Материалы сайта
Это интересно
Проектирование схемы телефонного сигнализатора
МТК Справочное пособие по расчетам надежности. Составлено преподавателем Виноградовой Г. В. Методическая разработка по теме: 1. "Ориентировочный расчет не резервированного модуля СВТ с учетом влияния внешних воздействий". (Специальность 2201) 2. "Расчет надежности функционального узла РЭА." (Специальность 2301) Цель работы: Научиться рассчитывать среднюю наработку на отказ и вероятность безотказной работы не резервированного модуля с учетом влияния внешних воздействий. 1. Общие положения. Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени. Надежность является комплексным свойством, которое обуславливается качественными характеристиками (безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостю) и количественными: - вероятность безотказной работы: -(сх*t Р = e , (1) где е - основание натурального логарифма; (сх - интенсивность отказа схемы; t - заданное время работы схемы. - средняя наработка на отказ: Тср. = 1/(сх , (2) - интенсивность отказа схемы: (изд. = (nR + (nC + ... + (платы + (пайки , (3) где (n - интенсивность отказов всех элементов данной группы; (платы - интенсивность отказов печатной платы; (пайки - интенсивность отказа всех паек. Надежность элементов функционального модуля является одним из факторов, существенно влияющих на интенсивность отказа изделия в целом. Интенсивность отказов элементов зависит от конструкции, качества изготовления, от условий эксплуатации и от электрических нагрузок в схеме. Коэффициент нагрузки: - для транзисторов K=Pc/Pc max , (4) где Рс - фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе, Рс max - максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе. - для диодов K=I/Imax , (5) где I - фактически выпрямленный ток, Imax - максимально допустимый выпрямленный ток. - для конденсаторов K=U/Uн , (6) где U - фактическое напряжение, Uн - номинальное напряжение конденсатора. - для резисторов и трансформаторов К=Р/Рн , (7) где Р - фактическая мощность рассеивания на радиокомпоненте, Рн - номинальная мощность. При увеличении коэффициента нагрузки, интенсивность отказа увеличивается. Интенсивность отказа увеличивается так же, если радиокомпонент эксплуатируется в более жестких условиях: с повышенной температурой окружающего воздуха и влажности, увеличенных вибрациях, ударах и т. д. В настоящее время наиболее изучено влияние на надежность коэффициента нагрузки и температуры. В таблице 1 приведены ориентировочные значения интенсивности отказов для некоторых групп радиокомпонентов при использовании вычислительной техники. Эти значения интенсивности отказов получены для случая, когда коэффициент нагрузки К=1 и температура t=20( С и обозначаются (о. Влияние на надежность фактического значения коэффициента нагрузки и температуры учитываем при помощи коэффициента влияния, значения котрого для некоторых групп радиокомпонентов приведены в таблице 2. Интенсивность отказов при заданном значении температуры окружающей среды и нагрузки определяется по формуле: (=(о*( . (8) 2. Исходные данные для расчета. 1. Схема Э3. 2. Перечень используемых компонентов ПЭ и Э3. 3. Температура окружающей среды. 4. Фактическое значение параметра (Кн). 5. Конструктивные особенности радиокомпонентов. Для удобства расчета, однотипные компоненты, находящиеся при одинаковых (близких) температурах и работающих при одинаковых (близких) электрических нагрузках, можно объединять в одну группу. Исходные и расчетные данные заносятся в таблицу 1.3. 3. Расчет. 