Проектирование РЭС

МГАПИ

Расчетно-графическаяработа

Группа ПР-7

Специальность 2008

Студент

2002 г.

Содержание

1. Разработкаи анализ техническогозадания.
2. Анализаналогов ипрототипа.
2.1 Анализсуществующихконструкцийвелоодометров.
2.2 Анализразрабатываемойконструкциивелоодометра.
3. Выбор иобоснованиепринципиальногоконструкторскогорешения.
3.1. Внутреннееконструирование.
3.2. Расчеттепловогорежима блока.
3.3. Расчётсистемы намеханическиевоздействия
Переченьэлементовсхемы и иххарактеристики.

1. Разработкаи анализ техническогозадания.

1. Назначениецифровой велоодометр- измерительпройденногорасстоянияна велосипеде

2. Выполняемыефункции (радиотехнические)генерированиеипреобразованиеимпульсов.

3. Основныепараметрыфункционирования:потребляемаямощность — неболее 0,8 Вт, напряжениепитания — 4,5 В.

4. Условияэксплуатации:

Температура:T_min=-40°C, T_max=60°C

Удары:

-длительность:5... 10 мс;

-ускорение:197 м/с;

-частота:40...80 ^-1 мин.

Вибрации:

-диапозончастот: 40... 80 Гц;

-виброускорение:78.5 м/с²

Линейныеускорение:3.12м/с

Пониженноеатмосферноедавление:61 кПа

Относительнаявлажность: 93%при 25°С.

5. Конструктивныеособенности:для крепленияк рулю велосипедаиспользуетсяпластмассовыйкрепеж;

На лицевойпанели предусмотренакнопка длясброса показанийсчетчика, атакже выключательпитания прибора.

6. Показателикачества, критерии:

-дешевизнапользования;

-удобствопользования;

-надежностьэксплуатации

2. Анализаналогов ипрототипа

2.1 Анализсуществующихконструкцийвелоодометров.

В целом всевелоодометрыработают поодному принципу:подсчет количестваимпульсов зафиксированныйинтервал времени.И в разных схемахэтот принципреализуетсяпо-разному.Отсюда и идёттакое разнообразиеконструкций.Новое направлениев развитииизмерительнойтехники даётиспользованиемикроконтролёров(например схема№ 2). Хотя их использованиеповышает ценуприбора вомного раз, нопользовательскаявыгода такжевозрастаетне в меньшееколичествораз. Используяуниверсальностьмикроконтролерови можно сэкономитьнемалое количестводенег, функциивелоодометраограничиваютсятолько фантазиейи интеллектомразработчика!В данной работебудут рассматриватьсяте схемы, которыев наибольшейстепени охватываютсовременныетенденцииразвитиявелоодометров.

Таблица 2.1.

Велоодометр Крит. качества	№1	№2	№3	Прототип	Разрабатываемаяконструкция
Эргономичность	-	+	-	+	+
Многофункциональность	-	-	+	-	-
Диапазонизмерений,км	1 — 100	1 — 300	1 — 100	0,1 — 600	0,1 — 600
Габариты	Большие	Средние	Большие	Большие	Меньше всех
Вид обрабатываемогосигнала	Аналоговый	Цифровой	Цифровой	Цифровой	Цифровой
Масса	Большая	Средняя	Средняя	Большая	Наименьшая

Схема №1 –простой аналоговыйвелоодометр,собранный наждущем мультивибраторе(ЖМВ) на микросхемеКР1006ВИ1

Схема №2 –велоодометрс использованиеммикроконтролера

Схема №3 –малоэргономичныйкомбинированныйвелоодометр

С

хемапрототипа.

2.2 Анализразрабатываемойконструкциивелоодометра.

Этот приборразработандля велотуристови спортсменов-велосипедистов,но его можноиспользоватьи для измеренияплощадисельскохозяйственныхугодий, садовыхи лесных участков,разметки дорог,измерениядистанций длясоревнованийв различныхвидах спорта.Устройствоустановленона велосипедеи позволяетнепосредственново время движениярегистрироватьпройденныйпуть.

Пользуясьвелоодометром,можно измерятьрасстояниеот 0,1 до 600 км. Принципизмерениядлины отрезкапути основанна подсчетечисла и. -пульсовдатчика за одиноборот колеса.С целью повышенияточности измерениядатчик этихимпульсовустановленна вилке заднегоколеса велосипеда,так как онозначительноточнее повторяетпроходимыйпуть, чем переднее.

