Рішення задач конструкторсько-технологічного проектування генератора фіксованих частот діапазону 1-30000 Гц з частотоміром
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Зміст
стор.
Вступ………………………………………………………………………………………………………………………10
1 Проектні розробки зі схемотехнічної реалізації генератора фіксованих частот з частотоміром…………………………………………………………………………………………………………11
1.1 Призначення та область використання генератора фіксованих частот з частотоміром, аналіз та порівняння його техніко-економічних характеристик……………………………………………………………………11
1.2 Моделювання та функціональний аналіз властивостей з урахуванням температури генератора фіксованих частот з частотоміром на базі СхСАПР…………………………………………………..………………………13
1.3 Розрахунок надійності генератора фіксованих частот з частотоміром з урахуванням експлуатаційних вимог у заданому температурному діапазоні…………………………………………………………………………24
1.4 Аналіз впливу паразитних елементів на характеристики елемента пристрою на базі СхСАПР………………………………………………………31
1.5 Інформаційно-комп’ютерне забезпечення проектних розробок зі схемотехнічної реалізації генератора фіксованих частот з частотоміром……………………………………………………………………40
2 Проектні розробки з конструкторської реалізації генератора фіксованих частот з частотоміром…………………………………………………………42
2.1 Аналіз ТЗ та варіантів конструкції генератора фіксованих частот з частотоміром. Компонувальні розрахунки. …………………………………42
2.2 Розрахунок друкованої плати вузла генератора фіксованих частот з частотоміром та забезпечення його електромагнітної сумісності …………...61
2.3 Обґрунтований вибір матеріалів, покриттів, методів формоутворення деталей і механічних з’єднань та способів захисту генератора фіксованих частот з частотоміром від інших впливів. ……………………………………67
2.4 Забезпечення теплового режиму генератора фіксованих частот з частотоміром……………………………………………………………………75
2.5 Художньо-конструкторське та ергономічне забезпечення розробки…….77
2.6 Інформаційно-комп’ютерне забезпечення проектних розробок з конструкторської реалізації генератора фіксованих частот з частотоміром...78
3 Проектні розробки з технологічної реалізації генератора фіксованих частот з частотоміром…………………………………………………………………...81
3.1 Конструкторсько-технологічний аналіз розробленої конструкції……….81
3.2 Синтез й упорядкування послідовності технологічних операцій (ТО) і технологічних переходів (ТПр) технологічного процесу (ТП) виробництва розробленого виробу…………………………………………………………….94
3.3 Відпрацювання виробу на технологічність………………………………111
3.4 Розподіл ТО (ТПр) за робочими місцями дільниці (цеху) , оптимізація ТП………………………………………………………………………………..113
3.5 Розробка ескізного проекту планування дільниці (цеху) ……………….116
3.6 Формування й оформлення комплекту технологічних документів на виробництво виробу……………………………………………………………117
3.7 Аналіз можливості та спеціальні вимоги до організації виробництва виробу на підприємстві………………………………………………………...118
3.8 Оцінка та корегування результатів технологічного проектування……..128
4 Техніко-економічні показники генератора фіксованих частот з частотоміром……………………………………………………………………130
4.1 Розрахунок техніко-економічних показників…..………………………130
4.2 Забезпечення охорони праці у процесі технічної реалізації……………135
Висновки.………………..………………..………………..………………..…146
Список літератури………………..………………..………………..…………147
Вступ
Конструювання виробу, зокрема радіоелектронної апаратури, є невід’ємним ланцюгом на шляху виробу до користувача.
Метою даного курсової роботи є розробка декількох ескізних варіантів конструкції РЕА та вибір найкращого для подальшої детальної проробки приладу . Конструювання виконується на основі аналізу завдання на проектування, ознайомлення з аналогічними типовими рішеннями. При цьому потрібно враховувати особливості схеми електричної принципової, а також інші вимоги, які накладаються на розробку конструкції РЕА.
Виконання курсової роботи дає можливість систематизувати та розширити теоретичні знання, необхідні для рішення інженерних задач, виникаючих при конструюванні; закріпити конструкторські навички та методики розрахунків; розвинути навички рішення окремих конструкторських задач на ЕОМ та проектування з використанням САПР.
Завданням до курсової роботи є конструювання автомобільного автоматичного КСХ-метру із світлодіодною індикацією, що включає наступні етапи: аналіз технічного завдання, проектування варіантів конструкції і вибір кращого варіанта, розробку конструкції і конструкторської документації пристрою, розрахунок, що підтверджує працездатність пристрою та розробку графічного матеріалу.
2.1. Аналіз ТЗ та варіантів конструкції КСХ-метру. Компонувальні розрахунки
2.1.1. Аналіз ТЗ
Відповідно до технічного завдання необхідно розробити автомобільний автоматичний КСХ-метр. Пропонований прилад зі світлодіодною індикацією буде використовуватись в автомобілі. Більшість існуючих приладів використовують стрілочний індикатор(як правило, мікроамперметр). Такий варіант не придатний для використання в автомобілі, перш за все за те, що має низьку механічну міцність. Більш того використання великого за розмірами індикатора скрутне, оскільки свобідного місця на приладній панелі небагато, а використання малогабаритного індикатора небажано в виду труднощів зчитування показань індикатора. Отже для автомобіля найбільш підходящим буде автоматичний КВС- метр із світлодіодною індикацією, враховуючи вище сказане.
Принцип роботи розробляємого пристрою доволі простий. Антена підключається до прийомопередатчика за допомогою високочастотного фідера. Призначення фідера - передати з мінімально можливими втратами сигнал від передавача в антену при передачі і від антени до приймача при прийомі. Для того, щоб максимум потужності сигналу був переданий від передавача в антену, необхідне узгодження вихідного опору передавача, хвильового опору фідера і опору антени. Для цього й призначений вимірювач КСХ.
КСХ- це відносна величина, яка залежить від співвідношення напруг (або потужностей) падаючої хвилі і відображеної хвилі. Таким чином, певному відношенню напруг двох хвиль відповідає певному значенню КВС .
У схемі передбачені ключові вузли на транзисторах, які послідовно запускають роботу схеми і керують ії роботою і передають сигнали для подальшої обробки. Також у схемі передбачений високочастотний датчик, роль якого передавати значення частот хвиль.
