Автоматический переключатель освещения биологической лаборатории

Введение 2
1. Исследовательский раздел 3
1.1.Разработка подробного технического задания 3
1.2. Анализ существующих принципиальных схем регуляторов освещения и выбор наиболее целесообразной. Описание ее работы 5
2. Конструкторский раздел 13
2.1. Разработка конструкции печатной платы и корпуса 13
2.2. Расчет виброустойчивости. 15
2.3. Тепловой расчет 18
2.4. Расчет безотказности 20
3.Технологический раздел 24
3.1. Анализ технологичности конструкции устройства 24
3.2. Разработка технологической схемы сборки 27
3.3. Разработка техпроцесса сборки 30
3.4. Расчет и обоснование точности устройства 30
3.5. Проектирование и расчет технологического приспособления 30
4. Безопасность жизнедеятельности 30
4.1. Анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации прибора 30
4.2. Организация рабочего места монтажника радиоаппаратуры 30
4.3. Анализ факторов, оказывающих вредное воздействие на природу и окружающую среду. Мероприятия по защите природы 30
Заключение 30
Список использованной литературы 30

1.1. Разработка подробного технического задания
На основании исходных данных и поставленной задачи проектирования составлено следующее техническое задание.
1. Наименование, назначение и область применения.
1.1. Прибор предназначается для управления освещением в микробиологическом боксе.
1.2. Прибор найдет применение в институтах биофизики, биохимии, микробиологии, медицины и т.д.
2. Основание для разработки.
Разработка выполняется на основании задания на дипломный проект.
3. Цель разработки.
Автоматизация включения и выключения ультрафиолета и основного освещения.
4. Технические требования.
4.1. Требования к конструкции прибора.
4.1.1. Прибор стационарный.
4.1.2. Программирование режимов работы и параметров их должно осуществляться с передней панели прибора.
4.1.3. Габаритные размеры и масса прибора устанавливается на этапе разработки конструкторских документов.
4.2. Показатели назначения.
4.
...

2.1. Разработка конструкции печатной платы и корпуса
Принципиальная электрическая схема устройства дает представление только о принципе работы устройства, но не о его конструкции. Множество же сложных взаимных связей между элементами, определяемых размещением их в пространстве или на плоскости, показать на принципиальной схеме нельзя. Целесообразно большую часть деталей смонтировать на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм СФ-1-50 ГОСТ 1031Б-78. Его параметры:
• толщина фольги 50 мкм;
• предел прочности на изгиб 130 мПа;
• плотность 2400 кг/м3;
• модуль упругости 3,3*1010 н/м2;
• коэффициент Пуассона 0,25.
Для изготовления печатной платы был выбран субтрактивный химический метод с позитивной фотопечатью, ОСТ4.ГО.010209, допускающий высокую плотность монтажа при высокой плотности.
Главными задачами при трассировке печатной платы были:
1. Обеспечение примерно одинаковой плотности расположения элементов.
2.
...

2.2. Расчет виброустойчивости
Одним из важных условий эксплуатации прибора является его устойчивость к механическим вибрациям. Автомат для управления освещением в микробиологическом боксе – стационарный прибор. Вибрация будет лишь при перевозке. Поэтому следует проектировать его так, чтобы резонансная частота конструкции не попадала в диапазон частот вибраций, при которых транспортируется данный прибор. Резонансная частота устройства должна превышать верхнюю границу частот транспортных нагрузок в 2...3 раза. В предложенном приборе к крышке корпуса привинчиваются переключатели и кнопки, а также на основании корпуса трансформатора. Эти электрорадиоэлементы стандартные. Их установка соответствует требованиям ГОСТов по вибропрочности. В данной работе они не рассчитываются, так как их собственная частота колебаний значительно больше fmax.
Расчет сводится к вычислению собственных колебаний печатной платы с установленными на нее радиоэлементами и без них.
...

2.3. Тепловой расчет
Большая температура влияет на электрические параметры устройства, ухудшает качество работы, увеличивает энергопотребление и даже приводит к выходу из строя отдельных элементов. В данном устройстве трансформатор и микросхема КРЕН8Б будут нагреваться. Поэтому необходим тепловой расчет в следующей последовательности.
1. Рассчитаем объем монтажа.

где n – число элементов, расположенных в корпусе.
Vm= 159,582 см3.
2. Рассчитаем внутренний объем блока.
Мвн.бл. = 5,4*16,4*10,4 =921,024 см3.
3. Тогда коэффициент занятости.
Кз = Vm/Vвн.бл. = 0,173.
4. Поверхность корпуса рассчитывается по формуле.

l1=А; l2=В; l3 = H;
Sк = 0,63 м2.
5. Определим условную поверхность нагретой зоны.
Sзоны = 2*(l1*l2 +(l1+l2)*l3*к3) = 2*((16,4+10,4)*5,4*0,173) = 0,039 м2;
6. Удельная мощность корпуса.