Четыре постоянныхмагнита, расположенныена спицах(околовтулки) заднегоколеса, проходямимо геркона,замыкают егоконтакты ипереключаютформировательимпульсов.Например, длинаокружности27-дюймовогоколеса (с шиной)спортивноговелосипедаравна 2,16 м, то приналичии четырехмагнитов каждыйимпульс навыходе формирователяпоявляетсяв конце прохожденияотрезка путидлиной 0,54 м.

При прохождениистометровогоотрезка формировательвырабатывает185 управляющихимпульсов,которые подсчитываетделитель частотыс коэффициентомделения 185. Навход счетчикапути поступаеткаждый 185-й импульс.

Геркон SF1через формировательсчетных импульсов(DD1.1—DD1.2)связассвходом делителячастоты (DD3—DD5,DD1.3, DD1.4).Цепь R1R2вместе с конденсаторомС2 обеспечиваетнадежную работуформирователянезависимоот качестваконтактовгеркона и наличияпомех. Выходнойсигнал делителячастоты управляетработой счетчикапути (DD6 —DD9, HG1). Таккак ЖК индикаторнеобходимопитать переменнымтоком, то вустройствепредусмотренгенераторпрямоугольныхимпульсов,собранный наэлементахDD2.1, DD2.2.Импульс, обнуляющийсчетчики DD3— 005,формируетсяна выходе элементаDD1.4 в момент установлениясигнала 1 навходах элементаDD1 3. До техпор пока велосипедистс начала движенияне проедет 100метров, на выходеодного из счетчиковDD3 или DD5 и на выходеэлемента DD1.4 будетприсутствоватьсигнал 0. Сигналнизкого уровня,поступая навходы Rсчетчиковделителя, разрешаетего работу.

Требуемыйкоэффициентделения полученвключениемв цепь обратнойсвязи делителяэлементовDD1.3, DD1.4. Выходнойимпульс делительформирует вмомент обнулениявсех счетчиковDD3 — DD5. Сигнал 1 навыходе Р счетчикаDD5 появляетсяпосле 6Х X 6Х5= 180 входныхимпульсов.После приходаследующих пятивходных импульсовсигнал 1 появляетсяи на входе счетчикаDD3 и происходитобнулениеделителя. Послеэтого на выходахсчетчиков DD3,DD5 вновь появляетсясигнал 0 и начинаетсяочередной циклизмеренияследующих 100метров пути.

Отрицательныеперепады навыходе делителяпереключаюттриггеры счетчикапути (DD6 — DD9). Выходыдешифраторовуказанныхмикросхемсоединены свходами индикатораHG1.

Для сниженияпотребляемойодометроммощности иобеспечениявысокой контрастностиизображенияцифровой информациипри высокомуровне освещенностив приборе использованжидкокристаллическийиндикатор.Частоту выходныхимпульсовгенератора(DD2.1, DD2.2) устанавливаютв пределах50...60 Гц, подбираярезистор R3.При поступлениисигнала низкогоуровня на входыS счетчиков DD6— DD9 на их выходахустанавливаетсяпрямой семиэлементныикод, а при единичномуровне — инверсный.При этом включаютсялишь те элементы,напряжениена которыхбудет в противофазес напряжениемна общем проводеиндикатора

Перед началомизмерениярасстояниявелоодометрустанавливаютв исходноесостояниенажатием накнопку SB1.В исходномположении SB1конденсаторСЗ заряжен ина нижнем входеэлемента DD1.4 будетсигнал 1, а навыходе — 0. Принажатии накнопку заряженныйконденсаторСЗ подключаетсяк входам R счетчиковDD6 — DD9, обнуляетих и разряжаетсячерез резисторR5. Таблоиндикатораотображаетнули. Послеотпусканиякнопки на нижнемвходе элементаDD1.4 на короткоевремя появляетсясигнал 0, а навыходе— 1, которыйобнуляет счетчикиDD3 — DD5.

В устройствевместо микросхемсерии К176 применимыих аналоги изсерии К561 илиК164.

