Файл: Курсовой проект по дисциплине Основы конструирования электронных средств.pdf

Табл. 2.2.2. Сравнительная таблица характеристик аналогов.
Аналог №1
Аналог №2
Аналог №3
Аналог №4
Дискретность
-
-
1 кГц
100 Гц, 10 Гц, 1 Гц и 0,1 Гц при пределах измерения 9999,9
кГц, 999,99 кГц,
99,999 кГц и
9,9999 кГц соответственно
Диапазон измерений
0 ... 100 кГц
0 ... 1 МГц
0 ... 10 МГц
0 ... 10 МГц
Интервал измерения частоты
1 с
1 с
0,001 с
10 мс, 100 мс, 1 с и
10 с при пределах измерения 9999,9
кГц, 999,99 кГц,
99,999 кГц и 9,9999
кГц соответственно
Интервал обновления показаний
3 с
1 с
0,25 с
10 мс, 100 мс, 1 с и
10 с при пределах измерения 9999,9
кГц, 999,99 кГц,
99,999 кГц и 9,9999
кГц соответственно
Для выбора наилучшего аналога было выполнено сравнение характеристик аналогов. По табл. 2.2.2 был сделан вывод, что аналоги 3 и 4 являются нехудшими аналогами, тогда как аналоги 1 и 2 однозначно проигрывают им как допустимому диапазону измеряемых частот, так и по интервалу обновления показаний (меньше —
лучше).
Окончательный выбор между аналогами 3 и 4 был сделан по значениям дискретности. Аналог №4 имеет меньшее значение дискретности на всех своих диапазонах измерения, а следовательно более высокой точностью измерений.
Таким образом, аналог №4 был выбран в качестве прототипа для конструкторского решения.
15

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА
3.1. ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Внутренняя компоновка.
Элементы блока монтируются на печатной плате из фольгированного стеклотекстолиста толщиной 1,5 мм. Плата крепится к основанию блока параллельно
Способ установки ЭРЭ – двухсторонняя. Конструкция ячеек — бескорпусная.
Форма печатных плат — прямоугольная.
При определении площади печатных плат посадочное место ЭРЭ представляет собой проекцию установочной площади на плату. В сумме установочные площади определяют размеры печатных плат. Произведение сторон печатной платы должно соответствовать площади печатной платы.
Определение массо-габаритных размеров ячейки.
1)
Определение установочной площади S
уст элементов. Установочная площадь каждого отдельно взятого элемента выбирается из приложения 1, из таблицы
«Перечень элементов схемы и их характеристики».
2)
Определение суммарной установочной площади элементов, расположенных на каждой плате:
S
уст
= 1,3
∑
i
=1
n
S
уст.i
,
( 1.1)
S
уст
= 1,3∙4725,6 = 5624 мм
2
;
3)
Определение площадей печатных плат:
S
n.n.
=
S
уст
К
s
, (1.3)
где K
s
– коэффициент заполнения площади печатной платы, K
s
= 0,8,
S
n.n
=
5624 0,8
= 7033 мм
2
;
4)
Определение габаритных размеров печатных плат. Из нескольких вариантов соотношений сторон ПП выбрали плату со следующими размерами: 1 плата 70х110;
5)
Определение габаритных размеров ячеек. На горизонтально расположенной плате длина и ширина платы будут соответственно равны длине и ширине ячейки: В =
70 мм, L = 110 мм;
Высота ячейки равна:
16

Н = max H
э
+ h пп
, (1.3)
где max H
э
– высота самого высокого элемента на плате, h пп
– толщина печатной платы.
Н = 9 + 1,5 = 10,5 мм;
6)
Определение массы ячеек.
Масса каждой ячейки состоит из массы печатной платы и массы элементов,
расположенных на ней.
Масса каждого элемента m i
представлена в приложении 1 в таблице 1.
m яч
= m nn
+ m i
, (1.4)
где m nn
= ρ∙V – масса печатной платы, кг,
ρ – плотность материала платы, кг/м
3
V – объем ячейки, м
3
m nn
= 2,4х10 3
∙9,9х10
-6
= 0,02376 кг,
m яч
= 0,04025 + 0,02376 = 0,06401 кг,
Таким образом были определены массо-габаритные характеристики ячеек.
3.2. АНАЛИЗ И УТОЧНЕНИЕ ВАРИАНТА
Определение компоновочных характеристик корпуса частотомера включает в себя 2 этапа:
1) Определение габаритных размеров корпуса блока,
2) Определение общей массы конструкции блока.
Габаритные размеры корпуса блока определяются исходя из конструкторских соображений.
Ориентировочный объем проектируемой конструкции:
V =
1
К
v
⋅
∑
i
=1
n
V
устi
,
(1.5)
где К
v
– обобщенный коэффициент заполнения объема,
V
устi
– установочный объем i-го элемента.
В качестве установочного объема i-го элемента был выбран объем ячейки:
V =
1
К
v
V
яч
(1.6)
V
яч
= H
i
∙ L
i
∙ B
i
(1.7)
V
яч1
= 65 ∙ 110 ∙ 10,5=75075 мм
3
= 750,7 ∙ 10
-6
м
3
,
V =
1 0,8
∙ 750,7 ∙ 10
-6
= 938 ∙ 10
-6
м
3 17

