Вариант 2

Рисунок 1 – Варианты компоновки блоков устройств

1 – печатная плата; 2 – герметизированное отверстие для подведения к плате необходимых проводов; 3 – регуляторы частоты вращения и вращающего момента двигателя.

3.1.2 Определение габаритных размеров блока двух

вариантов компоновки. Габариты печатной платы, определяются, исходя из суммарной площади, занимаемой элементами.

Площадь, занимаемая одним элементом (конденсатором или микросхемой), определяется по формуле:

(1)

где В и L - габаритные (установочные) размеры элемента, мм.

Для микросхемы (К140УД6А):

Для конденсаторов:

К50-35-4,7 мкФ:

К50-35-100 мкФ:

К73-17В-0,1 мкФ:

К73-17В-1 мкФ:

Площадь, занимаемая одним резистором (транзистором) определяется по формуле:

S=Dl (2)

где D - габаритный размер элемента, мм; 1 - установочная длина элемента, мм.

Для резисторов МЛТ-0,125: S_p=16(2,26)=211,2 (мм²)

Для резисторов МЛТ-2: S_p= (8,618,5)=159,1 (мм²)

Для транзистора КТЗ15Г, КТ361А: S_T=4(36)=72 (мм²)

Для транзистора КТ630А: S_T=(мм²)

Для диодного моста КЦ405Г: S_T=2222=484 (мм²)

Для диода Д223: S_д=4(312)=144 (мм²)

Для диода Д814Д: S_д= 156=90 (мм²)

Для трансформатора МИТ-4вм:

Определим общую площадь, занимаемую всеми ЭРЭ на печатной плате:

S=

где N - количество ЭРЭ одного типа, устанавливаемых на печатную плату.

S=(мм²)

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади печатной платы для бытовой РЭА, равного 0,6, получим значение площади:

Так как необходимо учесть площадь, занимаемую группой отверстий для вывода соединительных проводов на резисторы, тиристоры, управляющие диоды, с трансформатора и на подключение питания было рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон печатной платы (40х80, 40х100, 60x110) и по ГОСТ 10317-79 был выбран следующий - 40x120мм.

Для определения объема печатной платы необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ плюс толщина основания ПП. Высота рассматриваемой печатной платы равна 21мм (высота резистора ПЭВ-10, равная 17 мм, плюс толщины платы, равная 1,5 мм, плюс сторона припаивания выводов, равная 1,5). Тогда:

(мм³)

Для выбора рациональной компоновки блока используют три параметра:

1. приведенная площадь наружной поверхности;

2. коэффициент приведенных площадей;

3. коэффициент заполнения объема.

Определим объемы внутреннего оборудования (внутренние размеры):

• регуляторы частоты вращения и вращающего момента – переменные резисторы СП-I (R12, R19):

(мм³)

- герметизированное отверстие для подведения к плате необходимых проводов:

(мм³)

Для выбора компоновки цифрового частотомера рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением регуляторов частоты вращения и вращающего момента (рисунок 1).

Определяем габаритные размеры блоков обоих вариантов в зависимости от расположения регуляторов частоты вращения и вращающего момента двигателя. В первом варианте регуляторы расположены на крышке корпуса (рисунок 1, вариант 1).

---

С учетом этого и зазоров между печатной платой, регуляторами, герметизированным отверстием и стенками корпуса, а также с учетом толщины стенок корпуса, получаем габаритные размеры первого варианта блока: длина =135 мм, ширина =55 мм и высота =50 мм.

Во втором варианте регуляторы частоты вращения и вращающего момента расположены на боковой стенке корпуса (рисунок 1, вариант 2). С учетом этого и зазоров между печатной платой, регуляторами, герметизированным отверстием и стенками корпуса, а также с учетом толщины стенок корпуса, получаем габаритные размеры второго варианта блока: длина А₂=135 мм, ширина В₂=70 мм и высота Н2=45 мм.

Сравним выбранные варианты компоновки блока.

1) Определим полный объем первого (рисунок 1,а) и второго (рисунок 1,6)
вариантов компоновки блока.

= (мм³) (5)

V₂ = (мм³). (6)

Площади наружной поверхностей блоков:

(мм²); (7)

(мм²) (8)

Приведенные площади наружной поверхности:

2) Коэффициент приведенных площадей определяется по формуле:

где - приведенная площадь шара

где d – диаметр шара, мм

Диаметр d определим из условия равновеликости объёмов блока, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда, и блока, выполненного в форме шара, т.е.

Тогда

Таким образом коэффициент приведенных площадей равен

Это значит, что лучшим вариантом по площади наружной поверхности является 2 вариант блока.

3) Для определения коэффициентов заполнения объема определим объем занимаемой аппаратурой

(мм³).