Призначення вимірювача КСХ полягає в забезпеченні узгодження та мінімізації втрат у системі. Тому цей прилад користується великим попитом для автомобілів, які мають на борту радіоприймачі.
2.1.1.1. Аналіз схеми електричної принципової
Дана схема живиться від постійної напруги 12-15 В.
Даний пристрій має високочастотний датчик і вузол індикації. Високочастотний датчик зібраний на основі токового трансформатора. Напруга, пропорційна падаючій хвилі, випрямляється діодом VD3, а відображеної хвилі діодом VD4. На діодах VD1, VD2 зібраний випрямляч, а на транзисторі VT1 – ключ високочастотного VOX. Напруга живлення через фільтр С14С15L1C16 передаэться на рельований стабылызатор напруги, який виконано на мікросхемі
DA1. В вихідному стані струм через резистор R10 відкриває транзистор VT1 складає порядку 1,2…1,3 В. цієї напруги недостатньо для нормальної роботи індикаторної частини пристрою, і світло діоди індикаторної шкали не світяться.
Коли на пристрій подається високочастотний сигнал від передатчика, на виході випрямача VD1, VD2 виникає негативна напруга. Ця напруга поступає на базу транзистора VT1 і закриває його. В виду цього на виході мікросхеми DA1 з являэться напруга 10В, яка і служить живленням для світлодіодної частини.
Світлодіод HL1 починає світитися, сігналізуя про включення режиму ТХ. Діод VD5 захищає емітер ний перехід транзистора від підвищеної напруги негативної полярності при великих потужностях передавання.
На основі схеми електричної принципової складемо структурну схему.
Рис 1.1. Структурна схема пристрою
Опишемо роботу пристрою за структурною схемою. На вхід схеми даного приладу подається вхідний сигнал від передатчика. Далі сигнал передається на високочастотний датчик , роль якого виміряти даний сигнал, та відправити далі сигнал на інші частини схеми. Якщо сигнал нормальний він замикає коло та передає візуальну інформацію про справну роботу приймача. Схема живиться від двополярного живлення. Далі електрична напруга фільтрується і стабілізується для живлення світлодіодного індикатору.
Представлена схема електрична принципова має електричні, механічні та оптичні зв’язки з іншими пристроями та людиною оператором, завдяки тому що містить такі елементи, які характеризують ці зв’язки.
Оптичний зв’язок характеризується світлодіодами HL1-HL14, які виступають в ролі індикаторів того чи іншого сигналу. Згідно із схемою електричною принциповою світлодіод HL8 починає світитися тоді, коли на даному пристрої включається режим «ТХ». Інші діоди виконують роль сигналізаторів роботи пристрою при зміні індукованої напруги від нуля до певних значень заданих для роботи. Також світлодіод HL5 загорається тоді, коли на пристрої проводяться вимірювання потужності 20 Вт. Всі світлодіоди виходять на передній край верхньою панелі, тому що через них людина-оператор буде взаємодіяти з приладом, щоб проводи настройки.
Електричний зв’язок представлений роз’ємами для підключення додаткових одиниць приладу, для яких він розробляється. Для більш доступної конструкції приладу та зручного використання роз’єми розміщаються на задню панель, тому що вони не несуть інформативний характер для людини-оператора.
Механічний зв’язок на даному пристрої буде характеризуватись перемикачем
SA1 який служить для режиму переключення від вимірювань КСХ до вимірювання вихідної потужності передавача.
Виходячи з того, що складність пристрою невелика то для зменшення кількості електричних з’єднань та покращення зручності збірки та монтажу доцільно використовувати одну друковану плату, на якій закріплюються усі радіоелектронні компоненти.
Дану принципову схему можна поділити на наступні частини: блок живлення, який складається з елементів фільтрації та стабілізації, високочастотний датчик, сформований на струмовому трансформаторі Т1, ключ високовольтного VOX, представлений транзистором VT1, випрямляч напруги сигналу, а такод блоку індикації і переключення, представлені світлодіодами HL1-HL14 і перемикачем SA1 відповідно.
В схемі передбачений високочастотний датчик, спроможний вводити електромагнітні перешкоди, тому його слід екранувати для стабільної роботи цілого приладу. Крім того дана схема не містить високоточних та чутливих радіоелементів, окрім екранованого високочастотного датчика, тому схема не буде чутлива до перешкод, створених зовнішніми електромагнітними полями.
Згідно конструкції даного виробу у ньому використовується тільки друкований монтаж і електромонтаж для підключення роз’ємів та перемикача.
Електрорадіоелементи, які розміщені на друкованій платі відрізняються по своїм масогабаритним показникам і є не однорідними. По способу монтажу пристрій однорідний, оскільки вся елементна база представляє собою компоненти що монтуються в отвори.
На друкованій платі усі елементи, які будуть мати завелику потужність, що на них виділяється, бажано встановити по краях, щоб тепло від елементів було розподілено у просторі приладу.
2.1.1.2. Аналіз елементної бази
Радіоелектронний пристрій складається із певної елементної бази (ЕБ), яка повинна відпо відати вимогам, заданим у технічному завданні. Це, насамперед, діапазон робочих температур, вібростійкість, ударна міцність, вологість, інтенсивність відмов.
Дані про параметри електрорадіоелементів, приведених в ТЗ на кожен елемент зведено в табл. 1.1.
Даний пристрій відноситься до перевозної апаратури і повинен витримувати наступні зовнішні впливи: ударна міцність—прискорення до 10g; вібростійкість—частота до 150Гц, віброприскорення до 2g, теплостійкість – 55 °С, холодостійкість — - 40 °С, вологостійкість 45…80%, при температурі 25°С, міцність при транспортуванні – 40 g, робоча температура пристрою— +10…+40 °С.
Пристрій повинен мати загальнокліматичне виконання і буде використовуватись в приміщеннях з штучним регульованим кліматом, що регулярно опалюються, тому повинен витримувати наступні кліматичні впливи: температура –10…+40˚С, вологість 80% при 25°С.
Порівнюючи вищенаведені вимоги з характеристиками елементів, які наведені в таблицях 1.1 і 1.2 , можна зробити висновки, що значення прискорення при ударах та вібраціях для зазначених елементів не виходить за допустимі межі.
