных площадок и проводников со способом химического травления с пробельных мест. Данный способ обеспечивает необходимую точность изготовления печатной платы и исключает недопустимые пересечения проводников. Основные этапы технологического процесса: – получение заготовки; – сверление монтажных отверстий; – химико - гальваническая металлизация отверстий и поверхности печатной платы; – нанесение рисунка; –гальваническая металлизация токопроводящих участков, осаждение металлорезиста; – удаление защитной маски и травление меди с пробельных мест; – оплавление металлорезиста.
5.2 Расчёт печатного монтажаПечатные платы по плотности проводящего рисунка делятся на 3 класса. Первый класс характеризуется наименьшей плотностью проводящего рисунка; второй и третий класс характеризуются повышенной и высокой плотностью проводящего рисунка соответственно. Выбранный нами комбинированный позитивный метод изготовления печатной платы применяется для плат первого и второго классов точности. Поскольку элементы печатной платы имеют средние по величине геометрические размеры, было принято решение использовать класс плотности 2. Требования к геометрическим параметрам печатной платы выбранного класса точности представлены в таблице 5.1. Таблица 5.1. Минимальные значения геометрических параметров печатных плат класса плотности 1.
Исходя из того, что минимальный диаметр вывода элемента, устанавливаемого на печатную плату, составляет 0.5 мм, следует , что с учетом допуска 0.4 мм минимальный диаметр отверстия на плате составит 0.9 мм. Следовательно, максимальная толщина платы будет равна Минимальный диаметр контактной площадки выбирают исходя из условия сохранения целостности контактной площадки при сверлении плат. B нашем случае минимальный эффективный диаметр контактной площадки D1min равен
где dmax – максимальный диаметр просверленного отверстия; отв – погрешность расположения отверстия (мм), определяется как кп – смещение центра контактной площадки (мм), зависит от точности расположения рисунка на шаблоне, погрешности экспонирования, погрешности расположения базовых отверстий и находится как В свою очередь где dMОтв – диаметр металлизированного отверстия. Минимальный диаметр контактных площадок для двусторонних печатных плат, изготавливаемых комбинированным позитивным методом, рассчитаем по формуле
где hф - толщина наращенной гальванической меди, hФ=0.035 мм; hПМ - толщина предварительно осажденной меди, hПМ=0.005 мм; hР- толщина металлического резиста, hP=0.02 мм. Рассчитаем минимальный эффективный диаметр контактной площадки для каждого металлизированного отверстия. Значения Рассчитаем минимальную ширину проводника
подставляя в эту формулу значения получим tmin=0.33 мм. Найдем минимальные значения диаметров контактных площадок и ширины проводников на шаблоне
Значения, полученные при hp=0.02 мм, указаны в таблице 5.2. ![]() Найдем максимальные значения диаметров контактных площадок и ширины проводников на шаблоне ![]() Значения, полученные при DШ=0.03 мм, tШ=0.01 мм, указаны в таблице 5.2. ![]() Найдем максимальные значения диаметров контактных площадок и ширины проводников на шаблоне при экспонировании ![]() Значения, полученные при Э=0.01 мм указаны в таблице 5.2. ![]() Таблица 5.2.
Выберем шаг координатной сетки равным 1.25 мм. Таблица выбранных предельных значений технологических параметров .
5.3 Трассировка и оформление чертежа печатной платы С учетом полученных значений была проведена трассировка печатной платы. При трассировке использовалась система P-CAD версии 8.5. Результат трассировки представлен на чертеже печатной платы КГТУ.ВМ-62.230.ПП. 6. Разработка конструкции устройства6.1 Определение способа защиты от влияния механических и климатических воздействийНаибольшую опасность для электронной вычислительной аппаратуры при воздействии вибраций представляют механические резонансы отдельных компонентов и узлов, возникающих в случаях, когда их собственная частота совпадает с частотой действующих на аппаратуру вибраций. Одной из причин вибраций и резонансов является наличие зазоров между деталями и люфтов в соединениях. Чем выше частота колебаний, тем при меньшем зазоре может возникнуть резонанс. Основной вибрационной системой конструкции электронно-вычислительной аппаратуры является печатная плата. Частотная характеристика печатной платы зависит от ее материала, геометрических размеров и граничных условий, которые определяются способом крепления печатной платы. Снижение коэффициента передачи вибраций и повышения частоты собственных колебаний за счет изменения геометрических размеров печатной платы и выбора материала с соответствующими физико-механическими свойствами весьма ограничено. Значительно больше возможностей у конструктора для изменения граничных условий. При воздействии механических нагрузок на блок электронно-вычислительной аппаратуры происходит деформация и перемещение элементов конструкции и радиоэлементов. При разработке конструкции необходимо обеспечить как минимум вибро- и ударопрочность печатной платы. При этом используются следующие критерии прочности: – выполнение условия непересечения множества частот спектра действующих нагрузок и множества частот собственных колебаний печатной платы с радиоэлементами. – выполнение условия непревышения действующих на конструктивные элементы перегрузок допустимых уровней. При невыполнении приведенных условий необходимо каким-либо образом изменить конструкцию, найти способ защиты от механических нагрузок. В данной работе ограничимся определением собственной частоты печатной платы. Частоту собственных колебаний равномерно нагруженной печатной платы, закрепленной с четырех сторон, определяем по формуле:
где ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() Для стеклотекстолита СФ-2-35 E=3.021010 Н/м2, Получаем
Для защиты печатной платы от дестабилизирующих климатических факторов применим покрытие поверхности печатной платы лаком. 6.2 Расчёт теплового режима устройстваВ качестве критерия оценки теплового режима устройства выберем плотность тока в проводниках печатной платы. Для двухсторонней печатной платы максимально допустимой считается плотность тока 20 A/мм2. Минимальное сечение проводника печатной платы составляет: S=0.0500.25=0.0125 мм2 Найдем Imax по формуле
где pmaч – максимальная плотность тока. Подставляя численные значения, получаем
Таким образом, при токе нагрузки не более 0,25 А обеспечивается нормальный тепловой режим работы устройства. 6.3 Расчет надёжности устройстваИнтенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказов к моменту времени t при условии, что до этого момента отказ не возник: ![]() где f(t) – плотность распределения наработки на отказ. Расчет надежности выполняется для периода нормальной эксплуатации, для которого характерен экспоненциальный закон плотности распределения наработки на отказ:
Вероятность безотказной работы, т.е. вероятность того, что не будет отказа в пределах заданной наработки, равна: ![]() Рассчитаем показатели надежности для нашего случая. Найдем интенсивность отказа устройства ![]() где К - поправочный коэффициент, равный 5.
=1010-8+110-5+710-7=1.7110-5 ч-1 В результате получаем =1.71 10-5 ч-1. Отсюда найдем среднюю наработку до отказа Tср= 1/ или Tср Возьмем срок службы 1 год, тогда: ![]() ![]() Данные показатели являются удовлетворительными для нашего случая. 7. Разработка технологического процесса сборки устройства7.1 Разбивка технологического процесса на операцииТехнологический процесс сборки типового элемента замены состоит из нескольких этапов. Он включает в себя: 1. Подготовку навесных элементов а) Распаковка б) Входной контроль в) Формовка выводов г) Обрезка выводов д) Лужение выводов Выполняется до или после формовки выводов погружением в припой. е) размещение элементов в технологической таре 2. Установка навесных элементов а) подача элементов в зону установки б) ориентирование выводов г) фиксация в необходимом положении После установки выводы подгибаются с другой стороны, фиксируя элементы. Для избежания ошибки установки элемента на плату наносят обозначение элементов. Порядок установки элементов следующий: сначала устанавливают разъём, затем резисторы и конденсатор, и, наконец, микросхемы, как наиболее чувствительные к перегреву элементы. 3. Получение контактных соединений с печатным монтажом при помощи пайки. Пайка осуществляется в порядке, обозначенном в предыдущем пункте. 4. Контроль монтажа и функциональных параметров типового элемента замены
7.2 Оформление маршрутных картТехнологический процесс сборки типового элемента замены регламентируется маршрутными картами, входящим в комплект конструкторской документации. 8. ЗаключениеВ ходе данной курсовой работы было спроектировано конструктивно и функционально законченное устройство – типовой элемент замены, а также выполнен комплект конструкторской документации. Для оценки соответствия разработанного устройства техническому заданию и условиям эксплуатации были произведены следующие расчеты: – расчет собственной частоты печатной платы – тепловой расчет – расчет надежности Из полученного значения собственной частоты платы следует, что данное устройство можно считать устойчивым к воздействиям внешних вибраций в широком диапазоне частот, соответствующим условиям эксплуатации. По результатам теплового расчета устройство также соответствует условиям эксплуатации. Рассчитанный показатель надежности является удовлетворительным для данного класса устройств. Таким образом, разработанная конструкция полностью соответствует требованиям технического задания. 9. Список литературы
Смотрите также: Курсовой проект по дисциплине «Констуирование и производство эвм»
267.37kb.
Курсовой проект по дисциплине «Организация эвм»
321.97kb.
Курсовой проект по дисциплине «Организация эвм»
258.6kb.
Курсовой проект по дисциплине «Структуры и организация данных в эвм»
152.01kb.
Курсовой проект По дисциплине: "Аппаратные средства вычислительной техники" Фёдоров Кирилл Викторович группа 2896
138.11kb.
Курсовой проект по мпс проектирование специализированных ЭВМ студент гр. Вм-72 Монаев Д. В
87.73kb.
Курсовой проект по дисциплине
24.91kb.
Курсовой проект по дисциплине " Релейная защита и автоматика систем электроснабжения"
283.63kb.
Курсовой проект по дисциплине: схемотехника
512.31kb.
Курсовой проект по курсу «Схемотехника эвм»
49.11kb.
Курсовой проект По дисциплине: «Экономика предприятия» На тему: Расчет технико-экономических показателей структурного подразделения
963.12kb.
Курсовая работа (проект) по дисциплине является одним из основных видов учебных занятий и формой контроля учебной работы студентов в Колледже 85.17kb.
|