8 Разработка пространственной структуры рэа

При разработке пространственной структуры изделия ставится две задачи:

1) определение формы и габаритов;

2) задача компоновка (размещение в объёме, отведённом под конструкцию аппаратуры, модулей низших уровней, элементов охлаждения, органов управления и индикации).

8.1 Выбор формы и габаритов изделия

Выбор формы прибора определяется следующими факторами:

1) местом установки прибора и удобством его соединения с объектом (кораблём, машиной, самолётом);

2) характером и интенсивностью механических нагрузок, действующих во время эксплуатации;

3) формой узлов, из которых комплектуется аппарат;

Рекомендуемые материалы

4) требованиями унификации и стандартизации;

5) требованиями эргономики и эстетики.

Возможны 4 варианта задачи габаритных размеров:

1) все 3 габаритные размеры изделия уже заданы требованиям ТЗ;

2) в ТЗ заданы 2 размера прибора, соответствующих нормальному ряду корпусов, а третий размер конструктору надо определить;

3) задан один из размеров прибора (например, глубина);

4) в ТЗ размеры не заданы, а требуется определить минимальные размеры прибора.

При неизвестных каких-то размерах аппарата руководствуются следующими соображениями:

а) в современных конструкциях РЭА применяют кассетную и книжную конструкцию, типоразмеры которых известны;

б) в одноблочных аппаратах известны по стандартам размеры конструкционных зон – зон размещения ячеек, коммутации ячеек, размещения органов управления, внешней коммутации.

8.2 Методы компоновки

Компоновка – размещение на плоскости или в пространстве различных элементов электронной аппаратуры.

Компоновка – это наиболее сложная и ответственная задача конструирования, которая  занимает много времени, т.к. необходимо рассмотреть несколько возможных вариантов и выбрать оптимальный.

При компоновке необходимо учитывать:

1) состав элементной базы;

2) удобство изготовления конструкции и эксплуатации;

3) ремонтопригодность;

4) защита от дестабилизирующих факторов.

Существует несколько принципов и приёмов компоновки, которые можно представить следующим образом:

Функциональный принцип компоновки заключается в объединении части РЭА в конструктивно-законченную единицу, способную выполнять частную задачу, например преобразование или формирование сигнала.

В зависимости от масштаба охвата изделия метод может быть функционально-узловым или функционально-блочным.

Т.к. функциональные узлы (приёмник, передатчик, дешифратор, индикатор и т.д.) имеют различное оформление, габариты, то эта компоновка затрудняет унификацию.

Модульный принцип компоновки заключается в создании узлов, унифицированных по габаритным и установочным размерам. Этот метод возник для унификации электромонтажных и автоматизации сборочных работ.

Габариты модуля по двум измерениям обычно выбирают одинаковыми и соответствующие габаритам наиболее сложного узла.

Функционально-модульный принцип компоновки стал возможен благодаря появлению микросхем и микропроцессоров, т.к. они представляют собой функционально и конструктивно-законченный модуль.

Т.к. компоновка РЭА выполняется методом последовательных приближений, то применяются ручные приёмы компоновочных работ.

Для оценки укрупнённых характеристик конструкции на ранних стадиях конструирования используются аналитический, а также номографический приёмы.

При аналитической компоновке подсчитывается число элементов каждого вида и ориентировочный объём каждого элемента. Затем с учётом коэффициента заполнения объёма подсчитывают объём конструкции.

Номографическая компоновка реализуется с помощью номограмм, которые приводятся в нормативных документах. Номограмма - чертёж, являющийся особым изображением функциональной зависимости.

Аналитическая и номографическая компоновки выполняются по перечню элементов принципиальных схем.

Недостаток их – не обладают наглядностью и не позволяют получить пространственные компоновочные макеты.

После того как конструктор с помощью аналитической и номографической компоновок получил для себя информацию о возможности скомпоновать конструкцию РЭА, можно с помощью аппликационной или модельной компоновок воспроизвести точный макет будущей конструкции.

При аппликационной компоновке трассировку электрических связей можно осуществить с помощью ЭВМ. (аппликация – воспроизведение схемы с помощью плоских моделей).