Проведемо конструкторський аналіз елементної бази. Вибрана елементна база повинна відповідати заданим умовам експлуатації.
При порівнянні параметрів зовнішніх впливів на розроблюваний пристрій і параметри ЕРЕ за технічними умовами було встановлено, що даний пристрій не містить елементів параметрів котрих не відповідають заданим вимогам.
З усіх ЕРЕ, які використовуються при розробці даного приладу є трансформатор, який можна розмістити на друкованій платі.
На вході сигналу схеми встановлений роз’єм XW1,який далі по схемі передає сигнал на високочастотний датчик, зібраний на струмовому трансформаторі Т1 . Роз’єм може бути будь-якого типу, але від його розмірів буде залежати розміри приладу. Перемикач SA1 вибираємо будь–якого типу, та враховуємо те, що він має бути двонаправленим і на два полодження . Він служать для переключення режиму оцінки КСХ в режим для вимірювання та оцінки вихідної потужності передатчика.
Транзистор VT1 має бути кремнієвим типу КТ3120 або КТ315. Діоди VD1,VD2- типу КД521Б, КД522Д, VD5 – будь-який малопотужний, кремнієвий, імпульсний або випрямляючий. Світлодіоди можна використовувати будь-які малогабаритні з різний кольором освітлення на вибір розробника, для правильної індикації сигналів. Постійні резистори можна використовувати типу С2-23 , подстроєчні типу СП3-19. Конденсатори С1,С3,С7 типу КТ-2 на напругу не менше 100 В, а інші конденсатори, окрім полярних типу К10-17, К10-17А . Полярні конденсатори бажано використовувати танталовы, але тук також підходять і К50 або аналогічні імпортні. Дросель L1 вибирається по номінальній величині індуктивності. Мікросхема DA2 вибирається типу А227Д (вітчизняний аналог К1003ПП1), на якій забрана індикаторна частина.
Таблиця 1.1
Продовження таблиці 1.1.
Таблиця 1.2.
2.1.1.3. Аналіз технічних вимог
Оскільки вид апаратури, що розробляеться – побутова, то необхідно забезпечити як найменшу складність виробу, що істотно впливає на його собівартість, а значить і на конкурентоспроможність, підвищувати зручність в користуванні. Тому конструктивно доцільно розмістити електричну плату, що можна вважати елементом нижчого структурного рівня в блок – елемент вищого, щодо друкованої плати (ДП), структурного рівня. Блок в такому випадку являє собою корпус, як зазначено в технічному завданні, з алюмінія, який є несучою конструкцією для ДП.
Металевий корпус з алюмінію у даному випадку є зручним рішенням, оскільки відразу відкидає питання про додаткову обробку, захисне покриття.
Корпус повинен бути виконаний з металевого матеріалу, або термореактивної пластмаси для запобігання можливого загорання пристрою. Для формоутворення деталей корпуса можна використовувати метод штамповки, так як він є прогресивним і високотехнологічним методом для середньо-серійного виробництва.
Пристрій відноситься до побутової апаратури, він повинен відповідати певним вимогам:
- максимально економічно доцільна експлуатаційна надійність;
- максимальна простота збирання та монтажу;
- простота, технологічність та ергономічність конструкції;
- простота в обслуговуванні при експлуатації та ремонті, легка заміна вийшовши з ладу елементів;
- елементи комутації на бічній стінці корпусу;
- мінімальні маса і габарити виробу;
- максимальна уніфікація та стандартизація матеріалів, деталей та покупних виробів;
- мінімальна ціна.
При розробці конструкції корпусу необхідно врахувати простоту процесів виготовлення, зборку, а також економічність.
Оскільки матеріал корпусу пристрою – алюміній і максимальна маса елементів та компонентів не перевищує 0,35 кг тому можна зробити висновок, що загальна маса пристрою не буде перевищувати маси, встановленої в технічному завданні.
Відносно встановлення габаритних розмірів приладу треба відмітити, що вони будуть визначатися розмірами та об’ємом друкованого вузла, об’ємом навісних компонентів, естетичними і ергономічними показниками, що впливають на компоновку та зовнішній вид приладу в цілому.
Визначальними параметрами ширини та глибини приладу будуть визначатися розмірами друкованого вузла, а висота – електрорадіоелементом, що має найбільшу висоту при встановленні його в корпусі за відповідним варіантом установки.
Виходячи з проведеного конструкторського аналізу технічних вимог на розробку охоронної сигналізації для теплиць можна зробити висновок, що принципово пристрій можливо виготовити, вкладаючись в рамки технічного завдання.
2.1.2. Розробка варіантів конструкції
2.1.2.1. Пошук і вивчення аналогів, прототипів і типових рішень
Використання КСХ – метрів дуже розвинуто, особливо для автолюбителів.
Існуючі на сьогодні КСХ – метри майже всі використовують стрілковий індикатор(як правило мікроампер метр). Але такий варіант для автомобіля мало придатний, перш за все через низьку механічну міцність стрілкових індикаторів. Тому для цього випадку найкращим буде заміна стрілкового індикатора на світлодіодний.
Вибираючи аналог, ми будемо виходити з наступних міркувань: аналог повинен бути найбільш близьким по функціональному призначенню і бути присутнім на споживчому ринку із стійкою ринковою ціною і відомими техніко-економічними показниками.
Пристрій має дуже близькі за функціональністю прямі аналоги. Але різні конструкції відрізняються типом індикатора, з яким буде взаємодіяти людина-оператор. Ці прилади являють собою металеві корпуси у формі паралелепіпеду всередині яких знаходиться друкована плата. У корпусі виконані отвори для елементів керування та роз’ємів для підключення сигналі (вхідного та вихідного).
В якості аналогів вибрано два вже існуючих пристроїв, а саме: КСХ – метр із рідкокристалічним екраном M-KF(S0239 УВЧ ) і вимірюванням потужності ; вимірювач потужності та КСХ Alan SWR-2T. Ці пристрої якнайповніше реалізують майже всі необхідні функції і мають схожі з тим, що розробляється, технічні параметри.
КСХ – метр із рідкокристалічним екраном M-KF(S0239 УВЧ ) і вимірюванням потужності являє собою невеликий за розмірами металевий бокс. На передній панелі розташований рідкокристалічний екран, а по боках роз’єми для підключення вхідного та вихідного сигналів. Загальний вид даного аналогі зображений на рисунку .
