62263 (Блок интерфейсных адаптеров), страница 6

Основная компоновочная схема изделия определяет многие важнейшие характеристики РЭС: габариты, вес, объем монтажных соединений, способы защиты от полей, температуры, механических воздействий, ремонтопригодность.

Различают три основные компоновочные схемы РЭС [13]:

• централизованная;

• децентрализованная;

• централизованная с автономными пультами управления.

Каждая из этих схем обладает своими достоинствами и недостатками.

При централизованной компоновке все элементы сложной системы располагаются в одном отсеке на специальных этажерочных конструкциях или шкафах, длина и количество межблочных соединений сведены к минимуму, ремонт и демонтаж наиболее удобны, легче выполнить качественные системы охлаждения и амортизации. Такая компоновочная схема требует более тщательной экранировки, вызывает затрудненность компоновки изделия, часто требующей доработки его, обладает относительно меньшей надежностью систем охлаждения, герметизации, виброзащиты [13].

Децентрализованная компоновочная схема обеспечивае относительно большую легкость размещения элементов изделия на обьекте, не требуется тщательная экранировка отдельных блоков, присоответствующих схемных решениях может быть более надежной, сохраняя частичную работоспособность при выходе из строя отдельных элементов изделия. Недостатком является значительная длина межблочных соединений, затруднен полный демонтаж системы, для каждого отдельного блока необходимо предусматривать автономные системы охлаждения, виброзащиты [13].

Наиболее распространен способ централизованной компоновки, при котором все элементы сложной РЭС, кроме входных и управляющих устройств, распологают в одном участке или отсеке блока. Однако внутри этого отсека компоновка выполняется в виде совокупности отдельных блоков и приборов [13]

6.2 Выбор и обоснование метода и принципа конструирования

На основе проведенного разбиения электрической схемы и анализа существующих конструкций выбирается метод конструирования устройства в целом и его частей. Существующие методы конструирования РЭС подразделяются на три взаимосвязанные группы [14]:

• по видам связей между элементами;

• по способу выявления и организации структуры связей между элементами;

• по степени автоматизации конструирования РЭС - зависит от назначения аппаратуры и ее функций, преобладающего вида связей, уровня унификации, автоматизации и т.д.

Рассмотрим кратко сложившиеся методы конструирования РЭС.

Геометрический метод. В основу метода положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорных точек, число и размещение которых зависит от заданных степеней свободы и геометрических свойств твердого тела [14].

Машиностроительный метод. В основу этого метода конструирования положена структура механических связей между элементами, представляющая собой систему опорных поверхностей. Машиностроительный метод используется для конструирования устройств и элементов РЭА, которые несут большие механические нагрузки и в которых неизбежны вследствие этого большие деформации [14].

Топологический метод. В основу метода положена структура физических связей между ЭРЭ. Топологический метод, в принципе, может применяться для выявления структуры любых связей, однако конкретное его содержание проявляется там, где связности элементов может быть сопоставлен граф [14].

Метод проектирования моноконструкций. Основан на минимизации числа связей в конструкции, он применяется для создания функциональных узлов, блоков, РЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла (моноблока) с оригинальными элементами [14].

Базовый (модульный) метод конструирования. В основу метода положен модульный принцип проектирования. Деление базового метода на разновидности связано с ограничениями, схемной конструкторской унификацией структурных уровней (модулей функциональных узлов, блоков). Базовый метод является основным при проектировании современной РЭА, он имеет много преимуществ по сравнению с методом моноконструкций [14]:

• на этапе разработки позволяет одновременно вести работу над многими узлами и блоками, что сокращает сроки проведения разработок; упрощает отладку и сопряжение узлов в лаборатории, так как работа любого функционального узла определяется работой известных модулей, резко упрощается конструирование и макетирование; сокращает объем оригинальной конструкторской документации, дает возможность непрерывно совершенствовать аппаратуру без коренных изменений конструкции; упрощает и ускоряет внесение изменений в схему, конструкцию и конструкторскую документацию;

• на этапе производства сокращает сроки освоения серийного производства аппаратуры; упрощает сборку, монтаж, снижает требования к квалификации сборщиков и монтажников; снижает стоимость аппаратуры благодаря широкой механизации и автоматизации производства; повышает степень специализации производства;

• при эксплуатации повышает эксплуатационную надежность РЭА, облегчает обслуживание, улучшает ремонтопригодность аппаратуры.

При компоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость, стабильность, требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта. Размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней должно обеспечивать равномерное и максимальное заполнение конструктивного объема с удобным доступом для осмотра, ремонта и замены. Замена детали или сборочной единицы не должна приводить к разборке всей конструкции или ее составных частей. Для устойчивого положения изделия в процессе эксплуатации центр тяжести должен находиться, возможно, ближе к опорной поверхности. При компоновке модулей всех уровней необходимо выделить достаточно пространства для межсоединений.

При проектировании необходимо придерживаться следующих рекомендаций [14]:

• минимальный внутренний радиус изгиба проводника должен быть не менее диаметра провода с изоляцией;

• провода питания переменного тока следует свивать для уменьшения возможности наводок;

• провода, подводящие к сменным элементам должны иметь некоторый запас по длине, допускающий повторную заделку провода;

• провода не должны касаться острых металлических кромок;

• монтажные провода целесообразно связать в жгут, при этом обеспечивается возможность расчленения монтажных операций на более простые.

Для разъемного варианта конструкции большое распространение получило использование объединительной печатной платы, что позволяет существенно уменьшить габаритные размеры изделия, упростить сборку.

