Разработка конструкции АЛУ (стр. 5 из 7)
k = 1/ 1+Qэ/Qn(3.3)
где k – поправочный коэфицент при распределенной нагрузке;
Qэ - масса элементов, равномерно размещенных на плате;
Qn- масса платы;
В данном случае, поправочный коэфицент массы элементов при распределенной нагрузке равен k =0.6
Толщина платы h= 0.5
Длинна платы a= 95
Подставляем полученные значения в формулу (3.1), и определяем частоту собственных колебаний f0
f02 =(0.54*0.6*336*05*104)/952=0.07
f03 =(0.54*0.6*181*05*104)/952=0.03
f06 =(0.54*0.6*62*05*104)/952=0.01
На основании расчетов получены частоты собственных колебаний платы. Из трех выбираем наименьшее. Исходя из условий прочности, вынужденная частота колебаний должна быть более чем в два раза меньше частоты собственных колебаний. Поэтому данная плата должна применяться в устройствах, где вынужденные колебания не выше
3.2 Оценка уровня унификации блока
Оценить уровень унификации блока путем расчета коэфицентов применяемости и повторяемости .
Коэффициент повторяемости показывает долю элементов в модуле, которые применялись в производстве. Он рассчитывается по формуле (3.4):
(3.4)где кпр - коэфицент применяемости;
nст - количество стандартных изделий, применяемых в блоке;
nун - количество унифицированных изделий, применяемых в блоке;
nнорм - количество нормализованных изделий, применяемых в блоке;
nп - количество покупных изделий, применяемых в блоке;
nор - количество оригинальных изделий, применяемых в блоке;
Эти значения приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1
| Наименование | Количество | ГОСТ, ТУ | Примечание |
| 1.Плата(печатнй рисунок) | 1 | АКВТ.230101.КП.04ПП | Оригинальне |
| 2. Конденсатор КМ-5 | 3 | ГОСТ | Стандартное |
| 3. ИМС | 5 | ТУ | Унифицированное |
| 4.Плата(заготов) | 1 | По чертежу | заимствовное |
Подставляем значения и рассчитываем коэфицент применяемости по формуле (3.4):
(3.4)Коэфицент повторяемости находится из отношения общего количества составных частей к общему количеству типоразмеров. Коэфицент применяемости рассчитывается по формуле (3.5):
kn= Nобщ / Nнаим(3.5)
где - коэфицент повторяемости;
Nобщ- общее количество применяемых изделий, применяемых в блоке (Nобщ =nст+nун+nнорм+nп+nор);
Nнаим - количество наименований(типоразмеров) изделий;
Подставляем значения и рассчитываем коэфицент повторяемости по формуле(3.6)
(3.6)Выполнив расчеты, можно сделать вывод о том, что данный блок является технологичным, так как knр >0.7 и kn >1.
3.3 Оценка надежности блока
Надежность — это свойство объекта выполнять заданные функции в заданных условиях в пределах, оговоренных в ТУ.
К основным показателям надежности относятся вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы.
Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в заданном интервале времени не произойдет ни одного отказа. Расчет вероятности безотказной работы ячейки производится по формуле
P(t)=eАt
где P(t) - вероятность безотказной работы;
e— основание натурального логарифма;
A- суммарная интенсивность отказов;
t- требуемое время безотказной работы.
Интенсивность отказов показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству исправно работающих элементов в среднем выходит из строя в единицу времени. Интенсивность отказов ячейки определяется по формуле (3.7):
=22.59*10-6(3.7)где A0- интенсивность отказов ячейки;
Д,-э - интенсивность отказов в реальных условиях эксплуатации;
Nj— количество элементов с интенсивностью отказов Ул.
Наработка на отказ То - среднее значение наработки восстанавливаемого объекта между отказами. Среднее время безотказной работы определяется по формуле (3.8):
(3.8)где То - среднее время безотказной работы; A0-интенсивность отказов ячейки.
Электрический режим использования ЭРЭ характеризуется коэффициентом нагрузки, который определяется по формуле (3.9):
(3.9где Кн- коэффициент нагрузки;
Npa6 - нагрузка на элемент в рабочем режиме;
Nномноминальная или допустимая по ТУ нагрузка.
