5 Рекомендації з використання обчислювальної техніки

Сучасні конструкторські роботи передбачають широке використання обчислювальної техніки. Тому під час вивчення дисципліни головну увагу приділено ознайомленню та використанню під час проектування елементів як широко розповсюджених САПР, так і навчальних прикладних програм.

Робоча програма з дисципліни „Елементна база електронної апаратури” передбачає закріплення та набуття знань і вмінь роботи з AutoCAD та програм розрахунку резисторів, конденсаторів, котушок, трансформаторів тощо.

Користування обчислювальною технікою забезпечується на кафедрі ПЕЕА шляхом самозапису у чергового інженера в ауд. 503 корпусу „І”.

6 Приклади розвязання індивідуальних розрахункових завдань

Далі наведено приклад індивідуальних розрахункових і контрольних завдань, призначених для самостійного контролю знань.

Завдання 1.

Розрахуйте контактне зусилля контактної пари для з'єднувача електричних ланцюгів, якщо: кількість ланцюгів ; струми чотирьох ланцюгів; струми інших ланцюгів.

Розв’язання.

Для розрахунку контактного зусилля необхідно вибрати матеріал, з якого складатиметься контактна пара. Вибираємо матеріал штиря і гнізда - латунь (Л62, ДСТ 931 – 52) [10].

Виписуємо параметри обраного матеріалу.

Питомий електричний опір - ..................................0,031.

Модуль пружності - ...................................................9,8.

Межа міцності - ....................................................411,6 – 588.

Поверхнева твердість за Брінеллем, – ..................................120.

Температурний коефіцієнт лінійного розширення – 20,6.

Необхідне контактне зусилля F_кр визначають з умови забезпечення необхідної активної складового перехідного опору R_по, або з ергономічних вимог (забезпечення прийнятного зусилля зчленування з'єднувача).

Контактне зусилля (6.1):

, (6.1)

де с=2 – коефіцієнт, що враховує спосіб, чистоту обробки і стан поверхні контактних елементів (для дуже грубих поверхонь с=3, для грубих с=2, для чисто оброблених с=1);

НВ=120 – поверхнева твердість за Брінеллем (вибирають за більш м'яким контактуючим матеріалом);

b=2 – коефіцієнт, що залежить від характеру деформації, виду та форми зони контактування (при навантаженні нижче межі пружності b=0,33; для лінійного контакту b=0,5-0,7; для плоского контакту b=2; за наявності ізолюючої оксидної плівки b=0,7-1;);

–приведений питомий опір матеріалів, з яких виконані контактні елементи;

–питомий електричний опір матеріалу контактних елементів.

Отримане розрахункове значення контактного зусилля уточнюємо за формулою (6.2):

, (6.2)

де – коефіцієнт, що враховує знос і релаксацію матеріалу контактних пар (чим більше знос і релаксація, тим більше);

–коефіцієнт, що характеризує граничні відхилення розмірів деталі конструкції (чим більше розміри контактних елементів і менше їхні граничні відхилення, тим менше );

–коефіцієнт, що враховує статичну і динамічну нестабільність перехідного опору (чим більше зазначена нестабільність, тим більше);

–коефіцієнт, що визначає частоту струму, яка протікає в електричному ланцюзі, що комутується, (зростає із зростанням частоти, наприклад, при);

–коефіцієнт, що враховує зміну твердості матеріалу контактних елементів від їхньої робочої температури (чим більше зміна температури, тим більше ).

Завдання 2.

Розрахувати конструктивні параметри контактних елементів, користуючись заданими параметрами та отриманими результатами при виконанні завдання 1.

Розв’язання.

Діаметр контактного елемента визначимо за формулою (6.3):

(6.3)

де – найбільший заданий струм ланцюгів;

–щільність струму.

Щільність струму , залежить від припустимого перегріву з'єднувача й умов його охолодження. Для стабільних з'єднувачів рекомендують, а для з'єднувачів широкого застосування, що допускають значні температури перегріву,.

Обчислюємо довжину контактного елемента.

Довжину пружної частини контактного елемента визначимо за формулою (6.4):

, (6.4)

де – коефіцієнт запасу (для консольної балки, для балки на двох опорах із силою, прикладеною в центрі);

–модуль пружності першого роду;

–середній прогин (вибирається конструктивно в залежності від розмірів контактних елементів);

–момент інерції, обумовлений за формулою (6.5):

(6.5)

.

Визначаємо фактичне переміщення контактної точки. Для цього знаходимо прогин від зминання (f_см) (6.6):

(6.6)

де _ін=1/R₁+1/R₂=1/0.8=1.25 10^-3;

Е=9,810¹⁰ – приведений модуль пружності.

Контактне зминання мале порівняно з пружним переміщенням, тому величиною f_см надалі зневажаємо. Для поліпшення електричного контакту в робоче креслення вводимо технологічну операцію прироблення („операция приработки”) поверхонь до створення контактної доріжки 0,8 – 1,0 мм:

f_изм=R-0,50,8-0,5

Тоді повне переміщення контактної точки до притирання:

f= f_п+ f_изм=0,2+0,17=0,37, мм.

