Расчёт надежности блока стабилизаторов катушечного магнитофона
Работа из раздела: «
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»
/
Расчёт надежности РЭС
Содержание
- Введение
- Задание
- Предварительный расчет на надежность
- Данные предварительного расчета на надежность
- Зависимость P (t), F (t), q (t) от времени
- Окончательный расчет на надежность
- Данные для окончательного расчета надежности
- Непосредственные расчеты
- Зависимость вероятности безопасной работы P (t), вероятности отказа системы q (t) и частоты отказов от времени F (t) (окончательный расчет)
- Расчет запасных элементов
- Данные для расчета запасных элементов
- Выводы
- Список литературы
Введение
В данной работе рассмотрен расчет на надежность схемы блока стабилизаторов катушечного магнитофона. Работа состоит из 3 частей: предварительный расчет на надежность, окончательный расчет на надежность, расчет необходимых запасных элементов (комплект ЗИП).
Задание
Произвести расчет на надежность, обеспечив P (t) =0.995 за t = 750 ч. Найти при P () =0.996. Рассчитать ЗИП при Pраб (Т) =0,99 за T= 4 год. Аппаратура корабельная.
Предварительный расчет на надежность
Предварительный расчет надежности производится на этапе эскизного проектирования после разработки принципиальной электрической схемы. Он позволяет выявить слабые участки системы и наметить пути повышения надежности системы на этапе эскизного проектирования.
При предварительном расчете надежности целесообразно придерживаться определенного порядка:
1. Определяется количество и типы элементов устройства; если известна только функциональная схема и отдельные каскады устройства, для приближенной оценки количества и типов элементов можно пользоваться необходимо использовать табл. 1 и 2 ('методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию' Князева С.С., Казань 1979)
2. Все элементы и узлы устройства делятся на условные части с учетом их функционального назначения так, чтобы элементами расчета были конструктивно оформленные блоки.
3. Составляется таблица 1: 'Данные предварительного расчета на надежность устройства'
4. Расчеты к таблице 1:
1) Интенсивность отказов:
2) Среднее время безотказной работы:
3) Вероятность безотказной работы системы в течении времени t:
4) Вероятность отказа системы:
5) Частота отказов:
6) Гарантийный срок службы:
5. Результаты расчета сравниваются с заданным уровнем надежности
Данные предварительного расчета на надежность
Вариант на транзисторах.
|
N
|
тип
|
лo ло
|
Ni
|
ло*Ni
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Резисторы
|
|
|
|
|
|
1
|
C2-23k
|
0,01
|
6
|
0,06
|
|
|
2
|
c2-23э
|
0,01
|
6
|
0,06
|
|
|
3
|
с2-23б
|
0,01
|
5
|
0,05
|
|
|
4
|
с2-23п
|
0,01
|
4
|
0,04
|
|
|
5
|
сп3-19б
|
0,02
|
1
|
0,02
|
|
|
Конденсаторы
|
|
|
|
|
|
6
|
к10-17 неэл
|
0,013
|
12
|
0,156
|
|
|
7
|
к10-17-1 неэл
|
0,01
|
1
|
0,01
|
|
|
8
|
к50-6 6электр тр-р
|
0,15
|
4
|
0,6
|
|
|
ТРАНЗИСТОРЫ
|
|
|
|
|
|
9
|
КТ3102А
|
0,052
|
3
|
0,156
|
|
|
10
|
КТ603А
|
0,048
|
1
|
0,048
|
|
|
11
|
пайка
|
0,0001
|
88
|
0,0088
|
|
|
12
|
плата
|
0,0001
|
1
|
0,0001
|
|
|
Вариант на микросхемах.
