Расчет показателей безотказности

2. Расчет показателей безотказности

  2.1 Краткое пояснение метода расчета показателей безотказности

Расчет безотказности изделия будем вести следующим образом:

1)    Определим модели вероятностей отказов для каждого из элементов схемы.

2)    Из таблиц подберем коэффициенты нагруженности элементов.

3)    В соответствии с справочными параметрами рассчитываем коэффициент режима работы.

4)    Для режима эксплуатации устройства подбираем коэффициент эксплуатации.

5)    По модели вероятности отказов определяем вероятность отказа каждого элемента.

6)    Рассчитываем суммарное значение вероятности отказа для всего изделия в целом.

7)    В соответствии с полученными результатами рассчитываем значения параметров безотказности.

2.2 Расчет эксплуатационной безотказности элементов

Основными элементами устройства являются резисторы, конденсаторы, диодные сборки, выпрямительные, печатная плата, соединения пайкой волной, соединители двухкантактные модели, в соответствии с которыми будут вестись расчеты вероятностей отказов элементов схемы приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Модели вероятности отказов элементов схемы

Позиционное обозначение	Вид математической модели расчета
Резисторы
Конденсаторы
Диоды
Транзисторы
Печатая плата
Соединения пайкой волной

Для расчета вероятности отказов резисторов будут использоваться такие коэффициенты, как:

K_R - коэффициент, зависящий от номинального значения сопротивления, и уменьшающийся с ростом номинального сопротивления элемента.

K_M – коэффициент, зависящий от значения номинальной мощности элемента, и возрастающий с ростом максимальной рассеиваемой на элементе мощности.

K_Э – коэффициент, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

К_Р – коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки и температуры корпуса элемента.

Для расчета вероятности отказов конденсаторов будут использоваться такие коэффициенты, как:

K_С – коэффициент, зависящий от значения номинальной емкости элемента, и возрастающий с ростом значение емкости.

K_Э – коэффициент, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

К_Р – коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки и температуры корпуса элемента.

Для расчета вероятности отказов диодов и транзисторов сборок будут использоваться такие коэффициенты, как:

K_Ф - коэффициент, учитывающий функциональный режим работы прибора.

K_Д – коэффициент, зависящий от значения максимально-допустимой нагрузки по мощности.

K_U – коэффициент, зависящий от отношения рабочего напряжения к максимально-допустимому.

K_Э – коэффициент, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

К_Р – коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки и температуры корпуса элемента.

Для расчета вероятности отказов соединений пайкой волной будет использоваться коэффициент:

K_Э – коэффициент, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

3. Расчет показателей безотказности ЭУ

  3.1 Уточнение исходных данных, используемых для расчета эксплуатационной безотказности элементов

Численные значения коэффициентов, необходимых для расчета безотказности работы устройства приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1– Коэффициенты нагруженности элементов

Позиционное обозначение	Количество nj	λОГ(λ6)х10-6 1/ч	Значение поправочного коэффициента
			KP	КФ	КД	KU	KC	КМ	КR	KK	Кn	КЭ
R1-R5	5	0,132						0,7	0,7			2,5
C1-C2	2	0,52					0,2С0,23					2,5
C3	1	0,065					0,4С0,12					2,5
VD1-VD2	2	0,728		1	0,6	0,7						2,5
VT1-VT2	1	0,352		0,7	0,5	0,5
Печатая плата	1	-										2,5
Соединения пайкой волной	26	0,00034										2,5

3.2 Выбор и обоснование элементов ЭУ

При расчете эксплуатационной безотказности РЭУ будем считать, что схемотехническое исполнение устройства "Источник питания" таково, что все элементы работают в типовых электрических режимах.

