книги из ГПНТБ / Поне Ю.П. Расчет и конструирование аппаратуры проводной связи учеб. для техникумов

в зависимости от размеров платы, стремясь довести до минимума расстояния между соединяемыми элементами. На участке платы перед разъемом элементы следует располагать более свободно ввиду высокой насыщенности этого места платы проводниками, идущими к разъему. Окончательное расположение навесных эле­

Трассировка проводников. Перед началом трассировки про­ водников рассчитывают по формулам расстояние между монтаж­

класс печатной платы, ожидаемое количество слоев печатного мон­

Трассировку печатных проводников, как правило, начинают соединением монтажных отверстий под выводы наиболее близко расположенных элементов. Затем постепенно переходят к средним расстояниям. Длинные и диагональные связи, а также соединения выводов с разъемом трассируют в последнюю очередь. При трас­ сировке проводников следует избегать образования узких мест и больших петель. Если имеются два и более слоя печатного монтажа, то на каждом из них должно доминировать какое-либо одно на­ правление (например, к разъему, поперек разъема, по диагонали, по противоположной диагонали). В многослойных печатных пла­ тах принято, кроме того, выделять один слой для цепей питания и один слой для «земли». Когда все соединения нанесены, их трассы выпрямляют, устраняя необоснованно узкие места. При необ­ ходимости отдельные элементынесколько смещают. Разработку печатных плат с микромодулями можно успешно решить с по­ мощью ЭВМ.

Оформление чертежей. По рисункам размещения навесных элементов и рисункам трассировки проводников оформляют ра­ бочие чертежи, которые должны соответствовать требованиям ЕСКД ГОСТ 2.417—68 «Правила выполнения чертежей печатных плат» и действующим отраслевым и заводским стандартам. Же­ лательно использовать методы группового оформления чертежей по ЕСКД.

Разработанные и надлежащим образом оформленные чертежи тщательно проверяют, так как ошибки в них в несколько раз более вероятны, чем в обычных машиностроительных чер­ тежах.

В процессе дальнейшей подготовки производства печатных плат рисуют фотооригиналы печатного монтажа, которые яв­ ляются технологическими документами для изготовления фото­ шаблонов и содержат полное отображение печатного монтажа в увеличенном масштабе.

Окончательно в правильности всей рабочей документации и всех фотошаблонов убеждаются при проверке работы всего блока. Изготовление такой опытной платы перед началом серий­ ного производства совершенно обязательно.

Глава 10

Компоновка аппаратуры проводной связи

§10.1. Основные требования к компоновке

Ко м п о н о в к а — это процесс такого размещения в про­ странстве или на плоскости элементов, блоков и узлов изделия, который обеспечивал бы максимальный полезный эффект, опреде­ ляемый схемой и назначением изделия. Конструктор стремится выбрать при компоновке оптимальные формы и размеры элемен­ тов, подобрать наиболее выигрышные отношения их форм, разме­ ров и объемов друг к другу и к изделию в целом.

При разработке конструкции и компоновке устройств и блоков решаются многие конкретные задачи: а) выбор варианта располо­ жения деталей, блоков и устройств, при котором достигаются минимальные габариты конструкции; б) осуществление кон­ структивной и электрической связи между блоками; в) создание

плат, каркасов и стоек; г) обеспечение доступа для контроля и ремонта; д) выбор системы теплоотвода; е) улучшение механи­ ческой жесткости конструкций; ж) устранение паразитных свя­ зей; з) определение возможностей применения унифицированных узлов и готовых изделий; и) конструирование и расположение органов управления и др.

Конструкция вновь разработанной аппаратуры и ее компоновка должны удовлетворять ряду эксплуатационных, конструктивнотехнологических и экономических требований.

Эксплуатационные требования. К ним относятся: надежность, простота управления и обслуживания, ремонтопригодность, устой­ чивость к старению, габариты, масса, эстетическое оформление.

Компоновка АПС прежде всего должна позволять по воз­ можности быстро устанавливать место повреждения (блок, узел). Для этого в наиболее сложной аппаратуре используют встроенное контрольно-испытательное оборудование. Компоновка АПС должна далее обеспечивать^ быструю ликвидацию обнаруженного повреждения, легкодоступность к любому элементу для его ре­ монта или замены.

Наиболее эффективно обеспечивает ремонтнопригодность АПС блочная конструкция.