Одометр собранна монтажнойплате и помещенв пластмассовуюкоробку размерами95Х50Х30 мм, устанавливаемуюна руль велосипеда.Верхняя панелькоробки имеетпрямоугольноеотверстие дляиндикатора,в которое вклеенапрозрачнаязащитная пластина,а нижняя — дваотверстия длявыключателяпитания и кнопкиобнуления.Снизу к коробкеприклеены двепластмассовыедугообразныезащелки, с помощьюкоторых приборкрепят к рулювелосипеда.С целью уменьшениягабаритовприбора примененнавесной способмонтажа микросхем,при которомвыводы микросхемзаранее формуют(кроме выводов5—7 и 14), а микросхемысобирают однунад другой иприсоединяют.Выводы питаниямикросхем,соединяясь,образуют двелинии. Остальныевыводы соединяютпайкой непосредственноили гибкимипроводниками

ЖК индикатори элементы егокреплениявместе с печатнойплатой используютот неисправныхнаручных электронныхчасов. Печатнуюплату часовнеобходимонезначительнодоработать.Для этого следуетвыпаять конденсаторыи кварцевыйрезонатор, аБИС высверлить.Через образовавшеесяотверстиепроводникиплаты соединяютс выводамимикросхемсчетчика путигибкими проводниками.Прибор питаютот аккумуляторнойбатареи 7Д-0,1.

Благодарямалому токупотребления(не превышающему0,3 мА) одометрможно оставлятьвключеннымна несколькодней, а затемпродолжатьизмерение. Приэтом в памятисчетчиковметража будетсохранятьсярезультат ужеизмеренногоотрезка пути.

3. Выбор иобоснованиепринципиальногоконструкторскогорешения.

3.1. Внутреннееконструирование.

3.1.1. Внутренняякомпоновка.

3.1.1.1. Выбор схемырасположенияэлементовконструкциии их расположениевнутри корпусаблока. Электрическаясхема велоодометрапредставленав Приложении1.

Переключателизакрепляютсяв отверстияхс помощью винтовогосоединения.Остальныеэлементы блокасмонтированына двух печатныхплатах изфольгированногостеклотекстолитатолщиной 1,5 мм.Плата крепитсяк основаниюблока параллельно,с помощью уголковыхскобок и 4-х винтов.

3.1.1.2. Выбор иобоснованиекомпоновочныххарактеристикячейки.

В данномслучае подячейкой понимаетсяпечатная платас установленнымина ней элементами.Способ установкиЭРЭ — односторонний.Конструкцияячеек — бескорпусная.Форму печатныхплат выбираемпрямоугольную,что облегчаетопределениеих компоновочныххарактеристик.Компоновочныехарактеристикипечатных плат— ориентировочноеопределениемассогабаритныххарактеристик.

При размещенииЭРЭ-тов на печатныхплатах, ЭРЭ-тызаменяютустановочнымимоделями. Приопределенииплощади печатныхплат посадочноеместо ЭРЭпредставляетсобой проекциюустановочнойплощади наплату. В суммеустановочныеплощади определяютразмеры печатныхплат. При этомпроизведениесторон печатнойплаты должносоответствоватьплощади печатнойплаты.

3.1.1.3. Определениемассо-габаритныхразмеров ячейки.

Определениеустановочнойплощади S_устэлементов.Установочнаяплощадь каждогоотдельно взятогоэлемента выбираетсяиз приложения1, из таблицы«Переченьэлементов схемыи их характеристики»

Определениесуммарнойустановочнойплощади элементов,расположенныхна первой плате:

Sуст=1,3 Sустi	(1.1)
Sуст=1,3 641,3= 833,7 мм2

Определениесуммарнойустановочнойплощади элементов,расположенныхна второй плате:

Sуст=1,3 Sустi
Sуст=1,3 1619= 3243,5 мм2

Определениеплощадей печатныхплат.

S n.n.=

(1.2)

где K_s — коэффициентзаполненияплощади печатнойплаты, K_s=0,8

Первая плата:

Sn.n = =1042,1мм2

Вторая плата:

Sn.n = =2023,7мм2

Определениегабаритныхразмеров печатныхплат. Из несколькихвариантовсоотношенийсторон ПП выбралиплаты с размерами40х80.

Определениегабаритныхразмеров ячеек.На горизонтальнорасположеннойплате длинаи ширина платыбудут соответственноравны длинеи ширине ячейки:В=40мм, L=80 мм.

Высота ячеекравна:

Н=max Hэ+hn.n

(1.3)

где max H_э —высота самоговысокого элементана плате,

H –— толщинапечатной платы.

Н=10,5+1,5=12 мм

Определениемассы ячеек.

Масса каждойячейки состоитиз массы печатнойплаты и массыэлементов,расположенныхна ней. Массакаждого элементаm_i представленав приложении1 в таблице 1.

mяч=mnn+ mi

(1.4)

где m_nn=ρхV —масса печатнойплаты, кг

ρ — плотностьматериалаплаты, кг/м³

V — объем ячейки,м³

Первая ячейка:

m_nn=2,4х10³

4б8х10^-6=0,01152кг

m_яч=0,0135+0,01152=0,02502 кг

Вторая ячейка:

m_nn=2,4х10³

4б8х10^-6=0,01152кг

m_яч=0,02065+0,01152=0,03217 кг

Вывод: найденымассо-габаритныеразмеры ячеек.