Приведем характеристики основных элементов схемы:

а) Резисторы

Таблица 3.2 – габаритные размеры резисторов

Тип	Размеры, мм				Мах рабочее напряжение
	Н	D	L	d
С2-34-0,125 Вт	6.0	2 3	28	0.60	250

Рисунок 3.1 – Цветовая маркировка резисторов

Цвет	1, 2 знач. номинала	Степень	Точность
ЧЕРНЫЙ	0,0	1
КОРИЧНЕВЫЙ	1,1	10	+1(F)
КРАСНЫЙ	2,2	100	+2(G)
ОРАНЖЕВЫЙ	3,3	1К
ЖЕЛТЫЙ	4,4	10К
ЗЕЛЕНЫЙ	5,5	100К	+0,5(D)
СИНИЙ	6,6	1М	+0,25(С)
ФИОЛЕТОВЫЙ	7,7	10М	+0,10(В)
СЕРЫЙ	8,8		+0,05(А)
БЕЛЫЙ	9,9
ЗОЛОТОЙ		0,1	+5(J)
СЕРЕБРЯНЫЙ		0,01	+ 10(К)

б) Конденсаторы

Конденсатор К10-73. Технические параметры:

Рисунок 3.2 – Габаритные размеры конденсаторов

Таблица 3.3 – технические параметры конденсаторов

Тип	К10-73
Рабочее напряжение,В	50
Номинальная емкость, мкФ	10
Допуск номинальной емкости,%	20
Рабочая температура,С	-40...85
Выводы/корпус	радиал. пров.
Диаметр корпуса D, мм	5
Длина корпуса L, мм	11

Таблица 3.4 - Габаритные размеры конденсаторов

WV(SV), В	6.3(8)		10(13)		16(20)		25(32)		35(44)		50(62)		63(79)
С, мкФ	D x L	mA	D x L	mA	D x L	mA	D x L	mA	D x L	mA	D x L	mA	D x L	mA
0.47											4x7	4	4x7	5
1											4x7	9	4x7	11
2.2											4x7	19	4x7	21
3.3											4x7	24	4x7	26
4.7									4x7	24	5x7	29	5x7	33
10					4x7	29	5x7	32	5x7	36	6x7	44
22	4x7	34	5x7	38	5x7	45	6x7	51	6x7	60	8x7	65
33	5x7	42	5x7	47	6x7	60	6x7	65	8x7	72
47	5x7	50	6x7	65	6x7	70	8x7	78
100	6x7	77	6x7	87	6x7	90
220	8x7	130	8x7	140

Конденсатор КМ-50

Тип конденсатора	Группа по температурной стабильности	Диапазон номинальных емкостей, пФ	ном raquo;	Интервал рабочих температур.	Минимальная наработка, тыс. ч
КМ-6 (А)		120..-2700		-60... 4-85	10,0
КМ-6(А)		22 000-.. 10*		-60. .+85
КМ-6 (Б)		120..-5100		-60.. .+85
КМ-6 (Б)		22000...	35 (25)	-60...+85
		2,2 . 10 laquo;

Информация об элементах (компонентах) схемы соответствует таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Элементы и компоненты, входящие в устройство

Элемент, компонент	Позиционное обозначение	Тип	Функциональ-ное назначение	Количество	Примечание	Типоразмер элементов
Резистор	R1-R5	C2-34	Нагрузка	5	R=20Ом±5% P=0,125Вт	8х3х3
Конденсатор	С1-С2	К10-73	-	2	25В	5х5х7
Конденсатор	С3	КМ	Сглаживаю-щий	1	25В	7х2х6
Диоды	VD1-VD2	КЦ407	Двухполупе-риодный выпрямитель	2	-	4х8х4
Транзисторы	VT1-VT2	КТ646Б	Ключевой	2	-	9х9х6
Металлизированные отверстия, пропаянные волной	-	-	-	260	-	-

3.3 Определение коэффициентов электрической нагрузки элементов

Определяем коэффициенты электрической нагрузки элементов из литературного источника [1]:

Для резистора К_Р – определяется по формуле:

где t – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки резистора по мощности

;

A, B, N_T, G, N_S, J, H – постоянные коэффициенты.

Для конденсаторов К_Р – определяется по формуле:

где t_окр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки конденсатора по напряжению

;

;

A, B, N_T, G, N_S, H – постоянные коэффициенты.

Для диода К_Р – определяется по формуле:

где t_окр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки

;

A, N_T, Т_М, L,  – постоянные коэффициенты.