При компоновке РЭС необходимо решать вопросы электромагнитной совместимости элементов, в частности, защиты от электромагнитных, электрических и магнитных помех.

При защите РЭС от воздействий помех, определяют максимальное значение сигналов помехи на выходах схем, усложняют схему введением фильтров на линиях входа-выхода, устраняют помехи по линиям электропитания с помощью радиочастотных фильтров, экранируют входные цепи чувствительных схем, для элементов РЭС разрабатывают кожухи-экраны.

В качестве метода конструирования выбираем базовый (модульный) метод конструирования.

На основании вышеизложенного выбираем для разрабатываемой конструкции блока интерфейсных адаптеров электронный модуль второго уровня ЭМ2 разъемной конструкции. Основой конструкции является каркас, образованный двумя литыми из алюминиевого сплава рамками, соединенными между собой продольными профилированными планками. На верхней и нижней части каркаса установлены маркировочные линейки, на которых по соответствующим адресам закреплены направляющие для плат. Платы вставляются по направляющим в ячейки. Все платы располагаются в правой части блока интерфейсных адаптеров, а слева - для равномерного распределения центра масс - расположен блок питания, который снизу крепится винтами к каркасу, а сзади - к задней панели. На одной из длинных сторон плат крепится фальшпанель, которая при установке платы в конструкцию, прикручивается сверху и снизу винтами к каркасу. Такая конструкция позволяет повысить ремонтопригодность, т.к. любую плату можно извлечь из блока не разбирая конструкцию, также позволяет исключить использование передней панели по той причине, что спереди корпус закрывается фальшпанелями.

Сверху и снизу каркас закрывается перфорированными крышками, а сбоку и сзади - панелями, которые крепятся винтами. Перфорация крышек применена для обеспечения нормального теплового режима блока интерфейсных адаптеров. На боковых панелях имеются планки, прикрепленные винтами, предназначенные для установки блока интерфейсных адаптеров в стойку. Для удобства установки и извлечения блока из стойки спереди имеются две ручки, прикрепленные винтами к выступам боковых панелей. Выступы имеют отверстия для закрепления конструкции в стойке. К задней панели крепятся разъемы для подключения кабелей интерфейсных адаптеров, для подключения напряжения сети к блоку питания. Также на ней нанесена маркировка номеров разъемов и напряжения сети 220В, 50Гц. Для обеспечения нормального теплового режима блока питания в задней панели имеются отверстия, через которые продувается воздух вентилятором установленным в блоке питания.

Внутриблочная коммутация плат осуществляется посредством объединительной платы, на которой расположены вилки для подключения розеток соответствующих плат. Это позволяет исключить кабели для межплатной коммутации, что повышает устойчивость схемы к элекромагнитным помехам.

7 ВЫБОР СПОСОБОВ И МЕТОДОВ ТЕПЛОЗАЩИТЫ, ГЕРМЕТИЗАЦИИ, ВИБРОЗАЩИТЫ И ЭКРАНИРОВАНИЯ

7.1 Выбор способа теплозащиты

Для обеспечения нормального теплового режима необходимо выбрать такой способ охлаждения блока интерфейсных адаптеров (далее "блока"), при котором количество тепла, рассеиваемого в окружающую среду, будет равным мощности теплоты выделения блока, при этом также необходимо учесть теплостойкость элементной базы.

Расчет температуры всех входящих в блок элементов представляет собой чрезвычайно трудоемкий процесс. В связи с этим встает вопрос: для каких элементов необходимо рассчитывать температуру, чтобы с заданной достоверностью можно было судить о соответствии теплового режима всего блока требованиям технического задания.

Методика определения числа элементов РЭС, подлежащих расчету теплового режима, состоит в следующем [15]:

1. Задаемся вероятностью правильного расчета р.

Если вероятность p > 0,8, то можно остановиться на выбранном способе охлаждения. При вероятностной оценке 0,8 > р > 0,3 можно применить выбранный способ охлаждения, однако при конструировании РЭС обеспечению нормального теплового режима следует уделить тем больше внимания, чем меньше вероятность. При вероятности 0,3 > р > 0,1 не рекомендуется использовать выбранный способ охлаждения.

Исходя из вышеизложенного, задаемся вероятностью правильного расчета р > 0,8.

2.Определяем средний перегрев нагретой зоны.

Исходными данными для проведения последующего расчета являются:

• K_з- коэффициент заполнения по объему 0,6;

• суммарная мощность, рассеиваемая в блоке, Вт 30;

• давление окружающей среды, кПа 87;

• давление внутри корпуса, кПа 87;

• габаритные размеры корпуса, м 483х0,295х0,264;

• площадь i-го перфорационного отверстия, м² 0,472 10^-4;

• количество перфорационных отверстий 320.

Средний перегрев нагретой зоны перфорированного корпуса блока с естественным воздушным охлаждением определяется по следующей методике [16]:

1. Рассчитывается поверхность корпуса блока:

, (7.1)

где L₁, L₂ - горизонтальные размеры корпуса, м;

L₃ - вертикальный размер, м.

Для разрабатываемой конструкции блока L₁ = 0,483м, L₂ = 0,295м, L₃ = 0,264м. Подставив данные в (7.1), получим:

м².

1. Определяется условная поверхность нагретой зоны:

, (7.2)

где k_З - коэффициент заполнения корпуса по объему. В нашем случае k_З = 0,6. Подставляя значение k_З в (7.2), получим:

м².

Определяется удельная мощность корпуса блока:

, (7.3)