3.1.1.4. Выбор способовкрепления плат.

Горизонтальнорасположеннуюплату крепятна двух П-образныхскобках с помощью4 винтов и гаек,причем винтыпроходят черезплату, скобкии основание.Скобки изготовленыиз алюминия.

3.1.2. Анализ иуточнениеварианта.

3.1.2.1. Определениекомпановочныххарактеристиккорпуса велоодометравключает в себя2 этапа: определениегабаритныхразмеров корпусаблока, определениеобщей массыконструкцииблока. Габаритныеразмеры корпусаблока определяютсяисходя изконструкторскихсоображений.

Определяемориентировочныйобъем проектируемойконструкции:

V= Vустi

(1.5)

где К_v –обобщенныйкоэффициентзаполненияобъема.

V_устi – установочныйобъем i-го элемента.

В качествеустановочногообъема i-го элементавыбираем объемячейки. Тогдаформула приметвид:

V= Vячi	(1.6)
Vячi = Hi Li Bi	(1.7)

V_{яч 1,2}=40

80 12=38400мм³=384 10^-6м³

V_ =

384 10^-6=480 10^-6м³

Высота корпусаблока определяетсяпо формуле:

H=Hяч +Х1+Х2

(1.8)

где H_яч —высота ячеек

Высота ячеекскладываетсяиз высоты каждойячейки и зазорамежду ячейками— 1 мм.

H_яч=25 мм

Х_1, Х₂ –припуски размеровдля обеспечениясвободнойвходимостиячейки в блок.

Х₁ =2,5 мм, Х₂=2,5 мм.

H=25+2,5+2,5=30 мм.

Ширина корпусаблока определяетсяпо формуле:

B=Bяч+Y1+Y2

(1.9)

где B_яч —размер ячейки,

B_яч =50 мм

Y₁,Y₂ — припускиразмеров дляобеспечениясвободнойвходимостиячейки в блок

Y₁=5; мм

Y₂=5 мм

B=40+5+5=50 мм.

Длина корпусаблока определяетсяпо формуле:

L=Lяч+Z1+Z2

(1.10)

где L_яч —размер ячейки,L_яч=80 мм

Z₁, Z₂ — припускиразмеров дляобеспечениясвободнойвходимостиячеек в блок,

Z₁=Z₂=5 мм

L=80+5+5=90 мм

Масса конструкцииблока определяетсяпо формуле:

m=mяч+mк+mосн+mдоп

(1.11)

где m_яч —масса ячеек,кг,

m_к — массакорпуса блока,кг,

m_осн — массаоснованияблока, кг,

m_доп — массадополнительныхэлементов, кг.

m=0,0254∙2+0,102+0,015=0,162,8 кг.

Вывод: Определеныгабариты блокаи масса.

3.1.2.2. Расчеттепловогорежима блока.

Целью расчетаявляется определениетемпературнагретой зоныи среды вблизиповерхностиЭРЭ, необходимыхдля оценкинадежности.Расчет тепловыхполей внутриблока невозможениз-за громоздкостизадачи и неточностиисходных данных:мощности источниковтеплоты, теплофизическихсвойств материалов,размеров границ.Поэтому прирасчете тепловогорежима блоковРЭА используютприближенныеметоды анализаи расчета. Расчетпроводитсядля наиболеекритичногоэлемента, т.еэлемента допустимаяположительнаятемпературакоторого имеетнаименьшеезначение средивсех элементов,входящих всостав устройстваи образующихнагретую зону.КонструкцияРЭА заменяетсяеё физическойтепловой моделью,в которой нагретаязона представляетсяв виде параллелепипеда,имеющегосреднеповерхностнуютемпературуt_н.з и рассеиваемуютепловую мощностьP_н.з.Расчет тепловогорежима блокапроизводятв 2 этапа: определениетемпературыкорпуса блокаt_к и определениесреднеповерхностнойтемпературынагретой зоныt_н.з. Для выполнениерасчета тепловогорежима необходимыследующиеисходные данные:

размерыкорпуса:

ширина B=0,05 м

длина L=0,09 м

высота H=0,03 м

размерынагретой зоныl

b h,0,085 0,040 0,020

величинавоздушныхзазоров между:

нагретойзоной и нижнейповерхностьюкорпуса h_н=0,005м

нагретойзоной и верхнейповерхностьюкорпуса h_в=0,005мм

мощность,рассеиваемаяблоком в видетеплоты Р_о=1Вт

мощностьрадиоэлементов,расположенныхнепосредственнона корпусеблока Р_к=0,8 Вт

температураокружающейсреды t_о=60^оС

Этап 1. Определениетемпературыкорпуса.

