Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Ключевые слова: корпус, каркас, профиль, печатная плата, направляющие, элементы, защитные покрытия, амортизаторы, компоновка, блоки, коэффициент заполнения, тепловой режим, экранное затухание, виброзащита.

В данной курсовой работе по заданной функциональной схеме прибора был произведен выбор типа корпуса и защитных покрытий. Произведен расчет теплового режима корпуса, виброзащиты от динамических воздействий, экранного затухания корпуса измерительного прибора.

Введение

Конструирование РЭА - сложный творческий процесс, не имеющей пока всеохватывающеей строгой математизированной базы и ведущийся методом многочисленных проб и последовательных приближений. Этот процесс больше искусство, чем наука, хотя решение многих проблем конструирования основано на использовании строгого математического аппарата (расчеты тепловых режимов, прочности, электрических допусков). Поэтому незначительные на первый взгляд погрешности или приближения, допущенные на ранних стадиях разработки РЭА, могут стать причиной крупных и непоправимых ошибок в дальнейшей работе.

Основными стадиями, на которых определяется конструкция РЭА, являются: подготовительная (аванпроект, или техническое предложение), эскизный проект, технический проект и разработка опытных образцов (рабочий проект). На подготовительной стадии анализируется техническое задание (ТЗ) на разработку РЭА, требуемые параметры сравниваются с параметрами аналогичной существующей РЭА, уточняются и согласуются с заказчиком неясные вопросы, после чего ТЗ утверждается и становится основным документом для дальнейшей работы. Изменение ТЗ допускается только с согласия заказчика и разработчика.

Если все основные параметры новой РЭА могут быть в первом приближении выполнены по схемно-принципиальным и по конструктивно-технологическим соображениям и ясны направления конструирования, можно переходить к следующей стадии - эскизному проекту. На стадии эскизного проектирования обосновывается и выбирается блок-схема РЭА, выполняются расчеты и макеты оригинальных элементов РЭА и уточняются конструктивно-технологические параметры.

Только в том случае, если составленная блок-схема с использованием новых и разработанных ранее функциональных узлов обеспечивает выполнение требований ТЗ, а конструктивно-компоновочные характеристики позволяют нормально эксплуатировать РЭА в дальнейшем, при приемлемом времени проектирования можно переходить к основной части конструирования - техническому проекту.

На стадии технического проектирования выполняется разработка и составление принципиальной схемы всей РЭА, ее компоновка, расчет априорной надежности, точности, тепловых режимов, виброзащищенности, решаются другие вопросы, определяющие конструкцию РЭА.

1. Функциональная схема прибора

Функциональная схема прибора “Весы”

Прибор состоит:

1ПП: микротумблер “Сеть”

2ПП: кнопочный переключатель “Контроль”

Подстроечный резистор “Установка 0”

3ПП: светодиодные индикаторы

1ЗП: предохранитель

2ЗП: разъем к датчику

Каждый из функциональных блоков имеет на передней и задней панелях свои элементы подключения, управления или индикации.

Рис.1 Структурная схема прибора “Весы”

2. ВЫБОР ТИПА КОРПУСА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

2.1 Выбор типовой конструкции

Конструкция прибора - совокупность определённым образом связанных конструктивных и схемотехнических элементов и компонентов. В основу её классификации можно положить: назначение, элементную базу, важность, геометрию и массу, условия эксплуатации, условные иерархические уровни конструкции. В зависимости от поставленной задачи используется та или иная классификация.

Разработка элементов электронной аппаратуры (ЭА) в виде элементов единых по структуре размерно-параметрческих рядов и относительно малые размеры компонентов по отношения к ЭА послужили основой разработки размерно-параметрических рядов типовых конструкций.

Типовая конструкция (ТК) - плоский или объёмный несущий компонент размерно-параметрического ряда конструкций, используемый для размещения схемных элементов или компонентов ЭА. В простейшем случае несущий компонент - печатная плата. Возможно выполнение ТК в виде сложной трёхмерной конструкции с защитным кожухом, опорными ножками или амортизаторами, системами охлаждения и другими приспособлениями.

Все элементы и система ТК в целом должны отвечать определенным функциональным, конструктивным, технологическим, эстетическим, эргономическим требованиям, обеспечивающим требуемую надёжность работы ЭА.

Функциональные требования: обеспечение принципиальной возможности компоновки элементной базы заданного типа в конструкторских элементах данной системы ТК с обеспечением нормальных тепловых режимов, механической прочности, герметичности, экранирования, размещение регуляторов, индикаторов и разъёмов.

Конструктивные требования: реализация функциональных требований по компоновке элементной базы и компоновке конструктивных элементов данной системы ТК с учётом рабочего места человека и рабочей среды в месте размещения ТК в виде комплекта конструкторской документации по ЕСКД.

Эстетические требования: обеспечение композиционной целостности формы за счёт соразмерности, масштабности, пропорциональности и пластичности, цветовой гармонии элементов и требуемого психологического комфорта, стилевого единства на базе единых эстетических принципов, художественно-конструкторских методик и стандартизации.

Эргономические требования: обеспечение оптимального сопряжения человека-оператора с рабочим местом в заданной рабочей среде с учётом его антропометрических требований в процессе эксплуатации ЭА с учётом требований технического задания и правил выбора конструкций приборов необходимо определить форму прибора, конструктивно-технологическое исполнение корпуса, габаритные размеры и массу прибора.

2.2 Выбор конструкционных материалов

В качестве несущей конструкции служит стальной лист и

приваренные равнобокие 4 уголка (рис.4)[8] Ст 3 ГОСТ 380-86. Печатные платы прикручиваются к тексталитовой плите с помощью межплатного фиксатора[3], которая в свою очередь приклеивается к оснаванию.

Кожух прибора выполняется из алюминиевог листа , толщиной 2мм, шириной 205мм, нормальной точности изготовления.

Передняя и задняя панели из алюминиевого листа. Лист из алюминиевого сплава марки АД 1(ГОСТ 13737-68)[8], толщина 4 мм.

2.3 Внутренняя компоновка

Внутри прибора находятся:

1. трансформатор напряжения ТПП 272-220, размером 68?88?82 мм;(рис.2)[1].

2. 2 блока обработки сигналов, содержащие преобразующее устройство и центр обработки сигналов - платы размером 175?90?15 мм;

3. плата стабилизатора 85?80?65

Рис.2 Трансформатор напряжения ТПП 272-220

Платы соединяются друг с другом и с другими элементами при помощи разъемов МРН-14, МРН-8[6].



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3. Разъем МРН

Рис.4.Уголок

На переднюю, панель выносятся светодиодная индикация АЛС 324 (рис. 5)[5] и тумблер включения МТ-1, тумблер индикацияМТ-3 (рис. 6) [4],подстроечный резистор СП4-2 (рис.7) , кнопочный переключатель КМ 2(рис.8)



Рис.5 Светодиодная индикация АЛС 324

Рис. 6. Тумблер МТ3



Рис.7. Построечный резистор СП4-2

Рис.8 Кнопочный переключатель КМ-2

На заднюю - выход сетевого шнура, держатель предохранителя ДВП4-2 (рис.9), разъем к датчику ШР 20П5 (рис.10) [6].



Рис.9. Держатель предохранителя ДВП-4-2

Рис.10. разъем к датчику ШР 20П5

Размещение элементов в корпусе прибора показано на сборочном чертеже.

2. Выбор защитных покрытий

Во избежание процессов окисления элементов корпуса, а также для придания ему эстетического вида кожух прибора, передняя и задняя панели покрываются защитно-декоративными покрытиями. Тип покрытия выбирается с учётом его коэффициента относительной черноты для обеспечения необходимых условий теплового режима.

Для покрытия прибора выбраны перхлорвиниловые покрытия, которым характерны стойкость к химическим реагентам и которые являются всеклиматическими [2].

Внутренняя поверхность корпуса покрывается матовой эмалью чёрного цвета ПФ-241. Алюминиевый кожух, передняя и задняя панели остаются нетронутыми.

Эмаль наносится на грунтовку Гф-020 красно-коричневого цвета. Грунтовка обеспечивает хорошее сцепление с последующими слоями эмали. Обладает высокой адгезией, малой водопроницаемостью, антикаррозионностью. В целом светлый цвет прибора приятен на взгляд и придаёт прибору высокоэстетический внешний вид, отражает прямые солнечные лучи, защищая прибор от перегрева.

корпус измерительный прибор

3. Расчёт виброзащиты и выбор амортизаторов

Прежде всего, при расчёте виброзащиты необходимо определить массы элементов прибора и координаты их центров масс (Ц.м.).

Расчёт массы прибора сводится к расчёту масс отдельных элементов конструкции.

Масса алюминиевого каркаса:

где

Масса уголка №1:

Н=104 мм, S=2 мм, l=4*104=208мм

m=104*4*2*208*0.0027=467 г

Массы передней и задней панелей:

m=2(4*209*110)*0.0027=496 г

Масса внутренних элементов:

m=1400+230+270+270=2342 г

Расчет массы стального основания:

где

m=2*222*205*0,0079=719 г

Отсюда, общая масса корпуса равна:

m=2342+719+496+514+467=4538 г

Кожух без элементов электрической системы симметричны

Координаты Ц.м. платы стабилизатора X=154 мм, Y=147 мм

Координаты Ц.м. платы БОС X=103 мм, Y=78 мм

Координаты Ц.м. платы БОС X=103 мм, Y=46 мм

Координаты Ц.м. трансформатора X=68 мм, Y=149 мм

Координаты Ц.м. блока индикации X=82 мм, Y=5 мм

Координаты Ц.м.МТ-3 X=37мм,Y=0 мм

Координаты Ц.м.КМ-2 X=80мм,Y=0 мм

Координаты Ц.м.СП4-2 X=130мм,Y=0 мм

Координаты Ц.м.МТ-1 X=166мм,Y=0 мм

Координаты Ц.м.МРН 14 X=67мм,Y=70 мм

Координаты Ц.м.МРН 14 X=67мм,Y=40 мм

Координаты Ц.м.МРН 8 X=154мм,Y=101 мм

Координаты Ц.м.ШР20П5 X=154мм,Y=226 мм

Расчёт координат центра масс корпуса прибора производится по следующим формулам:

Центр тяжести прибора практически совпадает с геометрическим местом точек корпуса

Общий вид расположения центров масс всех элементов показан на Рис.11

Рис.11. К вопросу о расчёте центра масс.

Схема расположения амортизаторов приведена на Рис.12



Рис.12. Схема расположения амортизаторов

Так как вес прибора распределяется симметрично на все опоры, то находим вес, который приходится на одну опору

Р1 = Р0 / 4 = 4071/4 = 1018 г = 5,45 Н

Исходные данные для расчета виброзащиты

Частота f = 100 Гц

Прогиб ? = 0,3 мм

Собственная частота колебаний прибора

Проверяем соблюдение дополнительного условия

условие выполняется, резонансная частота находится вне заданной частоты действующей вибрации.

Коэффициент виброизоляции равен:

где С - амплитуда колебаний аппарата относительно земли

А - амплитуда колебаний основания относительно земли

Чем меньше ?, тем лучше виброизоляция.

Жесткость амортизаторов будет характеризоваться нагрузкой, которая вызывает деформацию амортизаторов на 1мм

К = Р₀ / ?₀ = 4,071/0,0003 = 13570 г/мм

При уменьшении жесткости амортизаторов или увеличении веса аппарата, качество виброизоляции улучшается.

Вывод

Выбираем плоские амортизаторы типа АП-1-0,90. Частота их собственных колебаний при номинальной нагрузке составляет 15-20 Гц в вертикальном направлении и 30-35 Гц в горизонтальном направлении. Виброизоляция аппаратуры в вертикальном направлении начинается с 25 Гц при амплитудах вибраций не более 1,2 мм.

Рис.13 Амортизатор плоский типа АП

4. Расчёт теплового режима

Произведём предварительный выбор способа охлаждения. Общая мощность рассеиваемая в приборе P складывается из мощностей трансформатора, и печатных плат.

P = 5+5+4+4= 19 Вт.

Удельный тепловой поток через корпус равен, где:

Расчет средне - поверхностной температуры корпуса аппарата

Средне - поверхностный перегрев корпуса

где



Условно выделяем в аппарате 2 нагретые зоны (рис.14)

Рис.14 Расположение зон нагрева

Определение размеров и параметров горизонтальной зоны

Для упрощенной тепловой модели определим эквивалентные размеры нагретой зоны по следующим формулам:

Объем аппарата (м³)

Объём всех деталей зоны

V_Д = 0,001405

Коэффициент заполнения объема аппарата

Приведенный размер основания нагретой зоны

Приведенная высота нагретой зоны

м

Приведенная высота воздушного зазора между нагретой зоной и кожухом

(0,11 - 0,0528)/2 = 0,0286 м

Геометрический фактор

= 0,0286/0,15 = 0,19

Приведенная поверхность нагретой зоны

= 2*0,15 *(0,15+2*0,0528) = 0,076 м²

Удельная поверхностная мощность нагретой зоны

Расчет средне - поверхностной температуры нагретой зоны

,

где ?t₃ - превышение средней температуры нагретой зоны над температурой корпуса

Коэффициенты находятся по графикам из приложения 1

Расчет вертикальной зоны

Определяем поверхность нагретой зоны, состоящей из нескольких кассет

= 0.09

= 0.04

= 0.17

Рассчитываем объем деталей платы

Находим приведенную высоту деталей, расположенных на кассете

= 0,00021/0,09*0,04 = 0,0058 (м)

Определяем приведенную толщину кассеты

= 0,002+0,0058 = 0,0078 (м)

- толщина печатной платы, на которой закреплены детали

Находим приведенную толщину зазора между кассетами

= 0,017 - 0,0058 = 0,0112

Находим приведенную толщину зазора между кассетами

m - число кассет (m=2)

Определяем площадь поверхности плат, излучающую лучевую энергию в сторону кожуха

Приближенная оценка средне - поверхностной температуры корпуса и средне - поверхностной температуры кассет для аппаратуры с вертикальной ориентацией нагретой зоны

Средний перегрев корпуса по сравнению с температурой окружающей среды

= 19/9*0.119 = 17,7

Средний перегрев поверхности кассет над температурой окружающей среды

Вывод

Температура печатных плат не превышает допустимую температуру (t_max=75C), следовательно типоразмер корпуса выбран правильно и тепловой режим выполняется не вызывая перегрева прибора и всех входящих в него элементов.

5. Расчет экранного затухания корпуса как экрана

Борьба с паразитными связями и наводками является существенной частью разработки радиоэлектронного прибора. Недостаточное подавление паразитных связей и наводок без необходимого запаса приводит к резкому снижению надежности прибора, так как небольшие изменения внешних условий могут привести к значительным изменениям параметров прибора.[8].

Фактическое экранное затухание выражается следующей формулой

ВЭ = ВПОГЛ + ВОТР + ВЛОК,

Где ВПОГЛ - экранное затухание поглощения;

ВОТР - экранное затухание отражения;

ВЛОК - экранное затухание, обусловленное локализацией магнитного поля, то есть стягиванием магнитных силовых линий в материале экрана.

Этот эффект учитывается только для экранов, выполненных из магнитных материалов и работающих в постоянном магнитном поле или в области очень низких частот.

Экранное затухание поглощения

; ,

где - глубина проникновения волны, 1/м;

z - толщина стенки экрана, м;

µ - магнитная проницаемость материала экрана;

? - проводимость материала экрана;

? - фазовый угол.

Экранное затухание, обусловленное отражением

Где - волновое сопротивление диэлектрика для магнитной волны в экране

, Ом;

l - наименьшее расстояние между стенками экрана;

- волновое сопротивление металла, Ом.

Экранное затухание, обусловленное эффектом локализации магнитного поля в толще магнитного экрана

Где - относительная магнитная проницаемость материала экрана;

=0,353

Пример расчета выполненный при помощи программы Mathcad:

Результаты расчета заносим в таблицу, по данным которой строим графики зависимости экранного затухания в корпусе от частоты.

f,Гц	Bпогл	Вотр	Вэ
1000	37,52	8,31	45.83
3000	69,4	8,26	77,66
5000	91,34	8,22	99,57
8000	117,14	8,18	125,33
10000	131,67	8,16	139,84
30000	232,48	8,05	240,53
50000	301,88	8	309,88
100000	429,42	7,98	437,41
200000	609,79	8,13	617,92
300000	748,19	8,34	756,53
400000	864,87	8,54	834,41
500000	967,36	8,7	976,36
800000	1226	8,83	1234
1000000	1371	8,69	1380

Рис.15 График зависимости экранного затухания в корпусе от частоты

Заключение

В результате проделанной курсовой работы был полностью разработан корпус типового измерительного прибора с выбором типа корпуса и его номинальных размеров, способов крепления элементов внутри блока и их оптимального и рационального расположение. С учётом условий работы прибора (стационарный нормального исполнения) были подобраны защитные покрытия корпуса и материалы несущих конструкций для реализации требуемых параметров прочности и жесткости. Произведены необходимые расчёты по тепловому режиму работы прибора. Выбраны амортизаторы для защиты прибора от динамических воздействий вибрации. Рассчитано экранное затухание внешнего электромагнитного поля в материале корпуса на различных частотах.

Список литературы

1. electronic.com.ua "Электроника это просто" Справочники, книги.

2. Фридман Е. И. Герметизация радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Энергия, 1978. -360 с., ил.

3. www.paris.kiev.ua«Парис» Каталог конструкторской документации.

4. ormet@ormet.ru «Ормет» Поставщик приборов.

5. Электрические соединители. Справочник. В.Ф.Лярский, О.Б.Мурадян. М., "Радио и связь",1988 г.

6. www.chipindustry.ru «Чип Индустрия» Интернет магазин

7. ru.wikipedia.org «Википедия» Свободная энциклопедия.

8. Анурьев В.И Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 1999.-912 с., ил.

Приложение

Графики для расчета теплового режима

Размещено на Allbest.ru