МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Титов А.А.

“Конструирование и надежность”

Курс лекций

для студентов специальности 200400

Москва 2014г.

УДК 681.7:535.8 (075)

ББК 34.42

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом МГУПИ в качестве курса лекций

Содержание

Лекция№1. Понятие о конструировании, показателях качества и этапах конструирования………………………………………………………………………….

Москва 2014г. 1

Качество прибора и его показатели 6

Конструктивные показатели детали 8

Структурные элементы детали 9

Следует отметить, что одни и те же поверхности (части поверхностей) могут выполнять роль РЭ, БЭ и СЭ. Наиболее благоприятным считается вариант, 10

когда в конструкции удается объединить РЭ и БЭ, минимизировать СЭ. 10

Этапы конструирования детали 10

Выбор формы детали 11

Определение размеров детали 11

Технологические основы конструирования деталей 13

Компоновка приборов 14

Приемы компоновки 18

Рисунок 12- Инвариантные оптические элементы 18

Конструирование юстировочных узлов 19

Печатный узел (ПУ) - печатная плата со всеми электронными и механическими элементами и всеми выполненными операциями обработки. 20

Печатная плата (ПП) - листовой материал, вырезанный по определенному размеру, содержащий необходимые отверстия и рисунок, обеспечивающие дальнейшее электрическое и механическое соединение элементов. 20

Координатная сетка-совокупность сплошных тонких линий на чертеже, соответствующих определенным значениям координат в прямоугольной системе. 20

Шаг сетки - расстояние между линиями. 20

Узел-пересечение линий. 20

Рисунок ПП - конфигурация проводящего или изоляционного слоя. 20

Проводящий рисунок печатной платы - рисунок ПП, образованный проводниковым материалом. 20

Печатный проводник - непрерывная проводящая полоска или площадка проводящего рисунка. 20

Контактная площадка-часть печатного проводника на поверхности, в отверстии, используемая для соединения навесных элементов или для контрольных соединений. 20

Топологическое конструирование 21

Критерии конструирования. 21

Габаритный критерий. 21

Критерий плотности рисунка. 21

Критерий числа слоев. 22

Выбор материала основания печатной платы. 22

Установка ЭРЭ на плате 22

Установка ЭРЭ на плате производится путем пропускания выводов в отверстия платы с последующей пайкой. А для элементов с планарными выводами пайка осуществляется сверху контактных площадок. Способы установки резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов приведены на рис.24. 22

Рисунок 25 – Расстояние между ЭРЭ на плате. 23

Трассировка 23

Компоновка электронных блоков . 25

2) Книжная компоновка. 25

26

Рисунок 31 - Крепление платы книжной конструкции 26

3) Веерная компоновка. 26

27

На рисунке обозначено:1 - кожух; 2 - плата; 3 - откинутая плата; 4 - несущая конструкция; 5 - ось шарнира 27

29

Например, линзы в оптической системе. 29

2.Параллельное соединение. 29

Классификация ошибок прибора 30

Приведённая относительная ошибка 31

Таблица № 2Технологические ошибки 34

Таблица №3 Эксплуатационные ошибки. 34

Методы расчета ошибок 35

Для функции из последовательно включённых звеньев ошибку целесообразно находить методом логарифмирования. 36

Пример. 36

37

Пример. В кулачковом механизме из за замены стрелки в идеальном случае (рис.52 а) на реальный шар(рис.52 б) возникает теоретическая ошибка 39

Взаимосвязанные ошибки. 40

-перекос опорной плоскости подпятника; 41

эксцентриситет сферы. 41

Косинусные ошибки. 41

Эти ошибки возникают из-за перекосов различных подвижных элементов. 41

Ошибки из-за смещений валов в зазоре. 42

42

Рисунок 56 - Виды смещения валов из-за зазоров в опорах, а) параллельное смещение, б) перекос. 42

42

(35) 42

Ошибки устройств от смещения в зазорах 42

Компенсаторы зазоров в оправах объективов 47

_л,_о,_к - коэффициенты линейного расширения линзы, оправы и компенсатора; 48

D_л и D_о - диаметры линзы и оправы. 48

D_о = D_л + 2*l_к 48

49

Лекция№4 Надежность, ее свойства и методы расчета 50

Повреждение и отказ. 50

Количественные характеристики надёжности 51

Законы распределения отказов 53

Последовательно-параллельное соединение 56

56

2)Z > 1 , V≠0 60

Лекция№2. Компоновка электронных блоков .

Лекция№3. Понятие об измерениях, ошибках измерения ,методах их расчета

Лекция№4 Надежность, ее свойства и методы расчета

Литература……………………………………………………………………………….

Лекция№1. Понятие о конструировании, показателях качества и этапах конструирования, компановке оптических блоков.

Под конструированием понимают воплощение в чертеже элементов принципиальной схемы. При разработке любого прибора выделяют следующие стадии:

1.Создание функциональной идеи прибора.

2.Разработка принципиальной схемы прибора.

3.Этап конструирования прибора (воплощение в материальные тела принципиальной схемы прибора).

4.Этап изготовления и испытания прибора.

Структурные элементы конструкции прибора.

С точки зрения конструирования прибор можно разбить на следующие блоки (рис.1).

Рисунок1-Структура прибора

Функциональные устройства (ФУ) – это части прибора, выполняющие определенные операции функционирования прибора.