Габариты и масса АПС в значительной степени зависят от теплоемкости всех ее элементов. Уменьшение габаритов и массы

242

при компоновке достигается в основном посредством использо­ вания малогабаритных типовых изделий, применения интеграль­ ных схем и печатного монтажа.

Конструктивно-технологические требования. К ним относятся: защита от внешних факторов, технологичность и конструктивная преемственность.

Обычно защита аппаратуры от внешних воздействий влечет за собой усложнение конструкции. Увеличиваются габариты, масса, стоимость, ухудшается ремонтопригодность. Отсутствие же защиты от внешних воздействий может вызвать снижение надеж­ ности. Следовательно, при компоновке необходимо правильно оценить соотношение между факторами, усложняющими конструк­ цию и снижающими надежность аппаратуры. В ряде случаев целесообразно применять защиту разового действия, например специальные упаковочные средства для транспортировки.

Экономические требования. Они диктуются необходимостью

Экономические требования, реализуемые при компоновке аппаратуры, тесно связаны с рациональным выбором ее конст­ руктивной структуры. Последняя должна предусматривать воз­ можность автономного изготовления ее частей (блоков, узлов), которые должны быть взаимозаменяемыми по всем пара­ метрам.

Блоки не должны состоять из большого количества элементов. Это позволит даже при незначительной длине конвейера или потока прикрепить к каждому рабочему месту сравнительно не­ большое число операций.

Получение необходимых выходных параметров блоков должно обеспечиваться минимальным количеством операций, главным образом регулировочных. Подбор и индивидуальная подгонка элементов конструкции должны быть исключены.

Наиболее технологичными конструкциями считаются те, в ко­ торых предусмотрена минимальная номенклатура типовых изде­ лий, полуфабрикатов и материалов.

Экономичность компоновки аппаратуры определяется затра­ тами на ее разработку, производство и эксплуатацию. Ограни­ чение затрат на разработку, производство и эксплуатацию АПС не является самоцелью, а диктуется необходимостью рационально использовать время, труд и материальные средства.

§ 10.2. Компоновочные характеристики узлов

Поиск оптимальной компоновки невозможен без учета крите­ риев ее эффективности. Для сравнения различных вариантов компоновки можно воспользоваться конструктивными крите­ риями, перечисленными ниже.

1. К о э ф ф и ц и е н т з а п о л н е н и я о б ъ е м а и з ­ д е л и й ko6, представляющий собой отношение суммарного объема всех входящих в него деталей, узлов и блоков к объему

на единицу объема. Этот коэффициент применим в основном к маломощным устройствам, например к полупроводниковым ИС, которые реально разрешают получать максимальную плотность упаковки, равную (2-ьЗ)-103 элем/см3 . Для сравнения напомним, что плотность упаковки клеток в человеческом мозгу составляет

прочих равных условиях меньше цветных и черных металлов и

н о в ы х , п р и м е н е н н ы х и н о р м а л ь н ы х , ( у н и ­

ф и ц и р о в а н н ы х ) д е т а л е й , у з л о в и б л о к о в kQ с. Чем меньше выпуск, тем обоснованней использование унифици­

рованных и примененных деталей, узлов и блоков, т. е. тем выше должен быть по ним kQ с .

Для уточнения оценки и сравнения вариантов разрабатывае­

Рассмотрев основные требования, предъявляемые к компоновке, мы можем теперь дать характеристику типичных вариантов ком­ поновки различной аппаратуры.

Зависимость компоновки от объекта. Наиболее существенно сказывается на конструкции АПС тип объекта, для которого ее изготовляют, так как именно он определяет требования к массе, серийности, размещению блоков, внешним воздействиям, управ­ лению. Количество устройств различных типов, которые подлежат установке на одном объекте, их сложность, масса и объем на-

244

столько возросли, что их размещение наталкивается на большие трудности. Попытка создать станцию в виде одного блока приво­ дит к абсурдным результатам. Поэтому современные устройства аппаратуры связи обычно выполняют в виде отдельных блоков, соединенных между собой монтажом.

Варианты компоновки. Рассмотрение реально действующей аппаратуры позволяет выделить два основных варианта компо­ новки: централизованный и децентрализованный. Основной смысл ц е н т р а л и з о в а н н о й компоновки состоит в том, что все ручки управления и регулировки, индикаторы и контрольные органы располагают в блоке управления. Блоки управления всех или части устройств компонуют в общий пульт управления, раз­ мещаемый на том же устройстве или отдельно от него. При д е - ц е н т р а л и з о в а н н о й компоновке органы управления и индикации размещают в собственных устройствах. Этот вид компоновки упрощает размещение аппаратуры на объекте и ее техническое выполнение.