|
N
|
тип
|
лo
|
Ni
|
ло*Ni
|
|
|
Резисторы
|
|
|
|
|
|
1
|
С2-23К
|
0,01
|
1
|
0,01
|
|
|
2
|
С2-23Э
|
0,01
|
1
|
0,01
|
|
|
3
|
С2-23Б
|
0,01
|
1
|
0,01
|
|
|
4
|
С2-23П
|
0,01
|
4
|
0,04
|
|
|
5
|
СП3-19б
|
0,02
|
1
|
0,02
|
|
|
Конденсаторы
|
|
|
|
|
|
6
|
К10-17НЕЭЛ
|
0,013
|
5
|
0,065
|
|
|
7
|
К10-17-1НЕЭЛ
|
0,01
|
1
|
0,01
|
|
|
8
|
К50-6ЭЛЕКТ
|
0,15
|
1
|
0,15
|
|
|
9
|
ТРАНЗИСТОР
|
|
|
|
|
|
10
|
КТ603А
|
0,048
|
1
|
0,048
|
|
|
МИКРОСХЕМА
|
|
|
|
|
|
11
|
К118УП1А
|
0,9
|
1
|
0,9
|
|
|
СТАБИЛИТРОН
|
|
|
|
|
|
12
|
2С168А
|
0,004
|
1
|
0,004
|
|
|
13
|
пайка
|
0,0001
|
41
|
0,0041
|
|
|
14
|
плата
|
0,0001
|
1
|
0,0001
|
|
|
Расчеты
Вариант на транзисторах.
1) Интенсивность отказа:
л=1.2781
2) Вероятность безотказной работы
P (t) =0.999041
3) Вероятность отказа
q (t) =0.00095
4) Частота отказа
F (t) =1.2768*
5) Средняя наработка до отказа
То=0.7824*
6) Гарантийный срок службы
tг=3126 ч
Вариант на микросхемах.
1) Интенсивность отказа:
л=1.1731
2) Вероятность безотказной работы
P (t) =0.99912
3) Вероятность отказа
q (t) =0.000879
4) Частота отказа
F (t) =1.172*
5) Средняя наработка до отказа
То=0.8524*
6) Гарантийный срок службы
tг=3406 ч
Зависимость P (t), F (t), q (t) от времени
Вариант на транзисторах. P (t)
q (t)
F (t)
Вариант на микросхемах. P (t)
q (t)
F (t)
Окончательный расчет на надежность
Окончательный расчет надежности производится на этапе технического проектирования после испытания макета изделия всех его узлов, когда известны режимы работы всех элементов системы и условия их эксплуатации. Значения интенсивностей отказов элементов с учетом их режимов работы и условий эксплуатации определяются с помощью графиков, имеющихся в справочной литературе, либо с помощью поправочных коэффициентов или эмпирических формул.
В целях систематизации запишем наши данные в таблице.
При расчете теплового режима уточняется рабочая температура среды внутри корпуса устройства. По коэффициентам электрической нагрузки и температуре по соответствующим таблицам или графикам определяются поправочные коэффициенты, показывающие, насколько изменяется интенсивность отказов.
Интенсивность отказов считается по следующей формуле:
,
где
- поправочные коэффициенты в зависимости от и температуры
- обобщенные эксплуатационные коэффициенты для наиболее характерных условии эксплуатации РЭА
- поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов
- поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры окружающей среды
- поправочный коэффициент в зависимости от атмосферного давления
Определив все критерии надежности, строим графики зависимостей P (t), q (t),F (t) от времени. Результаты расчета сравниваются с заданным уровнем надежности.
Данные для окончательного расчета надежности
Вариант на транзисторах.