Рассчитываемудельную поверхностьмощность корпусаблока:

qк=Po/Sк

(2.0)

где S_к— площадь внешнейповерхностикорпуса блока

Sк=2 (H B+B L+H L)

(2.1)

S_к=2

(0,03 0,05+0,05 0,09+0,03 0,09)=0,0087м²

q_к=1/0,0087=11,4 Вт/м

Перегревкорпуса блокав первом приближении

t_к=2^оС

Определяемкоэффициентлучеиспусканиядля верхней

_лв,боковой _лб,нижней _лнповерхностейкорпуса:

лi=Еi 5,67[( )4–( )4]/ tк

(2.2)

где Е_i —степень чернотыi-й наружнойповерхностикорпуса, длябоковой и верхнейповерхностейЕ = 0,92

При расчетеполучилось:

_лв=5,4;

_лб=5,4;

_лн=5,4.

Для определяющейтемпературыt_m=t_o+0,5

t_к=61^oCрассчитываемчисло ГрасгофаGr для каждойповерхностикорпуса:

Grmi = m g tк

(2.3)

где L_опрi— определяющийразмер i-й поверхностикорпуса,

_m— коэффициентобъемногорасширения,для газов

_m= (t_m+ 273)^-1= 0,003,

g — ускорениесвободногопадения, g=9,8 м

с^-2;

V_m — кинетическаявязкость газа,V_m=16,96

10^-6м²/с;

Gr_mв=0,003

9,8 ∙2=2,6

Gr_mб=0,003

9,8 ∙2=0,09

Gr_mн=0,003

9,8 ∙2=2,6

Определяемчисло ПрандтляРч, Рч=0,701

Находим режимдвижения газа,обтекающегокаждую поверхностькорпуса:

(Gr

Рч)_mв=(Gr Рч)_mн=1,8

(Gr

Рч)_mб=0,06

Так как(Gr

Рч)_m 5 10²,то режим переходныйк ламинарному.

Рассчитываемкоэффициентытеплообменаконвекциейдля каждойповерхностикорпуса блока

_кi:

кi=1,18 (Gr Рч)1/8m Ni

(2.4)

где

_m— теплопроводностьгаза, _m=2,68 10^-2Вт/м К

N_i – коэффициент,учитывающийориентациюповерхностикорпуса:

N_i=

_кв=1,18 3,8^1/8 1,3=0,53

_кб=1,18 0,31^1/8 1=0,69

_кн=1,18 3,8^1/8 0,7=0,28

Определяемтепловоднуюпроводимостьмежду поверхностьюкорпуса и окружающейсредой G_к:

Gк=( кн+ лн)∙Sн+( кб+ лб)∙Sб+( кв+ лв)∙Sв

(2.5)

где S_н, S_б,S_в — площадинижней, боковойи верхнейповерхностейкорпуса соответственно

S_н=S_в=L

B=0,0015м²

S_б=2H(L+B) = 2

0,05(0,115+0,03)=0,0084 м²

При расчетеполучилось:

G_к=0,332

Рассчитываемперегрев корпусаблока во второмприближении

t_ко:

tко= (Ро/Gк) Ккп Кн1

(2.6)

где К_кп —коэффициентзависящий откоэффициентаперфорациикорпуса блока,

К_кп=0,6

К_н1—коэффициент,учитывающийатмосферноедавление окружающейсреды,

К_н1=1

Расчет:

t_ко=(0,6/0,332) 0,6 1=1,8^оС

Определяемошибку расчета:

= / tко

(2.7)

Так как

Рассчитываемтемпературукорпуса блока:

tк=to+ tко

(2.8)

t_к =25+1,8=61,8^oC

Этап 2. Определениесреднеповерхностнойтемпературынагретой зоны.