1. По данным, содержащимся в технических условиях на радиокомпонент, рассчитываем значение параметра, определяющего надежность, а так же структурную характеристику радиокомпонента (для транзистора - кремниевый, для конденсатора - керамический и т. д.). Эти данные внесены в таблицу 3. 2. По формулам 4-7 определяем коэффициент нагрузки. 3. По таблице 2 определяем значение коэффициента (, для этого используем температуру окружающей среды и коэффициент нагрузки из таблицы 3. 4. Из таблицы 1 выбираем значения (о для интересующих нас радиокомпонентов. 5. По формуле 8 рассчитываем интенсивность отказа (i каждой группы радиокомпонентов. 6. По формуле (n = n*(i , где n - количество радиокомпонентов, определяем интенсивность отказа для каждой группы радиокомпонентов, работающих в одинаковых условиях. 7. По формуле (=(1+(2+...+(n , где (1, (2, (n - интенсивности отказов первого, второго, n - ого элемента с учетом всех воздействующих факторов, находим значения для всего функционального узла, для этого суммируем все цифры, записанные в графе 9. 8. По формуле 3 определяем среднюю наработку на отказ. 9. При заданном времени, в течении которого изделие должно работать безотказно, определяем вероятность безотказной работы по формуле 1. Контрольные вопросы: 1. Что такое показатель скорости? 2. Перечислить основные качественные показатели надежности и дать им определения. 3. Перечислить основные количественные показатели надежности, написать формулы. 4. Какие численные значения может принимать вероятность безотказной работы? 5. Как определяется интенсивность отказа? В каких единицах она измеряется? Литература: 1. ТУ или справочник на радиоэлементы. 2. Математическая таблица Брадиса или микро-ЭВМ (для определения функции e, где e - основание натурального логарифма). Приложения. Таблица 1. |Наименование радиокомпонентов. |Интенсивность отказов ((о). | |1 |2 | | |Для германиевых. Для кремниевых.| |Диоды. | | |Выпрямительные точечные. | | |Выпрямительные микроплоскостные. |0,7 2 | |Выпрямительные плоскостные. |- 0,7 | |Выпрямительные плоскостные повышенной|- 5,0 | |надежности. |- 2,5 | |Импульсные точечные. | | |Мезадиоды. |3 - | |Импульсные сплавные. |2 2,5 | |Стабилитроны. |- 0,6 | |Варикапы. |- 5 | |Выпрямительные столбы. |- 5 | | |4,2 4,5 | |Транзисторы. | | |Маломощные НЧ. | | |Мощные НЧ. |3 4 | |Маломощные ВЧ. |4,6 - | |Мощные ВЧ. |2,6 - | |Микромодульные. |5 1,7 | |Полевые. |1 - | | |- 1 | |Микросхемы. | | |Полупроводниковые ИС. |-8 | |Полупроводниковые БИС. |0,8*10 | |Гибридные тонкопленочные. |10 | |Гибридные толстопленочные. |10 | | |10 | |Непроволочные резисторы. | | |МЛТ-0,25. | | |МЛТ-0,5. |0,4 | |МЛТ-1,0. |0,5 | |ВС-0,5. |1,0 | |ВС-1,0. |0,8 | |ТВО-1,0. |1,35 | |СП-1,0. |0,45 | |СПО-1,0. |0,8 | | |0,7 | |Наименование радиокомпонентов. |Интенсивность отказов ((o). | |1 |2 | | | | |Проволочные резисторы. | | |ПЭВ 2 ... ПЭВ 100 |2,6 - 12,0 | |ПКВ-2 ... ПЭВ-5 |2,0 - 2,5 | |ПТН-1 |1,4 | |ПП 3 |10,0 | |РП-2 |3,0 | | | | |Конденсаторы. | | |Бумажные. |2,0 | |Металлобумажные. |1,8 | |Слюдяные. |1,2 | |Стеклянные. |1,6 | |Керамические. |1,4 | |Пленочные. |2,0 | |Электролитические алюминиевые. |2,4 | |Электролитические танталовые. |2,2 | | | | |Моточные изделия. | | |Автотрансформаторы. |5,0 | |Импульсные. |0,5 | |Дроссели. |1,0 | |Катушки индуктивности. |0,5 | |Линии задержки. |5,0 | | | | |Соединители. | | |РМ. |0,003 | |СНЦ. |0,002 | |РН. |0,02 | |СНП. |0,005 | | | | |Переключатели и другие элементы. | | |Кнопочные. |20,0 | |Пакетные. |50,0 | |Галетные. |30,0 | |Микровыключатели. |30,0 | |Тумблеры. |70,0 | |Предохранители. |12,0 | |Держатели предохранителей. |0,2 | |Разъемы штепсельные. |0,5 | |Разъемы коаксиальные. |0,04 | |Гнезда контактные. |0,2 | |Лампы сигнальные. |0,3 | |Ламповые панели. |10,0 | |Пайка. |0,004 | |Волноводная секция. |1,5 | |Вывод высокочастотный. |2,6 | |Магниты. |5,6 | Таблица 2. |t(, C|Значение ( при различных значениях Кн. | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,7 |Кн = 1,0 | | |20 |0,18 |0,22 |0,52 |1,0 |резисторы типа | |40 |0,2 |0,3 |0,62 |1,3 |ОВС, ОМЛТ, МТ, СПО, | |60 |0,2 |0,42 |0,9 |2,2 |УЛИ, УЛМ | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,7 |Кн = 1,0 | | |20 |0,3 |0,4 |0,6 |1,0 |пленочные | |40 |0,4 |0,6 |0,8 |2,0 |углеродистые | |60 |0,57 |0,75 |1,0 |4,0 |резисторы | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,7 |Кн = 1,0 | | |20 |0,78 |0,79 |0,9 |1,0 |композиционные | |40 |0,81 |0,9 |1,2 |1,4 |резисторы | |60 |1,2 |1,4 |1,6 |2,0 | | | |Кн =0,25 |Кн = 0,5 |Кн = 0,7 |Кн = 1,0 | | |20 |0,1 |0,1 |0,3 |1,0 |проволочные | |40 |0,3 |0,4 |0,7 |1,4 |резисторы | |60 |0,4 |0,6 |1,1 |- | | | |Кн = 0,3 |Кн = 0,5 |Кн = 0,8 |Кн = 1,0 | | |20 |0,1 |0,20 |0,55 |1,0 |переменные | |40 |0,11 |0,25 |0,65 |1,2 |проволочные | |60 |0,12 |0,35 |0,75 |1,3 |резисторы | | |Кн = 0,3 |Кн = 0,5 |Кн = 0,8 |Кн = 1,0 | | |20 |0,045 |0,08 |0,5 |1,1 |конденсаторы | |40 |0,06 |0,09 |0,65 |2,2 |с бумажной изоляцией | |60 |0,07 |0,12 |0,85 |4,0 | | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,8 |Кн = 1,0 | | |20 |0,1 |0,18 |0,45 |1,0 |конденсаторы | |40 |0,12 |0,3 |0,62 |1,7 |со слюдяным | |60 |0,3 |0,65 |1,0 |2,8 |изолятором | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,7 |Кн = 1,0 | | |20 |0,2 |0,6 |0,6 |1,0 |конденсаторы | |40 |0,3 |6,6 |0,7 |1,5 |СКМ | |60 |0,5 |0,7 |1,7 |3,0 | | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,7 |Кн = 1,0 | | |20 |0,01 |0,1 |0,35 |1,0 |конденсаторы | |40 |0,05 |0,1 |0,4 |1,35 |с керамическим | |60 |0,08 |0,13 |0,6 |1,8 |изолятором | | |Кн = 0,3 |Кн = 0,5 |Кн = 0,8 |Кн = 1,0 | | |20 |0,65 |0,45 |0,8 |1,0 | | |40 |1,0 |0,65 |1,2 |2,0 |К50-3 | |60 |2,8 |2,0 |3,8 |5,8 | | | |Кн = 0,4 |Кн = 0,7 |Кн = 0,8 |Кн = 1,0 | | |20 |0,2 |0,38 |0,55 |1,0 |электролитические | |40 |0,35 |0,45 |0,65 |1,3 |танталовые | |60 |0,5 |0,65 |1,0 |2,7 | | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,6 |- | | |20 |0,3 |0,4 |0,6 |- |катушки индуктивности | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,8 |- | | |20 |0,1 |0,2 |0,3 |- |трансформаторы | |40 |0,1 |1,0 |2,0 |- | | |60 |0,1 |1,0 |6,0 |- | | | |Кн =0,25 |- |Кн = 0,5 |Кн = 1,0 | | |20 |0,25 |- |0,55 |1,1 |плоскостные | |30 |0,4 |- |0,7 |1,4 |германиевые | |40 |0,7 |- |1,4 |4,9 |диоды | |50 |2,0 |- |6,5 |- | | | |Кн =0,25 |- |Кн = 0,5 |Кн = 1,0 | | |20 |0,1 |- |0,5 |1,0 |кремниевые | |40 |0,18 |- |0,38 |1,3 |точечные | |60 |0,3 |- |1,2 |1,8 |диоды | | |Кн =0,25 |Кн = 0,5 |Кн =0,75 |Кн = 1,0 | | |20 |0,18 |0,29 |0,55 |1,0 |плоскостные | |40 |0,19 |0,45 |0,85 |1,6 |кремниевые | |60 |0,2 |0,8 |1,4 |- |диоды | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,7 |Кн = 1,0 | | |20 |0,25 |0,4 |0,7 |1,0 |германиевые | |40 |0,4 |0,6 |1,25 |1,7 |транзисторы | |60 |0,6 |0,95 |1,6 |2,6 | | | |Кн =0,25 |Кн = 0,5 |Кн =0,75 |Кн = 1,0 | | |20 |0,1 |0,3 |0,4 |1,0 |германиевые | |40 |0,12 |0,35 |0,8 |1,7 |ВЧ транзисторы | |60 |0,2 |0,7 |1,5 |2,6 | | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,8 |Кн = 1,0 | | |20 |0,15 |0,2 |0,65 |1,0 |кремниевые | |40 |0,15 |0,2 |0,75 |1,2 |транзисторы | |60 |0,15 |0,25 |0,85 |1,45 | | | |Кн = 0,2 |Кн = 0,4 |Кн = 0,8 |Кн = 1,0 | | |20 |0,3 |0,5 |0,8 |1,1 |кремниевые | |40 |0,4 |0,7 |1,1 |1,3 |ВЧ транзисторы | |60 |0,7 |1,2 |2,0 |2,4 | | Таблица 3. Расчет надежности функционального модуля. |Наименование |Тип |Количество |t(, С|Кн |( |(o=1/2 |(i=(*(o |(c=(i*n | |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19