|
N
|
тип
|
t
|
Kn
|
ai
|
a1*a2*a3
|
лo
|
лi
|
Ni
|
лiNi
|
qi
|
tср
|
tср*qi
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
|
|
Резисторы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
C2-23k
|
22
|
0,8
|
0,7
|
10,72
|
0,01
|
0,077184
|
6
|
0,4631
|
0,033956915
|
0,083
|
0,002818
|
|
|
2
|
c2-23э
|
22
|
0,3
|
0,3
|
10,72
|
0,01
|
0,027872
|
6
|
0,16723
|
0,012262219
|
0,083
|
0,001018
|
|
|
3
|
с2-23б
|
22
|
0,1
|
0,2
|
10,72
|
0,01
|
0,01608
|
5
|
0,0804
|
0,005895298
|
0,083
|
0,000489
|
|
|
4
|
с2-23п
|
22
|
0,5
|
0,4
|
10,72
|
0,01
|
0,045024
|
4
|
0,1801
|
0,013205467
|
0,083
|
0,001096
|
|
|
5
|
сп3-19б
|
22
|
0,5
|
0,1
|
10,72
|
0,02
|
0,02144
|
1
|
0,02144
|
0,001572079
|
0,083
|
0,00013
|
|
|
Конденсаторы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
к10-17 неэл
|
22
|
0,6
|
0,2
|
10,72
|
0,013
|
0,025085
|
12
|
0,30102
|
0,022071995
|
0,083
|
0,001832
|
|
|
7
|
к10-17-1 неэл
|
22
|
0,6
|
0,2
|
10,72
|
0,01
|
0,019296
|
1
|
0,0193
|
0,001414871
|
0,083
|
0,000117
|
|
|
8
|
к50-6 6электр тр-р
|
22
|
0,5
|
0,4
|
10,72
|
0,15
|
0,6432
|
4
|
2,5728
|
0,188649528
|
0,083
|
0,015658
|
|
|
ТРАНЗИСТОРЫ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
КТ3102А
|
22
|
0,95
|
0,9
|
10,72
|
0,052
|
0,501696
|
3
|
1,50509
|
0,110359974
|
0,083
|
0,00916
|
|
|
10
|
КТ603А
|
22
|
0,95
|
0,9
|
10,72
|
0,048
|
0,463104
|
1
|
0,4631
|
0,033956915
|
0,083
|
0,002818
|
|
|
11
|
пайка
|
22
|
0,95
|
0,9
|
10,72
|
1E-04
|
0,000965
|
88
|
0,0849
|
0,006225434
|
0,083
|
0,000517
|
|
|
12
|
плата
|
22
|
0,95
|
0,9
|
10,72
|
1E-04
|
0,001072
|
1
|
0,00107
|
7,8604E-05
|
0,083
|
6,52E-06
|
|
|
Вариант на микросхемах.
|
N
|
тип
|
t
|
Kn
|
ai
|
a1*a2*a3
|
лo
|
лi
|
Ni
|
лiNi
|
qi
|
tср
|
tср*qi
|
|
| |
Резисторы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
С2-23К
|
22
|
0,8
|
0,72
|
10,92
|
0,01
|
0,078624
|
1
|
0,0786
|
0,00566394
|
0,083
|
0,000470107
|
|
|
2
|
С2-23Э
|
22
|
0,3
|
0,26
|
10,92
|
0,01
|
0,028392
|
1
|
0,0284
|
0,00204531
|
0,083
|
0,000169761
|
|
|
3
|
С2-23Б
|
22
|
0,1
|
0,15
|
10,92
|
0,01
|
0,01638
|
1
|
0,0164
|
0,00117999
|
0,083
|
9,7939E-05
|
|
|
4
|
С2-23П
|
22
|
0,5
|
0,42
|
10,92
|
0,01
|
0,045864
|
4
|
0,1835
|
0,01321586
|
0,083
|
0,001096917
|
|
|
5
|
СП3-19б
|
22
|
0,5
|
0,1
|
10,92
|
0,02
|
0,02184
|
1
|
0,0218
|
0,00157332
|
0,083
|
0,000130585
|
|
| |
Конденсаторы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
К10-17НЕЭЛ
|
22
|
0,6
|
0,18
|
10,92
|
0,013
|
0,025553
|
5
|
0,1278
|
0,0092039
|
0,083
|
0,000763924
|
|
|
7
|
К10-17-1НЕЭЛ
|
22
|
0,6
|
0,18
|
10,92
|
0,01
|
0,019656
|
1
|
0,0197
|
0,00141599
|
0,083
|
0,000117527
|
|
|
8
|
К50-6ЭЛЕКТ
|
22
|
0,5
|
0,4
|
10,92
|
0,15
|
0,6552
|
1
|
0,6552
|
0,04719951
|
0,083
|
0,003917559
|
|
|
9
|
ТРАНЗИСТОР
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10
|