Расчет надежности представлен в таблице 3.2
Таблица 3.2
Расчет надежности
| Наименование и тип элемента | Интенсивность отказов  iн*10-6ч-1 | Кн | Кт |  =  KнKт**10-6ч-1 | Ni | Ni*10-6ч-1 |
| Микросхема К 1533 ИП3 | 0,1 | 0,55 | 0,1 | 0,0055 | 4 | 0,01 |
| Микросхема К 1533 ИП4 | 0,1 | 0,55 | 0,1 | 0,0055 | 1 | 0,01 |
| Конденсатор КМ-5 | 0,01 | 0,2 | - | 0,002 | 3 | 0,06 |
| Переходные отверстия | 0,001 | - | - | - | 54 | 0,054 |
| Пайки выводов микросхем | 0,0001 | - | - | - | 5*16=80 | 0,080 |
| Пайки выводов конденсаторов | 0,0001 | - | - | - | 2*3=6 | 0,0006  |
где
H - интенсивность отказов в нормальных условиях;Кн - коэффициент нагрузки;
-коэффициент учета температурного режима;Kн - интенсивность отказов в реальных условиях эксплуатации;
Ni - количество элементов с интенсивностью отказов
.Подставляем значения и рассчитываем интенсивность отказов ячейки по формуле (3.7):
(3.7)Подставляем значения и рассчитываем среднее время безотказной работы по формуле (3.8):
T0= 6,4*106ч (3.8)
Рассчитываем вероятность безотказной работы ячейки при разных значениях времени безотказной работы по формуле (3.6):
а) вероятность безотказной работы ячейки при t1=1000ч:
Р1 (1000) = 1 - 0,0001565 = 0,9998435
б)вероятность безотказной работы ячейки при t2=5000ч:
P2 (5000) = 1 - 0,0007325 - 0,9992175
в) вероятность безотказной работы ячейки при t3=10000ч;
Р3 (10000) = 1 - 0,001565 = 0,998435
г) вероятность безотказной работы ячейки при 14=20000ч:
P4 (20000) = 1 - 0,003195 = 0,996805
д) вероятность безотказной работы ячейки при t5=50000ч:
P5(50000) = 1 - 0,007825 = 0,992175
Рисунок 3.2 График P(t)
при t1=1000ч, t2=5000ч, t3=l 0000ч, t,=200004,t5=50000ч
Из-за высоких требований, предъявляемых к работе ЭВМ, большое внимание в процессе разработки, изготовления и эксплуатации машин уделяется повышению надежности. Одним из наиболее совершенных способов повышения надежности является резервирование. Рассмотрим два случая резервирования:
1) нагруженный резерв с общим резервированием всего устройства безвосстановления отказавшего устройства;
2) нагруженный резерв с поэлементным резервированием без примененияпереключающих устройств.
Для случая нагруженного резерва вероятность безотказной работы устройства определяется по формуле (3.10):
Pur(t)=1-[1-eAut]m (3.10)
где Pur(t) - вероятность безотказной работы устройства с постоянным резервом;
Au - интенсивность отказов устройства (AU=0,1565*1011);
t - требуемое время безотказной работы;
m - количество параллельно работающих устройств (m=5);
е - основание натурального логарифма.
Рассчитываем вероятность безотказной работы устройства при разных значениях времени безотказной работы по формуле (3.10):
а) вероятность безотказной работы устройства при t1=10000ч:
Pur1 (10000) = 1-[l-(l-0,1565-10-2)] 4 =1-[1-1 + O,1565-10-2] 4 =
= 1 - 6 -10 = 0,999999999994
б) вероятность безотказной работы устройства при t2=50000ч:
Pur2 (50000) = 1 - [0,7825 *10-2 ]4 = 1 - 0.0000000037=0,9999999963
в) вероятность безотказной работы устройства при t3=100000ч:
Pur3 (100000) = 1 - [0,7825 *10-2 ]4 = 1 – 6*10-8 = 0,9999999963
г) вероятность безотказной работы устройства при t4=150000ч:
Pur4 (150000) = 1 - [0,23475*10 ] 4 = 1 - 0,0000003 - 0.9999997