Конструктивные узлы (КУ) – это сборочные единицы, которые собирается отдельно от других частей прибора и выполняют определенную функцию в совокупности с другими частями прибора.

Конструкторские цепи (КЦ) – это сборочные единицы, содержащие более 2-х деталей в соединении. (например, линза с оправой)

Соединение деталей (СД)- это элементарные сборочные единицы, состоящие из 2-х деталей, находящихся в физическом контакте друг с другом.

Деталь – это неделимое однородное тело, материал, формы и размеры которого определены его функциональным назначением.

Качество прибора и его показатели

На всех этапах конструирования конструктор должен находить технические решения, обеспечивающие соответствие создаваемого прибора требованиям не только ТЗ, но и требованиям, не отраженным в ТЗ, но выполнение которых необходимо в любом техническом проекте. Речь идет о требованиях, обеспечивающих создание качественного прибора или любого другого объекта проектирования.

В соответствии с ГОСТ 22851-77, ГОСТ 15467-79 качеством прибора (продукции) называется совокупность свойств прибора, обуславливающих его пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с его назначением. Для объективной оценки качества прибора его свойства характеризуют количественно — показателями качества.

Показатели качества характеризуют технико-экономические особенности прибора и классифицируются по следующим основным группам.

Показатели назначения — характеризуют назначение, область применения, производительность, точность, светосилу, разрешающую способность, дальность действия, габаритные размеры, массу и т.п.

Это наиболее многочисленная группа показателей качества изделий. Для приборов существуют как общие показатели назначения (показатели точности функционирования), так и частные (показатели, характеризующие увеличение, светосилу, мощность излучения лазерных приборов и т. д.).

Показатели надежности характеризуют безотказность (свойство прибора сохранять работоспособность в течение некоторого времени или наработки без вынужденных перерывов), долговечность (свойство прибора к длительной эксплуатации с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов), ремонтопригодность (приспособленность прибора к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем технического обслуживания и ремонтов) и сохраняемость (свойство прибора сохранять обусловленные показатели в течение и после срока хранения и транспортировки).

Показатели технологичности характеризуют степень соответствия прибора и его элементов оптимальным условиям современного производства. Важнейшими технологическими показателями качества прибора являются, например, коэффициент сборности (блочности.), коэффициент использования рациональных материалов, удельная трудоемкость.

Эргономические показатели характеризуют степень приспособленности прибора к взаимодействию с человеком с позиции удобства работы, гигиены, безопасности труда. Эргономические показатели разделены на гигиенические(уровень шума, амплитуда и частота вибрации, уровень радиации, температура, степень загазованности, токсичности и т.п.), антропометрические (размеры и расположение экранов, индикаторов, рукояток, форма сиденьев и т. п.), психофизические (диапазоны усилий на рукоятках, скорость выполнения движений, уровень освещенности, цвет и яркость. световых сигналов, тембр и сила звуковых сигналов), психологические (объем и интенсивность потока информации, количество и частота выполняемых операций, количество и расположение контрольных, сигнальных управляемых элементов и т. д.).

Эстетические показатели характеризуют внешний вид прибора, его соответствие современному стилю, гармоничность сочетания отдельных элементов прибора друг с другом, соответствие формы прибора его назначению, качество и совершенство отделки внешних элементов, поверх­ностей и упаковки, выразительность и качество надписей, знаков, технической документации (проспекта, каталога, инструкции, паспорта).

Показатели стандартизации унификации характеризуют степень использования и применения в данном приборе стандартизованных, унифицированных и заимствованных узлов и деталей. Чем больше таких элементов будет в проектируемом приборе, тем меньше затраты на их конструирование, технологиче­скую подготовку производства, выше, как правило, надежность функционирования, проще организовать обслуживание и ремонт. Унификация- характеризует насыщенность конструкции стандартными, модифицированными и оригинальными частями.

Стандартные части - выполненные в соответствии с ГОСТом и ОСТом.

Унифицированные - выпускаемые по стандартам предприятия, если они используются хотя бы в 2-х изделиях предприятия.

Покупные - получаемые в порядке кооперации.

Заимствованные из других разработок и конструкций.

Оригинальные - разрабатываются только для данной конструкции.

Патентно-правовые показатели характеризуют степень новизны технических решений в приборе и определяются патентоспособностью и патентной чистотой. Патентоспособным является решение, которое может быть признано изобретением в одной или нескольких странах. Патентной чистотой обладают решения, не попадающие под действие (не нарушающие прав) других патентов.

Экономические показатели характеризуют уровень затрат на производство и эксплуатацию прибора. Среди них выделяют полную себестоимость и оптовую цену прибора.

Показатели безопасности характеризуют степень защищенности людей и животных от опасного воздействия приборов (защита от электрического удара, электромагнитных полей, теплового воздействия, радиации, оптических излучений, шума, токсичных и газовых выделений, вибра­ций и т. д.), а также самих приборов от климатических, механических, биологических и других воздействий на них. Такими показателями, например, являются категория и класс исполнений и эксплуатации.

Экологические показатели характеризуют степень вредного влияния на окружающую среду и ее загрязнение при изготовлении, эксплуатации и утилизации приборов.

Следует обратить внимание на то, что именно при проектировании и конструировании ОП (а не при его изготовлении, эксплуатации) закладываются потенциальные возможности будущего прибора, возникает возможность наиболее эффективно повысить его показатели качества по сравнению с другими приборами.