Рисунок 2.1 - КСХ – метр із рідкокристалічним екраном M-KF(S0239 УВЧ )
Вимірювач потужності та КСХ Alan SWR-2T представляє собою також металевий бокс, але за розмірами більший ніж перший аналог. В якості індикатора тут використовується стрілковий індикатор. На передній панелі розташований перемикач діапазонів частот, і перемикач на вимірювання потужності. На задній панелі розташовано роз’єми для підключення.
Як критерії порівняння пристрою, що розробляється, з вибраними аналогами візьмемо основні технічні характеристики, до поліпшення параметрів яких понад усе прагнули при розробці (блок індикації для використання в автомобілях, вимірювання вихідної потужності сигналу, діапазон робочих температур), оскільки вони якнайповніше характеризують якість функціонування пристрою, а також такий показник як максимальна ємкість навантаження, що є важливим при використанні за призначенням і при вирішенні питань вбудовування апаратури.
У пристрою, що розробляється можуть бути покращені габаритні показники, елементи керування розташовані у більш зручному порядку, сам прилад має значно естетичніше виконання.
Рисунок 2.2 - Вимірювач потужності та КСХ Alan SWR-2T
Більш оптимальним є варіант першого анолога M-KF(S0239 УВЧ ), тому що він ближче підходить до розроляємого приладу, за функціональними парметрами, а також габаритними показниками. Але вибраний варіант можна вдосконалити – зменшити габаритні розміри за рахунок відмови від рідкокристалічного дисплею, і використання світлодіодів.
Порівняно з вже існуючими пристроями те, що ми будемо розробляти має невеликі масу і габарити, елементи індикації у зручному виді для сприймання людиною оператором, високі ергономічні показники та параметри характерні для виробів сучасної техніки, такі як: мініатюризація і надійність.
Для захисту пристрою від бруду, пилу і вологи плата повинна розміщуватися в закритому корпусі, який ми виберемо далі.
На основі цих міркувань можемо виділити основні передбачувані вимоги до конструкції.
Корпус виконаний із металевого листа, або термопластичної пластмаси, яка витримує широкий діапазон температур.
На корпусі на лицьовій панелі розмістити пристрої керування із надписами, на задній стінці розміщуються пристрої комутації (в даному випадку роз’єми) . На верхній панелі ближче до передньої розмістити блок індикації з надписами що пояснюють його функцій, для легкого сприймання.
2.1.2.2. Ескізне проектування варіантів конструкції
На основі аналізу аналогів та застосування власних конструктивних рішень розробляємо ескізи загального вигляду приладу.
Корпус залежить від розмірів ПП та ЕРЕ, а також від ряду особливостей (в нашому випадку – необхідність зменшення електромагнітних перешкод).
Конструкції пристрою наведені нижче на рисунку 2.1 а і б.
а)
б)
Рисунок 2.1- Варіанти конструкції приладу.
2.1.2.3. Аналіз варіантів конструкцій і вибір кращого варіанта
В першому варіанті корпус складається з основного корпуса та з листового металу за допомогою загинання та штамповки. В другому варіанті несуча конструкція кришки, цей корпус виготовлений складається з двох деталей —корпуса і кришки, які виконані з алюмінія покритого декоративним покриттям прогресивним методом формоутворення штампуванням металів.
В обох способах компоновки плата прикручується до корпусу гвинтами, тому необхідно передбачити стійки для її кріплення.
Також треба передбачити отвори на кришці корпусу для встановлення світло діодів. В корпусі аналогічно треба передбачити отвори для закріплення роз’ємів і перемикача.
Другий варіант конструкції корпусу буде менше по масі, ніж перший.
Кількість деталей несучої конструкції буде однаковою для обох варіантів компонування.
Другий варіант на мою думку більш кращий. Тому за основу для розробки використаємо другий варіант ескізу.
2.1.3 Компонувальні розрахунки
В даному пункті проводиться розрахунок таких параметрів як загальна площа друкованої плати та об’єм блоку.
На основі ескізів загального виду та опису кращого варіанта конструкції виконується розробка конструкції приладу на рівні технічного проекту. Тому треба розробити конструкції наступних елементів виробу:
- друкованої плати;
- корпусу.
В процесі цієї роботи уточнюється компоновка та зовнішній вигляд передньої панелі та пристрою в цілому. Слід приділити увагу до забезпечення виробничої технологічності та ремонтоздатності пристрою.
Площа друкованої плати визначається за формулою:
(3.1)
- сума площ усіх електрорадіоелементів, які встановлюються на друковану плату; Кз.п. – коефіцієнт заповнення друкованої плати.
Для побутової апаратури коефіцієнт заповнення бажано брати від 0,4 до 0,7. На розробку було вибрано Кз - 0,6 тому, що прилад котрий розробляється повинен мати малі габарити та масу, високу ремонтоздатність. Данні про розміри елементів на друкованій платі знаходяться у таблиці 1.3.
За формулою (3.1) розрахуємо площу друкованої плати:
Виходячи з вибраного варіанту конструкції приймемо довжину плати рівну b = 105 мм, тоді довжина дорівнюватиме:
а = 9180/105 = 85 мм. Приймемо ширину плати рівну а = 75 мм.
Отже, розміри плати: 105×85 мм.
Розрахуємо об’єм пристрою за формулою:
(3.2)
де - об’єм всіх елементів які не встановлюються на друкований вузол, встановлених у корпусі. Данні потрібні для розрахунку знесені до таблиці 1.2.
Сумарний об’єм корпусу з урахуванням коефіцієнта заповнення складає: 0,034л.
Розрахунок розмірів друкованого вузла
Отримаємо початкові дані: Vпр. поч.., Vпр. розр., К.
Коефіцієнт розрахунку дорівнює:
. (3.3)
Перерахуємо довжину, ширину та висоту пристрою:
Друкована плата буде односторонньою. Виберемо клас точності. Для цього розрахуємо ширину друкованого вузла та зрівняємо ії з класами точності використовуючи формулу :
tn =(L-D)/(2n+1) ,
L – відстань між двома провідниками;
D – діаметр контактної площадки;
n – кількість друкованих провідників.
tn = (2.5-(1+2*0.3))/(2+1) = 0.477 мм.
t2кл= 0.45 мм – ширина другого класу точності друкованого провідника.