Компоновка блока. Как следует из изложенного, любое устрой­ ство, независимо от количества входящих в него элементов, может

струкции состоят в следующем: а) допускается возможность па­ раллельной разработки нескольких блоков, что уменьшает время, затрачиваемое на создание всего аппарата; б) облегчается локали­ зация функций и защиты от внешних воздействий, что до некоторой степени упрощает всю конструкцию аппаратуры; в) усложняются соединительные узлы (для межблочных соединений) и в какой-то мере снижается надежность аппарата; г) увеличивается число деталей и узлов ввиду появления соединительных элементов конструкции и дополнительных деталей, обеспечивающих локали­ зацию функций |блока и связь с другими блоками; д) требуются дополнительные затраты времени и средств на обеспечение взаимо­ заменяемости блоков (увеличение точности их параметров); е) ста­ новится возможным широкое использование преемственности кон­ струкций при разработке серии различных модификаций аппара­

струкции определяются: а) возможностью параллельного выпол­ нения сборочных и регулировочных работ (отдельные блоки можно собирать и регулировать на различных рабочих местах, потоках или конвейерах), что в существенной мере уменьшает общий тех­ нологический цикл и заметно снижает производственные затраты; б) упрощением процессов сборки и регулировки ввиду уменьше­ ния количества конструктивных элементов (по сравнению с аппа­ ратом в целом) и локализацией функций; в) общей технологиче­ ской автономностью, обеспечивающей большую гибкость органи­ зации производственного процесса; г) взаимозаменяемостью, об­ легчающей работу на окончательных сборочных и регулировочных

245

операциях; г) возможность улучшить технологичность всей кон­ струкции аппарата благодаря облегчению механизации производ­ ственных процессов.

блочной конструкции может оказаться утраченной. В случае разделения аппарата на чрезмерно большое количество блоков его стоимость, определяемая факторами технологичности, умень­ шается. Но зато она возрастает под влиянием дополнительных элементов конструкции. На рис. 10.1 дана примерная зависимость стоимости аппарата от количества блоков. Для каждой конструк­ ции аппаратуры может быть найден минимум стоимости.

§10.4. Состав компоновочных работ

иих последовательность

Характер компоновочных работ. В компоновке аппаратуры участвуют специалисты различных профилей, в том числе: кон- структоры-схемисты, конструкторы-механики, конструкторы-ху­ дожники (дизайнеры), технологи и производственники. Все они работают в тесной взаимосвязи друг с другом.

Конструктор-схемист в соответствии с техническим заданием, выданным заказчиком, разрабатывает схему будущего изделия. Конструктор-механик, основываясь на этом схемном решении, создает конструкцию изделия с учетом его прочностных характери­ стик и требований технологичности. Конструктор-художник, по­ лучив компоновочные эскизы, выполняет несколько вариантов художественно-конструкторского оформления изделия. Ознако­ мившись с этими конструкторскими решениями, технолог выби­ рает подходящие для них технологические приемы и необходимую

246

оснастку. Так создается основа для выбора технологических процессов и оборудования.

Последовательность принятия компоновочных решений. Прежде чем приступить к компоновке, следует тщательно изучить прин­ ципиальную электрическую схему и спецификацию к ней и опре­ делить: а) какие из нормализованных деталей и узлов будут при­ менены в данном изделии; б) какие узлы и детали можно заимство­ вать из ранее выпускавшихся конструкций; в) какие узлы необходимо разработать заново.

Основные задачи, решаемые при компоновке, это: а) выбор формы; б) установление основных геометрических размеров; в) ориентировочное определение массы изделия; г) расположение элементов в пространстве.

Ознакомившись со спецификациями к электрическим схемам и с нормалями, конструктор требует представления ему сведений о габаритных и установочных размерах и о механических и клима­ тических характеристиках элементов. По этим данным он подби­ рает номенклатуру установочных и вспомогательных узлов и деталей, ассортимент крепежа, после чего уже можно ориентиро­ вочно определить габариты всего проектируемого изделия и при­ нять принципиальные конструкторские решения: определить число блоков, взаимное расположение и связь между ними, коли­ чество и типы разъемов и соединительных кабелей, необходимое количество ручек органов управления, отсчетных устройств^ индикаторов, которые должны быть расположены на панелях управления.