Высота корпуса блока определяется по формуле:
H = H
яч
+Х
1
+Х
2
, (1.8)
где H
яч
= 95 мм — высота ячейки, Х1 = 5,5 мм, Х2 = 5 мм
– припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок, Х
1
= 5,5 мм, Х
2
= 5 мм,
H = 10,5 + 5,5 + 5 = 21 мм.
Ширина корпуса блока определяется по формуле:
B = B
яч
+ Y
1
+ Y
2
, (1.9)
где B
яч
= 65 мм — размер ячейки, Y1 = 2,0 Y2 = 3 мм – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок,
B = 65 + 2,0+3 = 70 мм.
Длина корпуса блока определяется по формуле:
L = L
яч
+ Z
1
+ Z
2
, (1.10)
где L
яч
= 110 мм – размер ячейки, Z
1
, Z
2
– припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячеек в блок,
L = 110 + 2,5 + 2,5 = 115 мм.
Масса конструкции блока определяется по формуле:
m = m яч
+ m к
+ m осн
+ m доп
, (1.11)
где m яч
– масса ячейки, кг, m к
– масса корпуса блока, кг, m осн
– масса основания блока, кг, m доп
– масса дополнительных элементов,
m = 0,06401 + 0,102 + 0,076 + 0,0165 = 0,25 кг.
Таким образом определены габариты блока H ∙ L ∙ B = 21 ∙ 115 ∙ 70 и масса m =
0,25 кг.
3.3. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Разработка печатной платы была выполнена в САПР Altium Designer 14.0.
Была переработана схема электрическая принципиальная прототипа частотомера.
18

Рис. 3.3.1. Фрагмент схемы электрической принципиальной разрабатываемого
устройства.
Далее были размещены компоненты и выполнена трассировка проводников печатной платы.
Рис. 3.3.2. Печатная плата (вид сверху).
19

Рис. 3.3.3. Печатная плата (вид снизу).
Рис. 3.3.4. 3D-модель печатной платы.
20

3.4. РАСЧЁТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА
Рис. 3.4.1. Определение температуры корпуса.
21

Рис. 3.4.2. Определение температуры нагретой зоны.
22

Рис. 3.4.2. Определение температуры поверхности элемента.
Самый нетермостойкий элемент выдерживает температуру до +70 градусов
Цельсия. Таким образом, полученный тепловой режим работы подходит для полученной конструкции.
23

3.5. РАСЧЁТ СИСТЕМЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
1. Расчет на действие вибрации.
Данное устройство не будет подвержено вибрационным воздействиям во время эксплуатации (является носимой, размещаемой при эксплуатации в одежде или под одеждой, или в отапливаемых наземных и подземных сооружениях).
2. Расчет на действие удара.
Рис. 3.5.1. Расчёт на действие удара.
3. Расчет на воздействие линейных перегрузок.
Данное устройство не будет подвержено линейным ускорениям во время эксплуатации (является носимой, размещаемой при эксплуатации в одежде или под одеждой, или в отапливаемых наземных и подземных сооружениях).
По результатам проведённых расчётов был сделан вывод, что выполняются все необходимые условия ударопрочности.
24

ИТОГИ РАБОТЫ
В процессе выполнения данного курсового проекта было сделано следующее:
1. Выполнен поиск аналогов частотомеров с целью последующего выбора из них прототипа для разрабатываемого устройства;
2. Из найденных аналогов выбран единственный нехужший вариант, который затем был принят в качестве прототипа разрабатываемого устройства;
3. На основе выбранного прототипа было разработано новое устройство —
частотомер;
4. Для полученного устройства был выполнен анализ устойчивости к температурным и механическим воздействиям;
5. Был сделан вывод, что разработанное устройство отвечает всем заявленным требованиям;
6. Для полученного устройства была разработана конструкторская документация.
25

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лекции по дисциплине «Инженерное проектирование», Колуков В.В., Дубна,
2015 год.
2. Лекции по дисциплине «Основы конструирования электронных средств»,
Колуков В.В., Дубна, 2017 год.
3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: свободный, 10.12.2017 21:00. Схемы самодельных частотомеров. Ссылка: http://radiostorage.net/122-chastotomery/
4. [Электронный ресурс]. Режим доступа: свободный, 10.12.2017 21:00. Каталог радиолюбительских схем. Ссылка: http://irls.narod.ru/izm/frm/fmt07.htm
26