Тобто tn > t2кл , отже виберемо другий клас точності.
Матеріал для друкованої плати - склотекстоліт з товщиною фольги 35 мкм (СФ-1–35 ГОСТ 10316-78). Діапазон робочих температур склотекстоліти дозволяє його застосовувати в апаратурі 2-ї групи жорсткості експлуатації.
2.2. Розрахунок друкованої плати вузла КСХ-метру та забезпечення його електромагнітної сумісності (ЕМС)
2.2.1. Розробка конструкції друкованої плати та розрахунок її елементів
В даному пункті розглядається розрахунок отворів, в які установлюються елементи ДП, контактних майданчиків, параметрів друкованих провідників, відстань між ними.
Розрахунок отворів друкованої плати виконується за формулою
, (3.4)
де dэ - діаметр виводу елемента,
r – різниця між мінімальним значенням діаметра отвору і максимальним значенням діаметра виводу ВЕТ(виробу електронної техніки), що встановлюється.
r = 0,1...0,4, оберемо r=0,2 (для ручного встановлення),
- нижнє граничне відхилення номінального значення діаметра отвору.
Маємо такі діаметри виводів електрорадіоелементів: 0,6; 0,9.
Відповідно до цього маємо наступні діаметри отворів:
Найменше значення діаметра контактного майданчика , мм, розраховуємо за наступною формулою:
, (3.5)
де - верхнє граничне відхилення діаметра отвору ;
- величина підтравлення діелектрика в отворі, що приймається рівною 0,03;
b – величина гарантованого пояска ;
- нижнє граничне відхилення діаметра контактного майданчика ;
Td – позиційний допуск розташування осі твору ;
TD – позиційний допуск розташування центра контактного майданчика .
Відповідно маємо такі типорозміри контактних майданчиків :
|
b |
Td |
TD |
dэ |
D |
|||
|
0,05 |
0,1 |
0,05 |
0,03 |
0,1 |
0,2 |
0,6 |
1,2 |
|
0,05 |
0,1 |
0,05 |
0,03 |
0,1 |
0,2 |
0,9 |
1,4 |
|
0,1 |
0,1 |
0,05 |
0,03 |
0,1 |
0,2 |
1,6 |
2,2 |
Розрахуємо значення ширини друкованого провідника , мм, за формулою:
(3.6)
- мінімально допустима ширина друкованого провідника;
- нижнє граничне відхилення діаметра контактного майданчика
Визначення відстані між елементами провідникового рисунку:
Розрахуємо найменшу номінальну відстань між сусідніми елементами провідникового рисунку S, мм, за формулою:
де - мінімально допустима відстань між сусідніми елементами провідникового рисунку, для 3 класу точності = 0,25 мм;
- верхнє граничне відхилення ширини елемента провідникового рисунку, = 0,1 мм.
Тому: (мм).
Схема електрична принципова пристрою і перелік елементів, складальне креслення пристрою і специфікація, складальне креслення друкованого вузла і специфікація, креслення друкованої плати, креслення деталі несучої конструкції наведені у додатку Б.
2.2.2. Формулювання задачі забезпечення ЕМС друкованої плати
Під час конструкторському аналізі схеми електричної принципової визначаються найбільш уразливі місця реалізованого в конструкцію пристрою з погляду стійкої його роботи в умовах існуючих джерел завад і перешкод як зовнішніх так і внутрішніх. За результатами цього аналізу вибираються самі критичні частини пристрою, визначається вид паразитних процесів і формулюється задача щодо визначеного розрахунку паразитних параметрів приладу.
Оскільки друкована плата має довгі друковані провідники які проходять поруч на відносно великій відстані то є сенс розрахувати їх значення паразитних параметрів ємності та взаємоіндуктивності.
2.2.3. Розрахунки з забезпечення ЕМС
Виберемо для розрахунку певну ділянку друкованої плати та проведемо розрахунок паразитної ємності та індуктивності. Проведемо розрахунок для двох достатньо довгих провідників. На рисунку 4.1 наведений фрагмент рисунку який ми вибрали для розрахунку
Рисунок 4.1 - Фрагмент схеми для розрахунку паразитних параметрів
Визначаємо взаємну ємність по формулі:
(4.3)
де εr—діелектрична проникливість середовища εr =0,5(εп+εл ), де εп , εл—діелектричні проникливості плати та лака εп =5,5, εл=4, δ—відстань між провідниками δ=6мм, b- ширина провідників b=2мм, l—довжина перекриття провідників l=45 мм, w—товщина фольги w=35мкм.
визначаєм взаємоіндуктивність провідників по формулі:
(4.4)
де δ—відстань між провідниками δ=2,5 мм, b- ширина провідників b=2 мм, l—довжина перекриття провідників l=45 мм
Поглянувши на результати розрахунків ми бачимо, що паразитні параметри мають дуже малі значення, отже можемо зробити висновок, що вони не будуть перешкоджати нормальній роботі нашого пристрою.
2.3. Обгрунтований вибір матеріалів, покриттів, методів формоутворення деталей і механічних з’єднань та способів захисту КСХ-метру від інших впливів.
2.3.1. Вибір матеріалів
В даному пункті розглядається доцільність вибору тих чи інших матеріалів для виготовлення деталей пристрою.
Для виготовлення корпусу пристроїв можливо використовувати різноманітні матеріали – від деревини до металу. Виготовляти корпус з якогось тяжкого металу за масою також недоцільно, бо він буде мати велику вагу, необхідні витрати на захисне покриття, також має низьку технологічність в порівнянні з пластмасами. Найкращим матеріалом для даного пристрою в умовах середньосерійного виробництва являється пластмаса або алюміній. Тому виходячи з технічного завдання, далі буде розглядатися матеріал корпусу із алюмінія.
До корпусу КСХ-метру пред'являються високі вимоги. Він повинен забезпечувати: жорстке закріплення плати; захист плат і ЕРЕ від зовнішніх кліматичних, механічних та інших впливів; екранування схеми від зовнішніх електромагнітних випромінювань і наведень; тепловідвід. Крім того, корпус має бути технологічним, економічно вигідним, забезпечувати можливість складання схеми, контроль, надбудову, ремонт. При виборі матеріалу корпусу необхідно враховувати вимоги зменшення маси, зниження вартості виготовлення, відповідності температурних коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів корпусу і плат, можливість паяння і хорошу теплопровідність.