КТ603А
|
22
|
1
|
0,9
|
10,92
|
0,048
|
0,471744
|
1
|
0,4717
|
0,03398365
|
0,083
|
0,002820643
|
|
| |
МИКРОСХЕМА
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11
|
К118УП1А
|
22
|
0,5
|
0,45
|
10,92
|
0,9
|
4,4226
|
1
|
4,4226
|
0,31859669
|
0,083
|
0,026443526
|
|
| |
СТАБИЛИТРОН
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
2С168А
|
22
|
0,9
|
0,85
|
10,92
|
0,004
|
0,037128
|
1
|
0,0371
|
0,00267464
|
0,083
|
0,000221995
|
|
|
13
|
пайка
|
22
|
1
|
0,9
|
10,92
|
0,0001
|
0,000983
|
41
|
0,0403
|
0,00290277
|
0,083
|
0,00024093
|
|
|
14
|
плата
|
22
|
1
|
0,9
|
10,92
|
0,0001
|
0,000983
|
1
|
0,001
|
7,0799E-05
|
0,083
|
5,87634E-06
|
|
|
Непосредственные расчеты
Вариант на транзисторах
1. л
2. , ч
3. (полученная вероятность, больше заданной P (t) =0,995)
4. q (t) =1-P (t) =0,0043
5. F (t) =л*P (t) =5,8338*
6.
7. Tср=
8. =0,99999
9. =2,0895
10. Pн. ф. (t) =p (t) *Kг=0,995
Вариант на микросхеме
1. л
2. , ч
3. (полученная вероятность, больше заданной P (t) =0,995)
4. q (t) =1-P (t) =0,0045
5. F (t) =л*P (t) =5,998*
6.
7. Tср=
8. =0,99999
9. =2,17095
10. Pн. ф. (t) =p (t) *Kг=0,995
Зависимость вероятности безопасной работы P (t), вероятности отказа системы q (t) и частоты отказов от времени F (t) (окончательный расчет)
Вариант на транзисторах
Вариант на микросхеме
Расчет запасных элементов
Для РЭА длительного использования часто время эксплуатация Т бывает значительно больше , т.е. Т >>
В этих случаях для обеспечения работоспособности РЭА необходимо иметь комплект ЗИПа. Расчет необходимого количества запасных элементов зависит от их надежности. Характеристикой надежности ЗИПе является работоспособность - свойство аппаратуры выполнять свои функции либо за счет безотказности, либо за счет соответствующих запасных элементов. Количественным критерием является вероятность работоспособности .
Для всего изделия, состоящего из m типов номиналов,
где
m - количество номиналов
- число запасных элементов i-го типа
- среднее предлагаемое число отказов;
- интенсивность отказа i - го типа;
T - время работы всего изделия;
- количество элементов i - го типа
Значение, как правило, известно. Задача получается неоднозначной, то есть количество запасных элементов может перераспределяться, а будет постоянной. Для однозначного решения надо ещё одно условие (обычно выбирают минимальную стоимость запасных элементов):
Расчет запасных элементов при наличии m типов номиналов проводиться в следующем порядке
1. Определяем вероятность работоспособности i-ого типа элемента по формуле
2. Определяем по формуле:
3. Для найденных и по таблицам данных в 'методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию' Князева С.С., Казань 1979 определяем
Рассчитаем количество запасных элементов непосредственно для нашей схемы. Составим таблицу 'Данные для расчета запасных элементов'.