Діаметр за контактними точками до притирання:

D_k=D_н+2f=1,5+20,37=2,24(мм).

Завдання 3.

Користуючись результатами, отриманими при виконанні попередніх завдань, визначити припустимий струм через контактні елементи.

Розв’язання.

, (6.7)

де j_доп=4 А/мм² — припустима щільність постійної складової струму, що протікає через контакт (для циліндричних контактів j_доп =4–6 А/мм²; для плоских стрічкових j_доп=2—5 А/мм²; при розробці герметичних з'єднувачів приймають менші, а конструюючі з'єднувачі з доброю тепловіддачею та умовами охолодження контактних елементів - більші з даних значень);

S_min=r²=3.140.52=0.785, мм² – найменша площа перетину контакт-них елементів;

k_f=1 – коефіцієнт, що враховує глибину проникнення змінної складової струму (збільшують зі зростанням частоти);

k₁=l,1 (1,1-1,3) – коефіцієнт, що враховує вплив граничного відхи-лення h_ср (зростає зі збільшенням h_ср);

k₂=2 (1,5-3,0) – коефіцієнт, що характеризує точність виготовлення контактних елементів і вплив температури навколишнього середовища.

Припустимий струм через контактні елементи I_доп = 6,908 АI_ц=4А.

Завдання 4.

Маючи контактне зусилля, отримане в результаті виконання завдання №1, визначити зусилля роз’єднання контактних елементів.

Розв’язання.

Зусилля роз’єднання контактних елементів обчислюється за формулою:

, (6.8)

де k_п = 0,8(0,8–1,2) – коефіцієнт, що враховує зміни твердості пружної частини контактного елемента (є функцією зміни розмірів і модуля пружності);

k=1(0,9—1,1) – коефіцієнт, що визначає вплив погрішності прогину (розраховується як сума допусків на відстань між контактуючими точками елементів);

k_у=1(0,8-1,2) – коефіцієнт, що характеризує погрішності установки контактних елементів (визначається допуском на перекіс, що виникає при встановленні контактних елементів);

k₃= 0,95(0,95–1,05) – коефіцієнт запасу, що враховує зміну коефіцієнта тертя від оксидних плівок (k₃=0,95) і забруднення (k₃=1,05);

k_т=1 – коефіцієнт, що враховує зміну твердості при зміні температури. Значення Fp має бути менше зусилля F, прикладеного оператором.

Тоді:

Fp=29,6410^-3  F=32,510^-3.

Завдання 5.

Визначте величини, необхідні для розрахунку пластини ротора конденсатора змінної ємності, що має такі параметри: мінімальна ємність С_min– 5пФ; максимальна ємність С_max– 150пФ; робоча напруга Up – 15В; кількість секцій – 1; закон залежності ємності – прямочастотна; програма випуску – 1500 од/рік; місце розташування – вимірювальна апаратура.

Розв’язання.

Величина зазору d вибирається, виходячи з розмірів конденсатора, необхідної точності та стабільності, а також технологічних міркувань.

Якщо дано робочу напругу Uр, то величина зазору може бути знайдена зі співвідношення:

, мм . (6.9)

Якщо робоча напруга мала (Uр 250 В), то з технологічних розумінь d приймають рівним 0,25 – 0,3, мм.

У нашому випадку приймаємо:

d = 0.25, мм.

Кількість пластин конденсатора змінної ємності вибираємо, виходячи зі значення максимальної ємності. Відповідно [5] -N= 7 – 13.

Обираємо:

n= 9.

Радіус вирізу в стандартних пластинах rдля запобігання їхнього електричного замикання з віссю обчислюється за формулою (6.10):

, (6.10)

де r– радіус осі ротора.

Радіус вирізу на статорних пластинах r₀визначається діаметром осі та зазором між віссю і краями статорних пластин. Цей зазор вибирається в 2 – 3 рази більше зазору між пластинами. Його зменшення підвищує мінімальну ємність конденсатора і негативно позначається на стабільності.

Тоді:

r_о= 3 + 2∙0,25 = 3,5 ,мм.

Завдання 6.

Розрахуйте форму пластин ротора для прямочастотної залежності, користуючись результатами, отриманими під час виконання завдання 5.

Розв’язання.

Визначаємо форму пластин ротора, що забезпечує необхідну функціональну залежність ємності.

Для прямочастотної залежності ємності радіус визначається за формулою:

, (6.11)

де =0,002;

;

=0,35.

З цих формул випливає:

а = 0,002; б = 0.082; К = 0,35; R_‌φ=0=17,5, мм; R_‌φ=180=3,75, мм.

Наведемо таблицю радіусів пластин ротора, який обчислюємо (також як і R_мах) при різних значенняхза формулою (6.11).