Тому корпус виконаємо з алюмінієвого сплаву з декоративним полімерним покриттям. Даний матеріал забезпечує повний захист від електромагнітних перешкод, що дасть змогу нормальному функціонуванні такого приладу як КСХ- метр. Всі деталі корпусу виготовляються методом штампування і надалі з'єднуються гвинтами, так як ці технологічні процеси широко поширені і не вимагають значних капіталовкладень. У ньому є перфораційні отвори. Після проведення всіх закріплювальних робіт необхідно напливи і нерівності обробити з плавним переходом до основного матеріалу. Потім слід покрити корпус гполімерним декоративним покриттям. Такий корпус буде менше поглинати інфрачервоне сонячне випромінювання в умовах роботи під впливом сонячних променів. Кришка кріпитися до корпусу гвинтами М3 × 6 ГОСТ 17475-80. На кришці є отвори для світлодіодів. Написи на кришці виконуються емаллю ПФ115 чорною ГОСТ 6465-76 шрифтом 10-Пр3 СТБ 992-95. Це посприяє кращої читання символів. На задній стороні корпусу залишити отвори для розміщення та закріплення роз’ємів для підключення, а на передній стороні залишити отвер для розміщення перемикача режимів.
Розміщення корпусу – горизонтальне.
Для виготовлення друкованих плат використовують фольговані і нефольговані шарові діелектрики. Вихідним матеріалом для їх виготовлення служать папір або склотканина, які пропитані синтетичними смолами, або полімірні плівки із лавсана, фторпласта та ін. Наведемо основні характеристики шарових матеріалів:
ГФ1-35 товщина фольги 35 мкм товщина матеріалу з фольгою 1; 1,5;2;3 мм, діапазон робочих температур -60…+85ºС — одно- і двобічні плати без гальванічного з’єднання шарів.
СФ-1-35 товщина фольги 35 мкм, товщина матеріалу з фольгою 1; 1,5;2;3 мм, діапазон робочих температур -60…+120ºС — одно- і двобічні плати з гальванічним з’єднанням шарів.
СФПН1-50 товщина фольги 50 мкм, товщина матеріалу з фольгою 1; 1,5;2;3 мм, діапазон робочих температур -60…+160ºС — одно- і двобічні плати з підвищеною нагрівостійкістю.
СТФ-1 товщина фольги 35 мкм, товщина матеріалу з фольгою 0,13;0,15;0,5;1; 1,5;2;3 мм, діапазон робочих температур -60…+120ºС — одно- , двобічні ,багатошарові і гнучкі друковані плати з підвищеною нагрівостійкістю і вологостійкістю.
СТФ-1-2ЛК35 товщина фольги 35 мкм товщина матеріалу з фольгою 1; 1,5;2, діапазон робочих температур -60…+120ºС —одно- і двобічні плати.
З вищенаведених матеріалів оптимальними за ціною та якостями властивостями є склотекстоліт СФ-2-35, що й обумовлює вибір цього матеріалу для виготовлення друкованої плати. Оскільки на платі присутні елементи з масою більше 10 г то доцільно вибрати склотекстоліт товщиною 2 мм.
Таблиця 3.9. Вибір матеріалів деталей.
|
Деталь |
Вимоги до деталі |
Метод формоутворення |
Можливі матеріали |
Характеристика методів |
Обраний матеріал та обгрунтування вибору |
Обраний марка матеріалу |
|
1. Кришка, основа корпусу |
1. Механічна стійкість. 2.Середня серійність 5. Об'ємна форма. 6. Вимоги технологічної естетики. |
1.Штампування металу |
1. Ударостійкиа сталь |
2. Дуже висока ударостійкість. |
Алюмінієвий сплав : задовільняє всім технологічним вимогам до деталей, виготовлення методом штампування, висока точність геометричних розмірів |
Алюмінієвий сплав |
2.3.2. Вибір покриттiв
Для нанесення пояснювальних надписів на передній панелі та маркування позначень елементів на друкованій платі доцільно використати маркувальну фарбу: ТНПФ(білий) ГОСТ 6465-76, вона має робочій діапазон температур –60…+125 ºС, механічною міцністю, має задовільну адгезією до поверхонь, що маркіруються і призначена для нанесення на деталі приборів і обладнання, тари, деталей із слоїстих пластиків, анодованого алюмінію, прес-матеріали.
Для монтажу напівпровідникових ВЕТ на тепло відводи бажано використовувати кремнійорганічну пасту КПТ-8 ГОСТ 19783-74.
2.3.3. Вибір методів формоутворення деталей
Вибір методів залежить від багатьох факторів, основне з них:
- серійність виробу;
- технологічні можливості виробництва;
- вартість підготовки виробництва (виготовлення оснащення, придбання спеціального технологічного обладнання) і капітальні витрати (створення нових виробництв, цехів і ділянок);
- передбачуваний період випуску виробу і строк окупності;
- вимоги до ергономіки і технічної естетики;
- забезпечення механічної міцності.
Є декілька способів формоутворення деталей пристрою:
- штампування деталей з металу;
- лиття деталей під тиском з металу;
- лиття деталей під тиском з термопластичної або термореактивної пластмаси.
Зведемо все це у таблицю.
Таблиця 3.9. Вибір формоутворення деталей
|
Деталь |
Вимоги до деталі |
Можливі методи формоутворення |
Характеристика методів |
Методи що підходять відповідно до ТЗ |
Обраний метод та обгрунтування вибору |
|
1.Кришка, основа корпусу |
1.Механічна стійкість. 2. Середня серійність. 3. Стійість до приникнення пилу. 4. Вимоги технологічної естетики. |
1. Лиття під тиском (ЛПТ) платсмас |
1. Висока технологічність; 2. Невисока жорсткість; 3. Не потребує покриття |
1.Пресування пластмас; 2.Штампування металевих сплавів |
Лиття під тиском (ЛПТ) платсмас: отримання міцних тонкостінних відливків; низька шорсткість поверхні, отже знижується механічна обробка відливків висока точність геометричних розмірів |
|
2. Пресування пластмас |
1.Середня технологічність; 2. Висока жорсткість; 3.Стійкість до кліматичних іакторів; 4. Не потребує покриття. |
||||
|
3.ЛПТ металевих сплавів |
1. Достатньо висока технологічність; 2. Висока жорсткість; 3.Стійкість до кліматичних іакторів при наявності покриттів |
||||
|
4. Штампування із металевих матеріалів |
1. Достатньо висока технологічність, яка знижується при використанні об'ємних форм та ускладнення деталі; 2. Висока жорсткість; 3.Стійкість до кліматичних іакторів при наявності покриттів |
Так як апаратура призначена для перевезення, то головними показниками у методах формоутворення деталей стають швидкість та простота виготовлення, дешевизна, невелика маса деталей.