где Р- максимальная мощность устройства;
Р = 0,36Вт;
Р = U*I,
Imaax - при открытом транзисторе;
Imaax = 12В/510Ом;

7. Удельная мощность нагретой зоны.


2.4. Расчет безотказности
Надежность – это свойство РЭС сохранить во времени и в установленных пределах значения всех требуемых характеристик, параметров и показателей при заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов и т.д.
В данной работе используется упрощенная формула определения вероятности безотказной работы:
Р =e– λt .
так как будем считать, что поток отказов простейший.
В соответствии номенклатурой применяемых элементов определим интенсивность отказов по формуле:

где Ni– количество элементов i-го типа;
m– число типов элементов;
hi– интенсивность отказа i-го типа элемента.

где α1, α2 коэффициенты тепловой и электрической нагрузки соответственно;
α3 - коэффициент влажности.
Для удобства в расчетах все необходимые величины сведем в таблицу 2.2 .

Таблица 2.
...

3.1. Анализ технологичности конструкции устройства
Первым этапом технологической подготовки производства является отработка конструкции прибора на технологичность. Оценка технологичности осуществляется по двум направлениям:
1. качественная оценка технологичности;
2. количественная оценка технологичности.
Сделаем качественную оценку разработанного устройства. Как видно из конструкторской части настоящего дипломного проекта прибор обладает достаточной надежностью (Р=0,965 приТ=1500ч) вибростойкостью, не перегревается. Простота конструкторских решений предоставляет потребителю возможность ремонт данного устройства без привлечения каких бы то ни было дополнительных средств, исключая традиционные (отвертка, паяльник, пинцет и т.д.). Все элементы данного устройства стандартные, а, следовательно, взаимозаменяемы. Основным показателем безопасности прибора является низкая потребляемая мощность.
...

3.2. Разработка технологической схемы сборки
После анализа технологичности проводят разделение изделия на сборочные элементы путем построения схем сборочного состава. Наиболее широко применяются схемы сборки «веерного» типа и схемы сборки с базовой деталью. Достоинством схемы сборки «веерного» типа является ее простота и наглядность, но она не отражает последовательности сборки.
Схема с базовой деталью указывает последовательность сборочного процесса. При составлении такой схемы необходимо выделить базовый элемент. Обычно выбирают ту деталь, поверхности которой будут впоследствии использованы при установке в готовое изделие, например, плата, нижнее или верхнее основание корпуса.
На схеме каждый элемент изделия условно обозначен прямоугольником, в котором указывают наименование элемента, его индекс и количество. При необходимости на схеме помещают дополнительные надписи, определяющие содержание операций.
...

3.3. Разработка техпроцесса сборки
3.3.1. Выбор вида техпроцесса
Технологические процессы бывают следующих видов.
1. По виду разработки или применения:
• единичные;
• типовые;
• групповые.
Единичные – технологические процессы, по которым изготавливаются изделия одного типоразмера, наименования и типоразмера.
Типовые – изготовление устройств единой классификационной группы (одно конструктивное исполнение и одинаковые требования по точности и качеству).
Групповые – изготовление устройств, объединенных видами обработки.
2. По назначению:
• рабочие (выполнение по рабочей конструкторской и технологической документации);
• перспективные (направлены на методы, которые еще предстоит освоить).
3. По степени детализации технологической документации:
• маршрутные;
• операционные;
• маршрутно-операционные.
Маршрутные – последовательность операций без содержания переходов и режимов.
...

3.4. Расчет и обоснование точности устройства
3.4.1. Обоснование функциональной точности
Всего существуют 5 методов обеспечения функциональной точности устройства при сборке:
• полной взаимозаменяемости;
• неполной взаимозаменяемости;
• групповой взаимозаменяемости;
• подгонки или компенсаторов;
• регулировки.
Так как устройство собрано на логических микросхемах, то разброс параметров резисторов и конденсаторов может быть до 10%. В техпроцессе предусмотрена операция контроля устройства, с помощью которой возможно выявление брака.
Поэтому обеспечить необходимую функциональную точность устройства в данном случае позволяет метод полной взаимозаменяемости. Суть метода заключается в том, что требуемая точность достигается включением в схему узла элементов с определенными допусками на их параметры без дополнительного подбора и подгонки.
...