Вычисляемусловную удельнуюповерхностнуюмощность нагретойзоны блока q_3.

q3=

(2.9)

где Р₃ —мощность,рассеиваемаяв нагретойзоне, Р₃=Р_о-Р_к

q₃=

=14,8Вт/м²

Перегревнагретой зоныотносительнотемпературы,окружающейблок среды впервом приближении:

t_з=3^оС

Определяемкоэффициенттеплообменаизлучениеммежду нижними

_злн,верхними _злви боковыми _злбповерхностяминагретой зоныи корпуса:

злi=Eпi 5,67[( )4–( )4]/( tз- tко)

(2.10)

где E_пi —приведеннаястепень чернотыi-й поверхностинагретой зоныи корпуса:

Eпi=[ +( -1) ]-1

(2.11)

E_3i и S_3i — степеньчерноты и площадьi-й поверхностинагретой зоны.

Е_пв=0,933

Е_пб=1,98

Е_пн=0,933

Отсюда:

_злв=5,9

_злб= 13,9

_злн=5,9

Для определяющейтемпературыt_m=(t_к+t_o+

t_з)/2=(61,8+60+4)/2=62,9^oC

Находим числаГрасгофа иПрандтля:

Gr_mн =Gr_mв=6,4,Gr_mб=2,1

Рч=0,701

Рассчитываемкоэффициентыконвективноготеплообменамежду нагретойзоной и корпусомдля каждойповерхности:

для нижнейповерхности:

зкн= m/hн

(2.12)

для верхнейповерхности:

_зкв= _m/h_в,

для боковойповерхности:

_зкб= _m/h_б

При расчетахполучилось:

_зкн= _зкв=5,36

_зкб=4,87

Определяемтепловую проводимостьмежду нагретойзоной и корпусом:

Gзк=Кσ ( злi+ зкi)·Sзi

(2.13)

где К_σ–коэффициент,учитывающийкондуктивныйтеплообмен,Кσ=0,09

При расчетеполучилось:

σ_зк = 0,54

Рассчитываемперегрев нагретойзоны

t_зово второмприближении:

tзо= tко+

(2.14)

где К_w —коэффициент,учитывающийвнутреннееперемещениевоздуха, К_w=1

К_н2 — коэффициент,учитывающийдавление воздухавнутри блока,К_н2=1

Расчет:t_зо=1,8+

=2,8

Определяемошибку расчета:

=

= =0,06

Так как

Рассчитываемтемпературунагретой зоны:

t3=to+ tзо

(2.15)

Получаем:

t₃=60+2,8= 62,8^оС

Так как самыйнетермостойкийэлемент выдерживаеттемпературудо +70 ^оС, тополученныйтепловой режимработы подходит.

3.1.2.3. Расчётсистемы намеханическиевоздействия

Целью расчетаявляется определениедействующихна элементыизделия перегрузокпри действиивибрации иударов, а такжемаксимальныхперемещений.Для выполнениярасчета механическихвоздействийнеобходимыследующиеисходные данные:

геометрическиеразмеры платы,l

b h,м: 0,080 0,040 0,0015

диапазончастот вибрации,

f_виб=40— 80 Гц

длительностьудара, τ=5 — 10 мс

амплитудаускорения приударе, Н_у=20,1 g

предельноеускорение,выдерживаемоеэлементамиблока без разрушения:

при вибрации8g

при ударах45 g

при линейныхускорениях25 g

Расчет надействие вибрации.Расчет собственныхколебанийконструкцииявляется трудоемкойзадачей. Поэтомузаменим конструкциюэквивалентнойрасчетнойсхемой. Определяемчастоту собственныхколебанийотдельныхконструкционныхэлементов.Частотасобственныхколебанийравномернонагруженнойпластины вычисляетсяпо формуле:

fo=

(3.1)

где a и b — длинаи ширина пластины,м

D — цилиндрическаяжесткостьпластины, Н

м

D=έ h3/12(1- )

(3.2)

где К_a —коэффициент,зависящий отспособа закреплениясторон платы,определяетсяпо формуле:

Кa=

(3.3)

έ — модульупругости,Н/м²;

h — толщинапластины, м;

m — масса пластины,с элементами,кг.

D=

=9,9Н м;

К_a=24,24

Для первойплаты:

f_o=

=96,4Гц

Для второйплаты:

f_o=

=85,7Гц

Для печатногоузла должновыполнятьсяусловие f_o>f_в.Так как f_o>f_в,то обеспечиваетсязащищенностьконструкциивелоодометраот вибрационныхвоздействий,за счет отстройкисобственнойчастоты печатногоузла от максимальнойчастоты внешнихвибрационныхвоздействий.