Цим вимогам найбільш повно відповідає метод штамповки тонких металів. До переваг цього методу можна віднести: отримання важких тонкостінних відливків; низька шорсткість поверхні, отже знижується механічна обробка відливків на 90-95%; висока точність геометричних розмірів; можливість виконання складних геометричних форм.
Найбільш зручно використовувати металеві матеріали, які мають можливість переробки використаних або бракованих деталей.
Технологічний процес виконують при тиску 80 – 140МПа на машинах для лиття поршневого або гвинтового типу з високим рівнем автоматизації.
2.3.4. Вибір механічних з’єднань
2.3.4.1. Вибір механічних з’єднань
Механічні з’єднання виконуються за допомогою гвинтових з’єднань – само нарізних гвинтів. Вони дозволяють використання, на відміну від гвинтів, без гайок і закручуються безпосередньо в корпус приладу. Друкована плата кріпиться до спеціальних відливів у корпусі за допомогою саморізів. Процес збирання даного блоку не викликає великих труднощів. Після збирання друкованого вузла він прикріпляється до корпусу з вже встановленими на нього деталями. Далі проводиться монтаж і прикріплюється кришка до корпусу.
В процесі експлуатації та транспортування електронна апаратура може негативно реагувати на різні механічні впливи такі як вібрація, удари та ін. На пристрій, що розробляється діють удари однократної дії при транспортуванні амплітудою а=40g. Найбільш чутливими місцями є місця з’єднання друкованого вузла з корпусом пристрою. Вони виконані за допомогою гвинтових з’єднань. Тому виникає можливість зрізання різьби в місці цих з’єднань. Друкований вузол приєднується в 4 місцях, а це значить, що навантаження слід поділити між кожним з’єднанням.
Перевірку міцності на зрізання різьби проведемо за такою формулою:
,
де Р – навантаження,
d1 – діаметр гвинта,
S – шаг різьби,
Z – кількість витків, що працюють,
k – коефіцієнт повноти різьби.
,
де m – маса друкованого вузла,
а – амплітуда ударів.
Необхідні дані для розрахунку маси друкованого вузла m беремо з довідника. Тоді отримуємо:
для матеріалу – алюмінію.
Звідси можна зробити висновок, що прилад витримає задане навантаження і його працездатність підтверджується.
2.3.4.2. Розрахунок розмірних ланцюгів
В даному пункті виконаємо розрахунок відхилення розмірів відстані стійок кріплення та отворів кріплення плати. Для цього складемо лінійний розмірний ланцюг.
Приклад зображено на рис. 2.6
Рисунок 2.6- Розмірний ланцюг
Де А0—довжина корпусу А0=120 мм, А1—відстань між стінкою корпуса та початком плати А1=20мм, А2—відстань між початком плати та початком кріпильного отвору А2=7.5мм, ΔА—відстань між початком плати та початком кріпильного отвору та діаметром отвору ΔА, А3— діаметр отвору А3=5мм.
При усадці алюмінію 0,8% можна виготовити деталі з точністю 10 квалітету, крайні відхилення розмірів складають ±0,1 мм, що досить не погано.
Зв’язок між номінальними значеннями замикаючого розміру та збільшуючими та зменьшуючими розмірами:
, (2.7)
де ΔА—номінальне значення замикаючого розміру, Аj— номінальне значення збільшуючих розмірів, Ак—номінальне значення зменшуючих розмірів,
ΔА=120-20-7.5-5=87.5мм
Залежність між верхніми та нижніми відхиленнями розмірів розмірної ланки знаходимо за формулою (2.8) та (2.9):
, (2.8)
, (2.9)
де ΔΔВ, ΔΔН—верхнє та нижнє відхилення замикаючого розміру, ΔjВ, ΔjН—верхнє та нижнє відхилення збільшуючого розміру, ΔКВ, ΔКН—верхнє та нижнє відхилення зменшуючого розміру:
ΔΔВ=0.1-(-0.1-0.1-0.1)=0.4 мм,
ΔΔН=-0.1-0.1-0.1-0.1=-0.4 мм,
Розмір замикаючої ланки складає 87.5±0.4 мм. При такому значенні відхилення номінальних розмірів нема необхідності застосовувати додаткових заходів для забеспечення взаімозаміняємості
2.3.5. Вибір способів захисту від зовнішніх впливiв
До зовнішніх факторів, що впливають відносяться:
- кліматичні;
- механічні.
Оскільки пристрій не знаходиться в жорстких умовах експлуатації, не знаходиться під дією прямого сонячного проміння, а всі елементи встановлюються на друковану плату та захищаються лаком, корпус пристрою виготовлений із полімеру з отворами для конвекції повітря у виробі. Захист виробу від пилу та вологи визначається захисним покриттям.
Від ударів при транспортуванні та при експлуатації пристрій захищає корпус матеріал якого є ударостійким.
2.4. Забезпечення теплового режиму КСХ-метру
2.4.1. Вибір способу охолодження
Попередній вибір системи охолодження вибирається на стадії ескізного проектування. На цієї стадії відома досить обмежена інформація : потужність, що споживається блоком, максимальна температура зовнішнього середовища , приблизні габаритні розміри корпуса блока, допустимі температури ЕРЕ, коефіцієнт заповнення об’єму блока.
Оцінка виконується на основі попередніх даних по величині теплового потоку, який приходиться на одиницю площі теплообміну
q = Р*Kp/Sn
де р—сумарна потужність, яка розсіюється пристроєм, Кр— коефіцієнт, який враховує тиск повітря (при атмосферному тиску Кр=1), Sп—поверхня теплообміну, яка визначається геометричними розмірами корпусу і коефіцієнтом заповнення об’єму блока.