Модельная компоновка применяется в том случае, когда разрабатываемая конструкция РЭА имеет сложную форму. Объёмные конструкции, узлы изготавливаются из пенопласта упрощёнными фигурами. Крепление их к несущей конструкции осуществляется клеем. Модельная компоновка позволяет получить пространственные модели сложной формы.

Натурная компоновка – при макетировании предполагается использование реальных конструкций и узлов, благодаря чему получается большая наглядность.

На практике часто натурную компоновку используют вместе с модельной, когда часть блоков заменяются их моделями.

8.3 Внутренняя компоновка РЭС

Компоновка РЭА бывает внутренней и внешней. Под внутренней компоновкой понимают конструкторскую задачу оптимального размещения и выбора взаимной ориентации модулей и узлов в объёме конструкции. Под внешней компоновкой понимают размещение органов управления и индикации на лицевой панели и выбор цветовой гаммы.

В качестве критерия оптимальности при компоновке возможна минимизация следующих показателей:

1) Суммарной длины связей между объектами;

2) Величины перегрева на термочувствительном элементе;

3) Уровня паразитной наводки на чувствительные элементы.

Постановку задачи компоновки определим с помощью следующей системы уравнений:

                                              (1)

где  - длина линий связи, соединяющих  контактов объекта  с  контактами объекта .

,         (2)

где  - суммарный перегрев  элемента,  - перегрев  элемента, обусловленный  элементом,   - допустимое значение перегрева.

Согласно уравнению (2), суммарная величина наведённого перегрева не должна превосходить заданного значения  для  объекта.

 ,        ,                         (3)

где  - расстояние между условными центрами объектов  и ;

,  - эквивалентные радиусы объектов в направлении от их условных центров до поверхности объекта вдоль прямой, соединяющей эти центры;

 - заданная величина расстояния.

Т.е. условие (3) является условием взаимного пересечения объектов.

,              i=1,2…N ,                                       (4)

По этому условию область каждого объекта  должна принадлежать области прибора .

,   ,  i=1,2…N ,                           (5)

где   и   - углы относительно неподвижной системы координат, связанной с блоком, которые определяют ориентацию блока .

Т.е. это требование постоянной взаимной ориентации всех комплектующих объектов (элементы должны иметь  определенную координату в своей системе координат).

8.4 Общие правила внутренней компоновки

При компоновке названными методами рекомендуется придерживаться следующих правил:

1) Следует различать “вход” и “выход” прибора соответственно входным и выходным сигналом, причём “вход” и “выход” следует разнести на максимально возможное расстояние.

      вход                                                      выход

2) При компоновке необходимо придерживаться принципа максимальной связности. Т.е. рядом со входом следует располагать узел наиболее с ним связанный, за ним размещается узел, связанный в максимальной степени с предыдущим и т.д. до “выхода” прибора.

Идеальный случай размещения узлов “в линейку”:

     вход                                                           выход

  Такой случай характерен для высокочастотных приёмно-усилительных устройств.

3) Теплонагруженные узлы целесообразно располагать, возможно, ближе к краям платы, шасси или подложке, на которой выполняется компоновка, а ориентация комплектующих узлов должна обеспечивать наилучшие условия теплообмена.

Люди также интересуются этой лекцией: Национальные программы Билим и Кадры XXI века.

4) Расстояния между источниками помех и приёмниками помех, а также между теплонагруженными и теплочувствительными элементами следует выбирать, возможно, большими.

5) Центр тяжести прибора желательно располагать ближе к геометрическому центру прибора (или к оси, проходящей через центр).

6) Ориентация конструктивных узлов должна выбираться с учётом возможного направления динамических нагрузок, чтобы не было деформаций и  напряжений в элементах конструкции.

7) При выполнении компоновки следует планировать место для элементов ограждения, виброизоляции, герметизации, электромонтажа, крепления.

8) К конструктивным элементам, требующим частого осмотра и замены, должен быть предусмотрен доступ. Это относится в первую очередь к кинематическим узлам.

9)Минимальное расстояние между компонуемыми узлами выбирают с учётом возможного применения автоматических приспособлений для монтажа крепления и электромонтажа (при серийном производстве).