2) Расчет надействие удара

Движениесистемы, вызываемоеударной силой,в течение временидействия этойсилы определяетсязаконом вынужденныхколебаний.После прекращениядействия ударнойсилы, движениесистемы подчиняетсязакону свободныхколебаний.Начальнымиусловиями приэтом являютсясмещение искорость движенияв момент прекращениядействия удара.

а) Определяемусловную частотуударного импульса:

(3.4)

где

— длительностьударного импульса,с.

b) Определяемкоэффициентпередачи приударе:

Ку=2 sin

(3.5)

где

— коэффициентрасстройки,

=

(3.6)

Для первойплаты:

=314,16/2π 96,4=0,519

К_у=2·sin

=0,106;

Для второйплаты:

=314,16/2π 85,7=0,583

К_у=2·sin

=0,094;

c) Рассчитываемударное ускорение:

=Hу Кy

(3.7)

где Н_у —амплитудаускоренияударного импульса

Для первойплаты:

=20,1g 0,106=2,13g

Для второйплаты:

=20,1g 0,094=1,89g

d) Определяеммаксимальноеотносительноеперемещение:

Zmax= ·sin

(3.8)

Для первойплаты:

Z_max=

·sin =0,003м

Для второйплаты:

Z_max=

·sin =0,004м

e) Проверяетсявыполнениеусловий ударопрочностипо следующимкритериям:

ударноеускорениедолжно бытьменьше допустимого,т.е.

,где определяетсяиз анализаэлементнойбазы, =45g.

Z_max2

где b — размермаксимальнойстороны ПП.

Z_max

Так как условияударопрочностивыполняютсядля ЭРЭ и печатнойплаты, считаемчто велоодометрзащищен отвоздействийудара.

3.1.2.4 Расчетлинейных перегрузок.

В ходе расчетаопределяютсявозникшие вПП напряженияи необходимыйзапас прочностиПП при воздействиилинейных ускоренийили одновременномвоздействиивибрации илинейных перегрузок.

Расчет прогибаПП при линейныхускоренияхв наихудшемслучае:

Zб=Az

(3.9)

где A_z — коэффициент,зависящий отспособа закрепленияконцов полоскиПП, A_z=0,031;

a,b – соответственнодлина и ширинаПП, м;

Е — модульупругости ПП,Н/м²;

h_nn — толщинаПП, м;

V — величиналинейногоускорения,м/с²;

g — ускорениесвободногопадения, м/с²;

m_э — массаэлементов наПП, кг;

m_n — массаПП, кг;

l — либо длинаa, либо ширинаb ПП, м

Из полученныхдвух значенийвыбираетсяZ_б = max {Z_б1, Z_б2}

Должно выполнятьсяусловие Z_б

,

где

— допустимыйразмер прогибаПП на длине 1м, =0,03м.

В результатерасчета полученыследующиезначения:

;

Выбираем

Условие

выполняетсяZ_б 10^-6м

Расчет максимальногонапряженияв опасных точкахПП при линейномускорении:

G=

,

где А_σ —коэффициент,зависящий отспособов закреплениясторон ПП, А_σ=16

l — либо длинаа, либо ширинав ПП, м.

Из полученныхдвух значенийвыбираетсяσ=max{σ₁, σ₂}

σ₁=2151 Па,

σ₂=4840 Па.

Выбираемσ = 4840 Па.

Определениезапаса прочностиПП при линейномускорении:

n=σ_n/σ,

где G_n — предельноедопустимоенапряжение,МПа

Для того чтобыгарантироватьработоспособность,запас прочностидолжен бытьболее некоторойвеличины:

,

где n₁=1,2 — 1,5 —коэффициентдостоверностиопределениярасчетныхнагрузок инапряжений,n=1,4;

n₂=1 — 1,5 — коэффициентответственностидетали, n=1,2;

n₃=1,2 — 3,0 — коэффициентнеоднородностисвойств материала,n₃=1,8.

26860

n>3,024

Определениепрогиба ПП приодновременномвоздействиилинейных ускоренийи вибраций:

Z=Z_б+Z_в,

где Z_в –максимальнаяамплитудаколебаний ППпри вибрации,Z_в=0,3

10^-6м

Z=22

10^-9+0,3 10^-6=0,322 10^-6м

УсловиеZ

aвыполняетсяZ 10^-6м

Расчет напряженияв материале:

,

Из двух полученныхзначений выбираетсяσ=max {σ₁, σ₂}

Из расчетаопределили:σ₁=314844 Па,

σ₂=708400 Па

Выбираемσ=708400 Па.