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %:

;

Коэффициент заполнения объема для первого варианта компоновки блока больше, чем для второго варианта. Следовательно, в первом случае объем используется более эффективно.

Таким образом, по результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, выбираем первый вариант компоновки (рисунок 1, вариант 1), так как его объем используется наиболее эффективно. Этот вариант и является исходным для дальнейшей разработки конструкции.

3.1.3 Выбор типа электрического монтажа. В
проектируемом устройстве применяются два типа монтажа - печатный и
объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой
радиоэлементов. Объемный монтаж необходим для соединения платы с регуляторами частоты вращения и вращающего момента двигателя и через герметизированное отверстие с внешними устройствами.

3.1.4 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий. Из требований по условиям эксплуатации, записанных в
техническом задании следует, что нет необходимости в применении специальных способов защиты устройства от климатических факторов, вибрации и
помехонесущих полей. Частичную герметизацию осуществляет корпус устройства.

3.1.5 Выбор способов обеспечения нормального
теплового режима устройства. Тепловой режим блока
характеризуется совокупностью температур отдельных его точек. Целью расчета
является определение нагретой зоны модуля и среды вблизи поверхности ЭРЭ.

---

Модуль электронной аппаратуры второго уровня и выше, например устройство «регулятор-стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя», представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Поэтому при расчете тепловых режимов модулей используют приблизительные методы анализа и расчета.

Конструкцию РЭА заменяем ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру to и рассеиваемую тепловую мощность Р₀. В зависимости от ориентации модулей 1-го уровня различают три группы конструкций по характеру теплообмена в них. На рисунке 2 приведена зависимость

между перепадом температур и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.

Рисунок 2 – Диаграмма выбора необходимого способа охлаждения прибора

На рисунке 2 цифрами обозначены следующие зоны:

1, 2, 3 - для вертикального расположения блоков;

1’, 2', 3' - для горизонтального расположения блоков;

1-1’ - без вентиляции;

2-2' - естественная вентиляция;

3-3' - принудительная вентиляция.

- перепад температур, °С;

Q - удельная рассеиваемая мощность, Вт/м .

Определим условную поверхность нагретой зоны S₃, м2 для воздушного охлаждения:

S₃= (17)

где А, В, Н - геометрические размеры блока (А=0,135 м; В=0,055 м;Н=0,050 м);

- коэффициент заполнения объема (= 0,312).

Тогда получим:

S₃ = = 0,2 м².

Определим удельную мощность нагретой зоны q₃, Вт/м, как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади:

q₃=Q/S₃, (18)

где Q - мощность, рассеиваемая блоком, Вт, вычисляемая по формуле:

Q = WU, (19)

где I_max - максимальный потребляемый ток для цепи питания с напряжением питания U=220 В; I_max =0,0073 А;

Тогда получим:

Q=0,0073220= 1,606 Вт.

q₃=1,606/0,2=8,03 Вт/м².

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов (п.2.3). Если устройство работает в неперегруженном режиме, тогда температура зоны должна быть меньше или равна Т₃=70°С. Нормальная температура окружающей среды, при которой функционирует устройство, равна Т_С=20°С. Тогда перепад температур будет определяться по формуле

(20)

Способ вентиляции разрабатываемого устройства можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 2). Учитывая, что в проектируемом устройстве модуль расположен горизонтально, получим, что прибор относится к зоне 1, следовательно, устройство не нуждается в вентиляции. По результатам расчета делаем вывод, что разрабатываемая конструкция регулятора-стабилизатора частоты вращения коллекторного двигателя

обеспечивает нормальный тепловой режим работы без обеспечения принудительной вентиляции.

3.1.6 Описание выбранного варианта компоновки устройства. Корпус блока цифрового частотомера выполнен в форме параллелепипеда. Габаритные размеры 1355550 мм. Блок состоит из основания и верхней крышки. Основание имеет вид прямоугольного параллелепипеда без верхней стенки. К основанию крепится печатная плата, размерами мм, устанавливаемая на стойках. Регуляторы частоты вращения и вращающего момента устанавливаются на боковой стенке блока.

---

Данный корпус может быть легко собран и разобран для проведения профилактических или ремонтных работ.

3.2 Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства

3.2.1 Выбор элементов несущей конструкции, элементов крепления и фиксации. Корпус устройства изготовлен из ударопрочного полистирола УПМ-0612Л ОСТ 665406-80 методом литья под давлением. Выбранный материал обладает повышенной механической прочностью и невысокими электроизоляционными свойствами, рекомендуется для изделий технического назначения средней и ударной прочности.

Корпус состоит из двух частей: основания, верхней крышки. Толщина стенок основания и крышки 2 мм. Основание и верхняя крышка устройства соединяются с помощью шурупов с потайной головкой 1-3 х 13.2.09 ГОСТ 1144-80, которые ввинчиваются в резьбовые втулки. Основание выполнено в виде параллелепипеда. На основании корпуса устанавливается печатная плата на стойках высотой 5 мм и диаметром 5 мм, являющихся частью корпуса, с резьбовыми отверстиями диаметром 1 мм под шурупы 1-2 х 13.2.09 ГОСТ 17473-80.

Отверстие для вывода проводов к внешним элементам герметизировано резиновой втулкой. Переменные резисторы устанавливаются в верхней крышке устройства.

3.2.2 Выбор конструктивных элементов электрического монтажа. В конструкции устройства применяется печатный и объемный монтаж. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяют припой ПОС61 ГОСТ 21931-76, флюс ФКСп ОСТ
4.ГО.033.200.

Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Материал для изготовления печатной платы стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78.

Для объемного монтажа применяют провод МПО-0,35 ТУ 16.505.339-79 с полихлорвиниловой изоляцией. Жгут вязать капроновой крученой нитью ЗК ОСТ 17-330-84. Места пайки изолировать полихлорвиниловой трубкой 305ТВ-40-1 ГОСТ 19064-82 длиной 15 мм. Номера проводов маркируются на полихлорвиниловых трубках краской ТНПФ-01.

Для защиты от атмосферных воздействий печатная плата покрываются бесцветным лаком УР-231.

3.2.3 Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий. Данные по применяемым покрытиям преведены в таблице 3.

Таблица 3

Применяемые покрытия

Детали, сборочные еденицы	Материал детали, сборочной еденицы	Лакокрасочное покрытие
Основание	Полистирол УПМ-0612Л
Верхняя крышка	Полистирол УПМ-0612Л
Печатная плата	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	Лак УР-231 бесцветный

3.2.4 Выбор способов маркировки деталей и сборочных единиц. На печатной плате маркировка элементов электрической схемы осуществляется травлением. На лицевую панель надписи наносятся краской ТНПФ-0,1 черного цвета.

4КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Выбор метода изготовления и класса точности печатной платы

---

Для соединения элементов электрической схемы цифрового частотомера между собой в качестве базовой несущей конструкции выбираем двухстороннюю печатную плату (размером 60100), выполненную комбинированным позитивным методом из фольгированного стеклотекстолита СФ-2Н-50Г-1,5 (ГОСТ 10316-78).

Учитывая высокий уровень насыщенности печатной платы, выбираем по ГОСТ 23751 - 86 четвёртый класс точности. Исходные данные:

• плата печатная двухсторонняя;

• метод изготовления - комбинированный позитивный;

-линейные размеры платы, мм 601001,5;

-расчётная толщина платы И_расч, мм 1,5;
-материал - стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5;

• толщина фольги h, мм 0,05;

• напряжение питания U, В 9;

-допустимая плотность тока , А/мм² 38;

-удельное сопротивление , Оммм /м 0,0175;

• максимальная длина печатного проводника l, мм 90;

-шаг координатной сетки, мм 1,25.

• Основные конструктивные параметры печатных плат для четвёртого класса точности (ГОСТ 23751-86) приведены в таблице 4.

Таблица 4

Параметры IV класса точности

Параметры	Значения
Минимальное значение номинальной ширины проводника t, мм	0,15
Номинальное расстояние между проводниками S, мм	0,15
Гарантийный поясок, , на наружном слое, мм	0,05
Гарантийный поясок, , на внутреннем слое, мм	0,03
Отношение диаметра отверстия к толщине платы	0,33
Допуск на отверстия , мм без металлизации
Допуск на отверстия , мм с металлизацией	+0,050,1 +0,10,15
Допуск на ширину проводника без покрытия , мм
Допуск на расположение отверстий , мм	0,05
Допуск на расположение контактной площадки , мм	0,15
Допуск на расположение проводников , мм	0,03
Допуск на подтравливание диэлектрика , мм	0,03

4.2 Расчёт печатного монтажа

4.2.1Расчет по постоянному и переменному току. Минимальная ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

(21)

где - максимальный постоянный ток, протекающий в проводнике;

- допустимая плотность тока, А/мм²;

h – толщина проводника ,мм

Максимальный постоянный ток , протекающий в проводнике для цепей питания, равен 0,0073 А. Тогда, получим:
(мм).

Минимальная ширина проводника, исходя из допустимого падения

напряжения на нем:

где - удельное объёмное сопротивление, Оммм/м;

l - максимальная длина проводника, м;

- допустимое падение напряжения, В.

---

Смотрите также файлы

• 2 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА.docx

• ВВЕДЕНИЕ.docx

• СОДЕРЖАНИЕ.docx

• 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА.docx

• ТЕХНИКО- эконом.docx