3.5. Проектирование и расчет технологического приспособления
В процессе изготовления РЭА приходится сталкиваться со множеством проблем. Одной из них является закрепление малогабаритных печатных плат для проведения монтажа. Очень удобно использовать для этой цели держатель. Данное приспособление дает возможность устанавливать печатные платы в различных угловых положениях. Это стало возможным благодаря использованию кронштейна. Для крепления печатных плат служат две зажимные губки, изготовленные из стали. На рабочие поверхности губок наклеена резина для надежного закрепления печатных плат толщиной от 1 до 4 мм. Для сжатия губок служат винты и нестандартные фигурные гайки. Для работы приспособление необходимо закрепить на краю стола, используя зажимной винт кронштейн.
Проведем расчет собираемости устройства по двум цилиндрическим поверхностям.
Для этого необходимо составить размерную цепь, содержащую величину Δ.

Рисунок 3.
...

4.1. Анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации прибора
При эксплуатации прибора могут возникнуть следующие опасные и вредные факторы для человека:
1. Опасность поражения электрическим током.
2. Длительное воздействие жесткого ультрафиолетового излучения.
Рассмотрим и проанализируем каждый из них.
К прибору, разрабатывающемся в дипломном проекте, подается переменное напряжение 220 В, 50 Гц и в случае нарушения заземления, изоляции проводов или корпуса прибора человек может оказаться под напряжением. Исход воздействия тока на человека зависит от ряда факторов, в том числе от значения и длительности протекания через тело человека тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека. Человек начинает ощущать протекающий через него ток промышленной частоты (50Гц) относительно малого значения: 0,6 – 1,5мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Ток 10-15мА (при 50Гц) вызывает сильные судороги мышц, которые человек преодолеть не в состоянии.
...

4.2. Организация рабочего места монтажника радиоаппаратуры
4.2.1. Экономические характеристики рабочего места монтажника
Конструкции, взаимное расположение элементов рабочего места должны соответствовать антропометрическим, физиологическим, гигиеническим и психофизиологическим требованиям.
Антропометрические показатели определяются соответствием конструкции размерам и форме тела человека, распределению массы его тела.
Гигиенические показатели определяются уровнями освещенности, температуры, влажности, запыленности и давления воздуха; напряженности магнитного и электрического полей, радиации, токсичности, шума, вибраций; гравитационных перегрузок и ускорений.
Физиологические и психофизиологические показатели определяются соответствием конструкции возможности человека: силовым, скоростным, зрительным, слуховым, осязательным, обонятельным.
...

4.3. Анализ факторов, оказывающих вредное воздействие на природу и окружающую среду. Мероприятия по защите природы
Основными технологическими операциями в приборостроении при изготовлении печатных плат являются:
• механическая обработка (отрезка, штамповка, зенковка, сверление, зачистка и т.д.);
• химическая обработка (травление, обезжиривание и т.д.);
• электрохимическая обработка (палладирование, никелирование и т.д.);
• покрытие (лаками, красками и т.д.);
• пайка, лужение, обжиг и т.д.
При осуществлении операций выделяются вредные вещества. Часть вредных веществ выделяются в воздух, а другая часть загрязняет сточные воды, Печатную плату данного дипломного проекта будем изготавливать субтрактивно химическим методом.
Применяемые и выделяющиеся при этом в воздух вредные вещества следующие – пыль стеклотекстолита (при операциях сверления, отрезки, зенкования), пары едкого натра (ОБУВ = 0,1 мг*м-3), формалина при химическом меднении, пары серной кислоты (qп.д.
...

1. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. для вузов/ Под ред. В. Б. Пестрякова. – М.: Радио и связь, 1992. -432 с.
2. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб.для радиотехнич. спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1990. - 432 с. ил.
3. Конструкторско- технологическое проектирование элек-тронной аппаратуры: Учебник для вузов/ Под ред. Шахнова. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд- во МГТУ им. Баумана, 2002,- 528с., ил
4. Преснухин Л.Н. и др. Основы конструирования микро-электронных вычислительных машин. М., «Высшая школа», 1976.-508 с.
5. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование ра-диоэлектронной аппаратуры. -Л.:, «Энергия», 1972.-536 с.
6. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: учеб.пособие для студ. высш. учебных заведений /Г.Ф. Бака-нов, С.С. Соколов, В.Ю. Суходольский; под ред. И.Г. Мироненко. - М.: Издательский центр "Академия", 2007. - 368 с.
7. Дозоров К.Н., Матвеенко Л.С., Сурков Д.А. / Основы про-ектирования приборов и систем: Учебное пособие / Москва / МАИ / 2010.- 95 с.
8. Пирогова Е.С. Проектирование и технология ПП: Учебное пособие, -М.: Форум Инфра, 2005, -560с.
9. Колуков В.В. Основы методологии проектирования и кон-струирование РЭА: Учебное пособие. -М.: Изд-во МГАПИ, 2002.- 98с.
10. Автоматизированное проектирование узлов и блоков РЭС средствами современных САПР: Учеб.пособие для вузов/ И. Г.Мироненко, В. Ю.Суходольский, К. К.Холуянов; Под ред. И. Г.Мироненко. − М.: Высш. шк., 2002.-391с.
11. Кириллов В.Ю. / Стандарты и методы испытаний элек-тромагнитной совместимости технических средств: Учебное пособие / Москва / МАИ / 2006.68 с.
12. Кечиев Л.Н., Акбашев Б.Б., Степанов П.В. Экранирование технических средств и экранирующие системы. - М.: ООО "Группа ИДТ", 2010. - 470 с.
13. Уилльямс Т. ЭМС для разработчиков продукции /Пер. с англ. под ред. Л.Н. Кечиева. - Издательский Дом "Технологии", 2003. - 540 с. : ил.
14. Даниелов Э.Р., Костенко Н.А., РусановаЕ.М.и др. / Расчет плоских рам на устойчивость и вибрационную нагрузку: Электронное мультимедийное учебное пособие / Москва / МГОУ / 2007.-53с.
15. Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материа-лы. - М.: Техносфера, 2005.- 304 с.л.
16. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. - 560 с.
17. Технологии в производстве электроники. Часть III. Гибкие печатные платы/ Под общ.ред. А.М. Медведева и Г.В. Мылова - М.: "Группа ИДТ", 2008. - 488 с.
18. Болотин И.Б., Кечиев Л.Н., Панов А.В., Славина А.А. Проектирование печатных плат для корпусов BGA. М.: Изд-во МИ-ЭМ, 2006. - 156 с.
19. Уваров А.С. / Автотрассировщики печатных плат / Моск-ва / ДМК Пресс / 2006.- 288 с.
20. Кечиев Л.Н., Феоктистов А.И., Фомичева Н.С. Анализ це-лостности сигналов в САПР печатных плат. М.: Изд-во МИЭМ, 2006. - 156 с.
21. Кольтюков Н.А., Белоусов О.А. Проектирование несущих конструкций радиоэлектронных средств: Учебное пособие. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2009. - 84 с.
22. Уразаев В.Г. Влагозащита печатных узлов. - М.: Техно-сфера, 2006. - 344 с.
23. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справ.пособие / Э.Т. Романычева и др. - М.: Радио и связь, 1984. - 256 с.
24. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочник / Э.Т. Романычева и др.; Под ред. Э.Т. Романыче-вой. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989. - 448с.
ГОСТ 2.001-93 (1995) ЕСКД. Общие положения
ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конст-рукторских и технологических документов на печатающих и графи-ческих устройствах вывода ЭВМ
ГОСТ 2.101-68 (1995) ЕСКД. Виды изделий
ГОСТ 2.102-68 (1995) ЕСКД. Виды и комплектность конструк-торских документов
ГОСТ 2.103-68 (1995) ЕСКД. Стадии разработки
ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым докумен-там
ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые файлы
ГОСТ 2.111-68 (1995) ЕСКД. Нормоконтроль
ГОСТ 2.114-95 (2001) ЕСКД. Технические условия
ГОСТ 2.118-73 (1995) ЕСКД. Техническое предложение
ГОСТ 2.119-73 (1995) ЕСКД. Эскизный проект
ГОСТ 2.120-73 (1995) ЕСКД. Технический проект
ГОСТ 2.123-93 (1995) ЕСКД. Комплектность конструкторских документов на печатные платы при автоматизированном проектиро-вании
ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
ГОСТ 2.302-68*ЕСКД. Масштабы
ГОСТ 2.701-84 (с изм. 1 1990, 2 1992) ЕСКД Схемы. Виды и ти-пы. Общие требования к выполнению
ГОСТ 2.709-89 ЕСКД Обозначения условные проводов и кон-тактных соединений электрических элементов оборудования и участ-ков цепей в электрических схемах
ГОСТ 2.710-81 ЕСКД Правила выполнения схем
ГОСТ 2.758-81 ЕСКД Обозначения условные графические в схемах. Сигнальная техника
ГОСТ 2.764-86 ЕСКД Интегральные оптоэлектронные элементы индикации
ГОСТ 10317-79 Платы печатные. Основные размеры.
ГОСТ 23751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкции.