Студентам > Курсовые > Блок управления электромеханическим замком
Блок управления электромеханическим замкомСтраница: 6/8
Площадь
с учетом коэффициента заполнения:
S = S'/Кз (6.1.1)
где S'
– суммарная установочная площадь элементов;
Кз
– коэффициент заполнения (для стационарной наземной РЭА принимаем равным 0,4).
Подставив,
получим:
- для
процессорного модуля S = 3176/0,4=7940 мм ;
- для
базового модуля S = 7694/0,4=19235 мм;
- для
модуля индикации S = 2020/0,4=5050 мм.
Далее
по таблице предпочтительных размеров, по ГОСТ10317-79 , получаем размеры
печатных плат:
- для
процессорного модуля 120x57 мм;
- для
базового модуля 120x140 мм;
- для модуля
индикации 70x65 мм.
Ширина
процессорного модуля одновременно является максимальной высотой элемента, так
как впаивается в базовый блок. Его высота составляет 57 мм.
Далее,
зная размеры печатных плат и максимальную высоту элемента и габариты
аккумулятора, определяем габариты корпуса прибора, используя предпочтительные
ряды чисел. Получим: длина - 183 мм, ширина - 130 мм, высота - 65 мм. Итого
объем корпуса:
V = 183 130 65 = 1546350
мм .
Определяем
коэффициент заполнения по объему по формуле (6.1.2):
 , (6.1.2)
где  – суммарный объем всех
элементов:
 , мм (6.1.3)
где
 - суммарный объем
элементов базового блока;
 - суммарный объем
элементов процессорного блока;
 - суммарный объем
элементов блока индикации;
 - объем аккумулятора
(110х55х75 мм).
Подставив
значения в формулы 5.3 и 5.2 получим:
=
265234+189112+33228+453750=941324 мм.
 = 941324/1546350 = 0,6
Выбор
печатного монтажа радиоэлементов в блоке обусловлен заданной программой выпуска
изделия – 1000шт/год. Печатный монтаж в этом случае является наиболее
экономически целесообразным.
При
разработке печатных плат необходимо руководствоваться следующими документами:
- ГОСТ23751‑86;
- ГОСТ10317‑79;
- ОСТ4ГО.010.009;
- СТБ 1014-95;
- и другие.
Исходными
данными к разработке топологии печатной платы является:
- схема электрическая
принципиальная;
- установочные размеры
радиоэлементов узла;
- рекомендации по
разработке монтажа для выбранной серии микросхем.
Рекомендации по разработке печатных плат:
- Разводка питающего
напряжения узлов и блоков (шин «земля» и «питание») должна проводиться
проводниками с возможно более низким сопротивлением.
- Низкочастотные
помехи, проникающие в систему по шинам питания, должны блокироваться с помощью
конденсатора, включенного между выводами «питание» и «земля» непосредственно у
начала проводника на печатной плате.
- Информационные линии
связи рекомендуется выполнять с помощью печатного монтажа.
- Проводники,
расположенные на различных сторонах платы, должны перекрещиваться под углом 900
или 450 и иметь минимальную длину.
- Максимально
допустимая длина печатных параллельных проводников, расположенных на одной
стороне платы при ширине проводников от 0.5 до 5мм, не должна превышать 30см.
С
целью уменьшения габаритных размеров разрабатываемой конструкции печатную плату
указанного узла целесообразно выполнять двухсторонней. Класс точности печатной
платы базового модуля выбираем третий.
Печатные
платы первого и третьего классов точности наиболее просты в исполнении, надежны
в эксплуатации, имеют минимальную стоимость. Для повышения надежности паяных
соединений, отверстия в печатных платах необходимо выполнить
металлизированными. Конфигурация печатных плат прямоугольная. Шаг координатной
сетки выбран равным 1.25мм как наиболее предпочтительный. Установку
радиоэлементов на плате необходимо производить в соответствии с ГОСТ 29137 -
91.
6.2 Расчет теплового режима блока
управления электромеханического замка
Расчет
теплового режима РЭА заключается в определении по исходным данным температуры
нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов и
сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в
заданных условиях эксплуатации. Произведем расчет по следующей методике:
1) Рассчитывается поверхность
корпуса блока:
SK=2×[L1×L2+(L1+L2)×L3], (6.2.1)
где
L1 и L2 - горизонтальные размеры корпуса, м;
L3 -
вертикальный размер, м.
2) Определяется условная поверхность
нагретой зоны:
 =2×[L1×L2+(L1+L2)×L3×Kз], (6.2.2)
где
Kз - коэффициент заполнения корпуса по объему.
3) Определяется удельная мощность
корпуса блока:
qk= P
/ SK, (6.2.3)
где
P=10Вт - мощность, рассеиваемая в блоке.
4) Определяется удельная мощность
нагретой зоны:
qз= P / Sз, (6.2.4)
5) Находится коэффициент
Q1 в
зависимости от удельной мощности корпуса
блока:
Q1= 0.1472×qk - 0.2962×10-3× qk2+0.3127×10-6× qk3,
(6.2.5)
6) Находится коэффициент
Q2 в
зависимости от удельной мощности нагретой зоны:
Q2= 0.1390×qk - 0.1223×10-3× qk2+0.0698×10-6× qk3, (6.2.6)
7) Находится коэффициент
KH1 в
зависимости от давления среды вне корпуса блока H1:
KH1= 0.82+(1
/ (0.925+4.6×10-5×
H1)) (6.2.7)
8) Находится коэффициент
KH2 в
зависимости от давления среды внутри корпуса блока H2:
KH2= 0.8+(1 / (1.25+3.8×10-5×H2)), (6.2.8)
где
Н2 - давление внутри корпуса аппарата в Па.
9) Рассчитывается перегрев корпуса блока:
QK = Q1 ×KH1,
(6.2.9)
10) Определяется перегрев нагретой зоны:
QЗ = Qk +
(Q2 - Q1)×KH2, (6.2.10)
11) Определяется средний перегрев
воздуха в блоке:
Qв= 0.5·(Qk+QЗ), (6.2.11)
12) Определяется температура корпуса
блока:
Тк = Qк+Тс, (6.2.12)
13) Определяется температура нагретой
зоны:
Tз = Qз+Тс, (6.2.13)
14) Находится средняя температура
воздуха в блоке:
ТВ = Qв+Тс, (6.2.14)
Расчет
теплового режима по приведенной методике производим на ЭВМ при помощи
специальной программы. Результаты расчета приведены в приложении 3.
Из
анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях
эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим
применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие
температуры не превышают предельно допустимых величин.
Таким
образом, выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путем
конвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов
охлаждения. Естественный способ охлаждения является наиболее легко реализуемые
и требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению с
другими способами охлаждения РЭА. Учитывая вышесказанное, окончательно выбираем
герметичный корпус для разрабатываемого изделия.
6.3 Расчет
механической прочности и системы виброударной защиты
Все виды РЭС подвергаются
воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали,
входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей РЭС,
если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в
нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭС.
При разработке конструкции РЭС необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую
прочность элементов.
Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать
конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности
конструкции достигается усилием конструктивной основы: контроля болтовых
соединений, повышение прочности узлов методами заливки и обволакивания. Во всех
случаях нельзя допустить образование механической колебательной системы.
Так
как создаваемый прибор относится к наземной РЭС, то при транспортировке,
случайных падениях и т.п. он может подвергаться динамическим воздействиям.
Изменения обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭА
находятся в пределах:
- Вибрации:
(10...70)Гц, виброперегрузка n=(1...4)g;
- Ударные сотрясения: ny=(10...15)g,
длительность t=(5...10)мс;
- Линейные перегрузки:
nл=(2...4)g.
Несущие
конструкции типа плат, панелей, шасси, каркасов, стоек и рам, работающие в
условиях вибраций, должны удовлетворять требованию вибропрочности.
Расчет
на вибропрочность несущих конструкций типа плат сводится к определению
наибольших напряжений исходя из вида деформации, вызванной действием вибраций в
определенном диапазоне частот, и сравнением полученных значений с допустимыми.
Этот
расчет можно свести к нахождению собственной частоты колебаний ¦,
при которой плата с определенными размерами и механическими характеристиками
имеет прогибы и напряжения в пределах допустимых значений. При этом частота
колебаний платы не должна быть близка к ее резонансной частоте.
Для
расчета частоты собственных колебаний платы с расположенными на ней ЭРЭ
существенным является выбор характера ее закрепления по контуру.
Крепление пластин к опоре
может быть жёстким или
подвижным. Всякое закрепление
(когда нет угловых и линейных перемещении) соответствует сварке, пайке,
прижиму или закреплению
винтами. Шарнирной
опоре соответствует закрепление в направляющих и в некоторых случаях закрепление винтами или разъемом.
Используя
эти данные, проведем проверочный расчет платы блока управления на
виброустойчивость. Печатная плата должна обладать значительной усталостной
долговечностью при воздействии вибрации.
Собственная частота колебаний
монтажных плат с распределённой
нагрузкой определяется по формуле:
 , (6.3.1)
где  -
коэффициент, зависящий
от способа закрепления,
определяется по таблицам;
D - цилиндрическая жёсткость пластины (платы);
а - длина пластины
(платы);
b
- ширина пластины (платы);
М
-
масса пластины (плат с ЭРЭ).
Цилиндрическая жёсткость пластины (платы) определяется
по формулам:
 , (6.3.2)
где E
– модуль упругости;
h –
толщина пластины (плат);
 –
коэффициент Пуассона;
Для инженерных расчётов более
удобно при закреплении пластин
(плат) по углам в четырёх точках собственную частоту определять
по формуле:
 , (6.3.3)
При определении собственной частоты платы базового модуля блока управления
в первую очередь определим цилиндрическую жёсткость платы по формуле (6.3.2), подставив следующие
исходные данные:
h = 1,5 · 10 м; E= 3,02 · 10 Па
D = 3,02 · 10· (1,5 · 10)/
12 · (1 – 0,222) = 8,926 Па.
Теперь no формуле (6.3.3)
определим собственную частоту, подставив следующие
исходные данные: а = 0.14 м; b=0.12 м и М = 0.55 кг.
 =
95,1 Гц
Судя
по условиям эксплуатации и особенностям блока
управления следует отметить,
что в использовании демпферов и частотной
отстройки, конструкция не нуждается.
Таким
образом расчет показал, что плата базового модуля электромеханического замка
будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.
6.4 Полный расчет надежности
Исходными
данными для расчета являются значения интенсивностей отказов всех
радиоэлементов и элементов конструкций.
Расчет
надежности устройства состоит из следующих этапов:
- Определяется
суммарное значение интенсивности отказов по формуле:
 ,час-1 (6.4.1)
где
n - число наименований радиоэлементов и
элементов конструкции устройства;
 -
величина интенсивности отказа i‑го радиоэлемента, элемента конструкции
с учетом заданных для него условий эксплуатации: коэффициента электрической
нагрузки, температуры, влажности, технических нагрузок и т.п.;
Ni - количество радиоэлементов, элементов
конструкции i‑го наименования.
- Определяется значение
величины наработки на отказ T по формуле:
 , (6.4.2)
- Определяется значение
вероятности безотказной работы P(t) по формуле:
 (6.4.3)
где t - заданное время безотказной работы
устройства в часах.
Полученные
результаты сравниваются с заданными.
Таблица
6.4.1 – Справочные и расчетные данные об элементах конструкции.
|
Наименование, тип элемента
|
|
Kнi
|
|
|
|
Ni
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
Конденсаторы
К50‑35
|
0,045
|
0,625
|
0,55
|
2,0
|
0,49
|
5
|
|
МO21
|
0,05
|
0,006
|
0,06
|
2,0
|
0,06
|
13
|
|
Микросхемы
ЭКР1830ВЕ31
D27C64
|
0,08
|
0,65
|
0,8
|
0,045
|
0,03
|
2
|
|
ЭКР1568РР1
ЭКР1554ИР22
К561ТЛ1
КР142ЕН5А
|
0,07
|
0,8
|
1,0
|
0,05
|
0,035
|
5
|
|
Резисторы С2‑23
|
0,01
|
0,03
|
0,4
|
2,0
|
0,08
|
37
|
|
Предохранители ВП1
|
0,5
|
0,2
|
0,5
|
2,0
|
5,0
|
4
|
|
Трансфоматор
|
0,05
|
0,1
|
0,1
|
2,0
|
0,1
|
1
|
|
Реле РЭС-49
|
0,6
|
0,25
|
0,6
|
1,0
|
3,6
|
1
|
|
Транзисторы
КТ 3107
КТ 3102
|
0,12
|
0,04
|
0,2
|
2,0
|
0,48
|
8
|
|
КТ 973
|
0,015
|
0,04
|
0,2
|
2,0
|
0,06
|
3
|
|
Диоды КД243
|
0,015
|
0,512
|
1,0
|
2,0
|
0,3
|
9
|
|
Диоды КД522
|
0,013
|
0,5
|
1,0
|
2,0
|
0,26
|
14
|
|
Диоды КС147
|
0,09
|
0,5
|
1,0
|
2,0
|
1,8
|
1
|
|
Светодиоды АЛ307В
|
0,07
|
0,35
|
0,8
|
2,0
|
1,12
|
3
|
|
Аккумулятор
|
1,4
|
0,2
|
0,3
|
2,0
|
8,4
|
1
|
|
Головка динамическая
|
2
|
0,2
|
0,2
|
2,0
|
8
|
1
|
|
Провода соединительные
|
0,03
|
0,001
|
2
|
2,0
|
1,2
|
6
|
|
Плата печатная
|
0,02
|
-
|
-
|
-
|
0,2
|
3
|
|
Держатель предохранителя
|
0,02
|
0,001
|
-
|
-
|
0,2
|
8
|
|
Соединение пайкой
|
0,004
|
0,001
|
3,00
|
2,0
|
0,24
|
262
|
|
Главная
Документация
Файлы
Информация