Компоновка начинается с вычерчивания общего вида изделия,

на разработку изделия в целом.

Выбор способов крепления узлов. При выборе способа крепле­ ния каждого узла надлежит руководствоваться следующими соображениями:

1. Если неподвижные узлы и детали необходимо установить с большой точностью по отношению к другим звеньям механиче­

собязательной фиксацией.

2.Открытые токонесущиеэлементы не следует располагать рядом с металлическими частями соседних деталей во избежание пробоя или замыкания их между собой.

247

3. Узлы и детали, обладающие большой надежностью (срок службы больше или равен сроку службы всего аппарата), можно

из-за недостаточной их надежности или вследствие нарушений эксплуатационного режима, следует крепить способами, позволя­ ющими производить их быструю замену. В этом случае исполь­ зуют резьбовые соединения, защелки, зажимы и т. д.

5.Узлы, обладающие большой сосредоточенной массой, сле­ дует закреплять по возможности в центре их тяжести, или на осях симметрии, проходящих через центр тяжести; при этом расстоя­ ние от центра тяжести до точки закрепления должно быть мини­ мальным.

6.Крепление узла в нескольких удаленных друг от друга точках может привести к деформации (изгибу) деталей и изменению их электрических параметров. Во избежание этого вводят компен­ сирующие прокладки или выравнивают плоскости сопряжения

перед сборкой. По отношению к узлам, особо чувствительным к деформациям, применяют полужесткое крепление: одну или две точки закрепляют жестко, а третью — при помощи упругих эле­ ментов.

7. Прочность крепления во всех случаях является непремен­ ным условием сборки. При конструировании обязательны расчеты элементов крепления на механическую прочность с учетом дина­ мических нагрузок, обусловленных особенностями эксплуатации.

Обычно выполняют несколько вариантов компоновки; в ходе дальнейшей проработки выбирают наилучший из них. Конечным

Целесообразно конструировать аппаратуру в виде стоек или шкафов с размерами, удобными для обслуживания, эксплуатации, монтажа и транспортировки. Узлы основной аппаратуры и кар­ касы выдвижных блоков, размещаемых в стойках, обычно являются типовыми конструкциями. Роль этих конструкций очень важна: они обеспечивают механическую прочность и устойчивость аппа­ ратуры, отвод тепла, защиту от влаги, доступ при обслуживании.

Аппаратура обычно включает в себя следующие конструктивно обособленные части: стойки (шкафы) с блоками основной аппа­ ратуры, органами управления и контроля; пульт управления, контроля и отображения информации; источники питания.

К компоновке каждого вида стационарной аппаратуры надо подходить индивидуально, так как очень часто такая аппаратура составляет единый комплекс устройств, предназначенный для вы-

248

полнения какой-либо определенной практической задачи, которая может не повторять других задач. Однако можно сформулировать и некоторые общие правила:

1. Тяжелые узлы и блоки (например, силовые трансформаторы и блоки питания) следует располагать ближе к донной части

2. Узлы, излучающие тепло (например, мощные сопротивле­ ния), надо изолировать от других частей, чтобы обеспечить кон­ векцию воздуха для рассеивания тепла в окружающее пространство. Иногда для этой цели устанавливают вентиля­ тор. Для циркуляции воздуха внутри прибора на стенках кожухов и в дне проделывают отверстия (жалюзи). При назначении месторасположения отвер­ стий следует обеспечивать направле­ ние воздушного потока .снизу вверх.

Для этой же цели стативы, распола­ гаемые в стативных рядах, надо про­ ектировать без боковых стоек.

ные стержни рамы имеют конструктивные элементы, в которых крепят платы и блоки. Каждый блок может закрываться легко­

стенки, а также задняя дверца отштампованы из листовой стали. Боковые стенки крепят к каркасу на винтах, задняя дверца под­ вешена на петлях. Между вертикальными стержнями стойки, внутри нее, располагают направляющие, служащие для переме­ щения блоков. Стойка обычно закрывается дверьми.

5. Платы относительно стойки располагаются горизонтально и могут крепиться при помощи винтов, быть поворотными или съемными. Типовая конструкция статива шкафного типа приведена на рис. 10.3.

249