Заданиепредела выносливостиматериала платыдля знакопеременныхнагрузок:

σ_в=0,2σ_n —для стеклотекстолита

σ_в=0,2

130=26Мпа

Определениязапаса прочности:

n=σ_в/σ

Для того чтобыгарантироватьработоспособность,запас прочностидолжен бытьболее некоторойвеличины:

,

36,7

n>3,024

Посколькупри расчетахвыполняютсявсе необходимыеусловия, тообеспечиваетсязащищенностьблока при воздействиилинейных ускоренийили одновременномвоздействиивибраций илинейных перегрузок.

Приложение1

Переченьэлементов схемыи их характеристики.

Названиеэлементов	Количество,шт.	Габаритымм			Конструктивныепараметры			Допустимыеусловия эксплуатации
		Длина	Ширина	Высота	Масса, г	Мощностьрассеивания,Вт	Интенсивностьотказов 10-6(1/ч)	Влажность98%при t °C	Температура,°C		Вибрация		Ударнаянагрузка g	Линейноеускорение g
									min	max	Частота,Гц	Ускорениеg
КонденсаторыК53	4	7,5	3,2	4,5	1,2	0,2	0,04	40	-40	+125	1-600	18	40	150
РезисторыМЛТ	5	6	2	1,2	0,15	0,125	0,01	40	-60	+125	10-2000	18	35	200
Микросхемысерии К176	13	19,5	7,5	10,5	1,5	0,3	1	35	-30	+100	5-600	18	40	150
Житкокристаллическийэкран	1	21,3	9,5	1,2	2	0,2	1	35	-5	+70	5-600	8	45	25
ПереключательП2К	1	20	8	10	2	0,05	0,005	35	-50	80	1-600	20	50	200

Приложение2

Схемаэлектрическаяпринципиальная

МинистерствоВысшего и СреднегоСпециальногоОбразованияРФ

МосковскаяГосударственнаяАкадемияПриборостроенияи Информатики

Кафедра Персональная электроника _.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА

к курсовомупроекту натему:

_{Велоодометр}

Студент_{. .} РозенфельдА. В. _.

Обозначениекурсовогопроекта КП-2068757-2008/3203-2-19-2002 _.

Группа ПР-7-9901 _.

Специальность2008 Конструированиеи технологиярадиоэлектронных _{. .}средств

ФакультетПриборостроенияи радиоэлектроники(ПР) _.

Проектзащищен _. Оценка _.

Руководительпроекта _.КолуковВ.В.______ _.

Членыкомиссии _{. .}

Москва 2002 г.

Компоновочныйэскиз корпуса

1. зонарасположенияпечатной платы.

2. зонакреплениякорпуса и печатнойплаты

3. зонакреплениявыходных разъёмов

1

3

1

3

5

1

3

50

90

5

2,5

90

30

30

50

Обоснованиекомпоновочнойсхемы

Размещениекомплектующихэлементовдолжно обеспечиватьравномерноеи максимальноезаполнениеконструктивногообъёма с удобнымдоступом дляосмотра ремонтаи замены.

При компоновкеучтены требованияустойчивостии стабильности,требованияпрочности ижесткости,помехозащищенностии нормальноготепловогорежима, эргономикии удобстваэксплуатации.

В компоновочномблоке выделенытри основныезоны, которыедают общеепредставлениео блоке:

1. зонарасположенияпечатной платы.Выбираем всоответствиис размещениемэлементов наплате. Занимаетпочти весьобъём блока.

2. зонакреплениякорпуса и печатнойплаты

3. зонакреплениявыходных разъёмов

Списокиспользуемыхисточников:

1)Проектированиеконструкцийрадиоэлектроннойаппаратуры:Учеб. пособиедля вузов / Е.М.Парфенов, Э.Н.Камышная, В.П.Усачев.–М.: Радиои связь, 1989.

2)СправочникконструктораРЭА: Общие принципыконструирования/Под ред. Р.Г.Варламова.–М.: Сов. радио,1980 Учебное пособиепо курсу

3)ОсновыпроектированияРЭС: КолуковВ.В.

Содержание

1. Разработкаи анализ техническогозадания.	3
2. Анализаналогов ипрототипа.
2.1 Анализсуществующихконструкцийвелоодометров.	4
2.2 Анализразрабатываемойконструкциивелоодометра.	6
3. Выбори обоснованиепринципиальногоконструкторскогорешения.
3.1. Внутреннееконструирование.	8
3.2. Расчеттепловогорежима блока.	10
3.3. Расчётсистемы намеханическиевоздействия	13
Переченьэлементовсхемы и иххарактеристики.	17