надежность схема блок стабилизатор
Данные для расчета запасных элементов
Вариант на транзисторах
|
тип
|
nср i=
|
Ci
|
Ni
|
лi
|
Ni*Ci
|
Pраб
|
Nзэ
|
|
|
Резисторы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2-23k
|
0,016227
|
5
|
6
|
0,077184
|
30
|
0,9989041505
|
1
|
|
|
c2-23э
|
0,00586
|
5
|
6
|
0,027872
|
30
|
0,9989041505
|
1
|
|
|
с2-23б
|
0,002817
|
5
|
5
|
0,01608
|
25
|
0,9990867921
|
1
|
|
|
с2-23п
|
0,006311
|
5
|
4
|
0,045024
|
20
|
0,9992694337
|
1
|
|
|
сп3-19б
|
0,000751
|
5
|
1
|
0,02144
|
5
|
0,9998173584
|
1
|
|
|
Конденсаторы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к10-17 неэл
|
0,010548
|
5
|
12
|
0,0250848
|
60
|
0,9978083010
|
1
|
|
|
к10-17-1 неэл
|
0,000676
|
5
|
1
|
0,019296
|
5
|
0,9998173584
|
1
|
|
|
к50-6 6электр тр-р
|
0,090151
|
5
|
4
|
0,6432
|
20
|
0,9992694337
|
2
|
|
|
ТРАНЗИСТОРЫ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КТ3102А
|
0,052738
|
20
|
3
|
0,501696
|
60
|
0,9978083010
|
1
|
|
|
КТ603А
|
0,016227
|
20
|
1
|
0,463104
|
20
|
0,5661757583
|
1
|
|
|
Вариант на микросхеме
|
тип
|
nср i=
|
Ci
|
Ni
|
лi
|
Ni*Ci
|
Pраб
|
Nзэ
|
|
|
Резисторы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С2-23К
|
0,002754985
|
5
|
1
|
0,0786
|
5
|
0,9998173431
|
1
|
|
|
С2-23Э
|
0,000994856
|
5
|
1
|
0,0284
|
5
|
0,9998173431
|
1
|
|
|
С2-23Б
|
0,000573955
|
5
|
1
|
0,0164
|
5
|
0,9998173431
|
1
|
|
|
С2-23П
|
0,006428298
|
5
|
4
|
0,0459
|
20
|
0,9992693725
|
1
|
|
|
СП3-19б
|
0,000765274
|
5
|
1
|
0,0218
|
5
|
0,9998173431
|
1
|
|
|
Конденсаторы
|
|
|
|
|
0
|
|
|
|
|
К10-17НЕЭЛ
|
0,004476851
|
5
|
5
|
0,0256
|
25
|
0,9990867156
|
1
|
|
|
К10-17-1НЕЭЛ
|
0,000688746
|
5
|
1
|
0,0197
|
5
|
0,9998173431
|
1
|
|
|
К50-6ЭЛЕКТ
|
0,022958208
|
5
|
1
|
0,6552
|
5
|
0,9998173431
|
2
|
|
|
ТРАНЗИСТОР
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КТ603А
|
0,01652991
|
20
|
1
|
0,4717
|
20
|
0,9992693725
|
1
|
|
|
МИКРОСХЕМА
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К118УП1А
|
0,154967904
|
25
|
1
|
4,4226
|
25
|
0,9990867156
|
2
|
|
|
СТАБИЛИТРОН
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2С168А
|
0,001300965
|
10
|
1
|
0,0371
|
10
|
0,9996347168
|
1
|
|
|
Выводы
Мы произвели расчет на надежность усилителя. Данная схема удовлетворяет заданию и введение резервирования не потребовалось. Так же был рассчитан необходимый комплект запасных элементов, что в конечном итоге повысило срок использования данной аппаратуры.
Список литературы
1. C.C. Князева 'Основы расчета надежности РЭА' Казань, 2009г
2. С.С. Князева, М.Ф. Тюхтин 'Прогнозирование Надежности гибридных интегральных схем' Казань, 2010г
3. А.А. Яшин 'Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА'Москва, 1983г
4. В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев 'Электроника', Москва, 2012
5. Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок 'Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные, устройства РЭА'Минск, 2014