Для транзистора К_Р – определяется по формуле:

где t_окр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки

;

A, N_T, Т_М, L,  – постоянные коэффициенты.

3.4 Результаты расчета эксплуатационной безотказности устройства

Пользуясь картами электрических режимов, находим коэффициенты электрической нагрузки элементов. Считаем, что полученные данные соответствуют значения, указанным в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Расчет эксплуатационной безотказности элементов устройства

Позиционное обозначение	Количество nj	KH	λОГ(λ6)х10-6 1/ч	Вид математической модели расчета	Значение поправочного коэффициента															njλЭj,x10-6 1/ч
					КИС	KP	Кt	Ккорп	Кλ	КФ	КД	KU	KC	КМ	КR	KK	Кn	КЭ
R1-R5	5	0,4	0,132			0,479								0,7	0,7			2,5	4,379	2,89
C1-C2	2	0,4	0,52			0,453							0,2С0,23					2,5	10,4	10,825
C3	1	0,4	0,065			0,108							0,4С0,12					2,5	3,24	0,21
VD1-VD2	2	0,4	0,728			0,081				1	0,6	0,7						2,5	4,881	7,106
VT1-VT2	2	0,4	0,352			0,086				0,7	0,5	0,5						2,5	4,286	4,526
Печатая плата	1	-	-															2,5	2,5	3,52*10-3
Соединения пайкой волной	26	-	0,00034															2,5	2,5	0,0221

Определяем для каждого элемента или группы элементов находим произведение поправочных коэффициентов и значение, суммарное эксплуатационной интенсивности отказов :

где - эксплуатационная интенсивность отказов j-й группы;

n_j – количество элементов в j-й группе;

Определяем эксплуатационную интенсивность отказов печатной платы с металлизированными отверстиями.

Определяем общую эксплуатационную интенсивность отказов соединений пайкой волной для отверстий, где нет металлизации:

где - базовая интенсивность отказов соединения;

К_Э – коэффициент, зависящий от жесткости условий эксплуатации;

Определяем общую эксплуатационную интенсивность отказов соединений пайкой:

Определяем эксплуатационную интенсивность отказов:

3.5 Определение показателей безотказности ЭУ

Находим расчетные значение показателей безотказности:

а) наработка на отказ:

б) вероятность безотказной работы за время :

в) гамма процентная наработка на отказ при

4. Анализ результатов решения

Результаты расчетов показателей безотказности приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Показатели безотказности работы устройства

	, ч		, ч

 - параметр, определяющий вероятность выхода из строй устройства, которое может быть вызвано в результате выхода из строя любого из элементов схемы.

 - время, через которое устройство должно выйти из строя, ввиду износа элементов. По истечении данного времени наступит процесс старения и вероятность выхода из строя устройства резко возрастет.

- процентная вероятность того, что устройство проработает безотказно в течении заданного промежутка времени.

 - время, в течении которого устройство будет работать безотказно с вероятностью g.

Заключение

Целью данной курсовой работы являлась оценка показателей безотказности функционального узла РЭУ при наличии постоянного резервирования и резервирования замещением. По условию было необходимо использовать расчетный способ оценки. Для осуществления данного проекта была выдана схема электрическая принципиальная и исходные данные к ней, которые подлежали уточнению.

Рассчитав показатели надёжности, я выяснил, что они соответствуют желаемым, и устройство способно проработать более 3000 часов.

Итак, в данном курсовом проекте, согласно заданию, я произвел оценку показателей безотказности схемы функционального узла РЭУ при заданных условиях расчетным способом, выполнил все необходимые вычисления и составила необходимые схемы.

Литература

1.         Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. - Мн.: Дизайн ПРО, 1998. 335 с.

2.         А.П. Ястребов. Проектирование и производство радиоэлектронных средств. - С-П.:Учеб. Пособие, 1998. –279 с.

3.         Cпpaвoчник "Haдeжнocть издeлий элeктpoннoй тexники для уcтройств нapoднoxoзяйcтвeннoгo нaзнaчeния". M, 1989 г.

4.         http://www.izme.ru/dsheets/diodes/405.html