Поверхня теплообміну визначається за формулою:
Sn = 2[L1L2+(L1+L2)k3L3]
де L1 - довжина, L2 –ширина, L3 – висота, k3 – коефіцієнт заповнення блока за об’ємом.
Для пристрою L1=0,105 м, L2 = 0,85 м,L3 = 0,6 м, k3=0,8
Sn= 2[0,85·0,105+(0,85+0,105)·0,06·0,8]= м2 .або см2.
Потужність, яка розсіюється пристроєм:
Р = I*U.
Коефіцієнт корисної дії дорівнює пристрою:
Загальна потужність виробуЗнайдемо енергію, яка витрачається на нагрів:
Визначимо значення питомого теплового потоку
q = 16,8·1/613 = 0,0274 Вт/м².
Якщо q≤0,2 Вт/см2 , то охолодження – природне повітряне.
2.5. Художньо-конструкторське та ергономічне забезпечення розробки
2.5.1. Розробка варіантів художньо-конструкторських та ергономічних рішень
Зважаючи на те, що даний пристрій призначений для вимірювання КСХ та оцінки вихідної потужності передатчика, то передня панель для нього - панель, куди дивиться оператор. Також враховуємо те, до для виготовлення приладу було використано алюмінієвий сплав з полімерним декоративним покриттям. Для панелі потрібно використовувати той колір, який не ріже очі..
Так як пристрій використовується при перевезенні в машинах, то він повинен бути помітним. Для цього визначаючими факторами будуть розміри та колір пристрою. Розміри корпусу 320*150*54мм – це оптимальне значення.
Також пристрій повинен відповідати естетичним потребам користувачів. Для цього необхідно використовувати принцип симетричності пристрою. На передній лицьовій панелі розташовуються кнопки управління пристроєм, а також резистор, який регулює частоту.
Також необхідно враховувати колір світлодіодів. Світіння не повинно бути занадто яскравим, щоб не дратувати користувача та бути непримітним для роботи у зазначених режимах. Зважаючи на зазначені фактори, оберемо світло діоди світло-червоного кольору.
На задній стінкнці пристрою розміщені роз’єми для комутації.
Загальний вигляд пристрою наведено нижче на рисунку 3.1.
Рисунок 3.1 – Пристрій автоматичного автомобільного КСХ-метру
2.6. Інформаційно-комп’ютерне забезпечення трансивера
2.6.1. Опис промислових комп’ютерних програм
На даному етапі розвитку техніки, процес проектування будь якої апаратури не можливо уявити собі без використання ПЕОМ та комплексів на їх основі, то для виконання даної конструкторської роботи досить зручним є використання ПЕОМ та різноманітних пакетів програм.
Наприклад для креслення збирального креслення ДП та вузлів, креслення деталей конструкції, креслень ДП вузлів досить зручно користуватися програмою “Компас 3D V8 LT”. Даний продукт є безкоштовним і досить актуальним оскільки має досить багато плюсів порівняно з іншими програмами, на сам перед це:
- досить зручний інтерфейс;
- програма досить проста в користуванні;
- можливість експортувати файли в різні формати;
- співпраця з багатьма програмами та ін.
Висновки
В процесі виконання курсового проекту було проведено розробку радіоелектронного пристрою та його конструкції – Автоматичного автомобільного КСХ-метру з використанням САПР DipTrace, Solid Edge i Компас.
При виконанні проекту було проведено ряд конструкторських розрахунків по забезпеченню працездатності пристрою, були проаналізовані два варіанти конструкції і був обраний кращий з них, була розроблена конструкція пристрою. Також розроблено комплект конструкторської документації, необхідний для виготовлення даного пристрою згідно із ЕСКД.
Даний курсовий проект надав велику підставку для більш складної роботи – дипломного проекту, та закріпив знанння, потрібні при розробці радіоелектронних апаратів.
Список літератури
Методичні вказівки до курсового проектування з дисципліни «Конструювання електронних засобів», «Конструювання побутової електронної апаратури» для студентів спеціальностей 7.091001, 8.091001 та 7.091003, 8.091003/ Укл.: Єфименко А.А., Сім онов В.В., Сконечний В.В. - Одеса: Наука і техніка, 2004.-30с.
Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры (печатные узлы)/ А.И.Горобец, Л. И. Степаненко — Киев: Техника 1985г.
Белинский В.Г. Практическое пособие по учебному конструированию РЭА. Киев: Техника 1995г.
2. Разработка многопользовательской информационной системы ведения документации по аренде
3. Налоговые органы РБ
4. НА ТЕМУ- ГАРМОНИЯ ОБЩЕНИЯ ~ ЗАЛОГ ПСИХИЧЕСКОГО ЗДОРОВЬЯ РЕБЕНКА
5. Размещение ветряных и водяных мельниц Рязанской губернии (первая половина XX в
6. Курсовая работа- Порядок учета эксплуатации и выбытия собственных основных средств
7. Реферат на тему- ldquo;Роди і жанри літературиrdquo; ЖАНР франц
8. Контрольная работа- Экономико-географическая характеристика Печорского угольного бассейна
9. Российский государственный профессиональнопедагогический университет Институт экономики и управления
10. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СОЦИАЛЬНОЙ ПОЛИТИКИ В ОБЛАСТИ ЗАЩИТЫ СЕМЕЙ ИМЕЮЩИХ ДЕТЕ
11. Задание- Выберите пункты где следует писать- Букву Ы- 1 Ц_ган 3 Станц_я 2 Сестриц
12. Экономика труда после этого работала в секторе промышленности и строительства Центральной научноисследов
13. Інформаційна система НБ
14. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук Льві
15. Лабораторная работа 9
16. географічне положення До Південної Європи належать 8 країн і 1 залежна територія Гібралтарволодіння Вели
17. рыночная модель предусматривающая постепенность изменений не предполагающей разрушения созданного в сове.html
18. Оскар Уайльд Здоровый дух в здоровом теле ~ вот краткое но полное описание счастливого состояния
19. вариантами ответов выберите вариант который отражает ваше мнение1
20. Реферат- Банковская система РФ.html