П редварительная компоновка устройства

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

Для выбора рациональной компоновки блока используют три параметра [6, страница 4]:

1) приведенная площадь наружной поверхности;

2) коэффициент приведенных площадей;

3) коэффициент заполнения объема.

3.1.1 Определение габаритных размеров блока.

Для сравнения по данным трем параметрам необходимо знать габаритные размеры (длина, высота и ширина) блока. Для их определения вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата, разъемы, для подключения устройства к внешней аппаратуре).

Для определения объема печатной платы найдем ее размеры. На основе таблицы 3 пункта 2 определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате

где i – количество ЭРЭ, устанавливаемых на печатную плату.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.7, получим значение площади

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон печатной платы и был выбран 60100 мм по ОСТ4.010.020-83. [3, страница 19]

Для определения объема печатной платы необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для рассматриваемой печатной платы она равна 14 мм (конденсатор C1). Тогда

Vпп = 50·80·14 = 8,4·10⁴ мм³.

Определяем габаритные размеры блока, с учетом расположения разъемов для подключения к внешней аппаратуре, блока тринисторов, блока управления. С учетом зазоров между печатной платой и стенками корпуса, а также толщиной стенок корпуса, получаем габаритные размеры блока: длина A₁=195 мм, ширина B₁=80 мм и высота H₁=40 мм.

Определяем полный объем

V₁ = A₁·B₁·H₁=195·80·40 = 6,24·10⁵ мм³;

Площади поверхностей вариантов компоновки блока

S₁ = 2·(A₁·B₁+B₁·H₁+A₁·H₁)= 2·(150·90+90·35+150·35)=4,38·10⁴ мм²;

1. Приведенная площадь наружной поверхности [6, страница 4]

2. Коэффициент приведенных площадей [6, страница 4]

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

где d - диаметр шара, мм.

Для блока, выполненного в форме шара, диаметр равен максимальной стороне блока, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда, т.е. для первого варианта d₁=150 мм, для второго варианта d₂=130 мм. Тогда

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен

то второй вариант блока более оптимальный по площади наружной поверхности.

3) Коэффициент заполнения объема.

Для определения коэффициентов заполнения объема определим объем занимаемой аппаратурой

V_а= V_пп+V_р+V_пр =(21,12+1,25+0,015)·10⁴=22,39·10⁴ мм³

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %

;

Коэффициент заполнения объема для первого варианта компоновки блока больше, чем для второго варианта. Следовательно, в первом случае объем используется более эффективно.

Вывод. По результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, был выбран первый вариант компоновки (рисунок 1,а), так как его объем используется наиболее эффективно.

3.1.3 Определение габаритных размеров и коэффициента заполнения блока электронного ключа. При расчете данных необходимых параметров нет необходимости использования расчетов с помощью приведенных площадей наружной поверхностей и коэффициента приведенных площадей. Здесь необходимо опираться на то, что блок электронного ключа должен быть наименьших размеров и свободно умещаться в руке владельца оригинального ключа.

В определение габаритных размеров и коэффициента заполнения корпуса аппаратурой необходимо знать объем печатной платы ключа V_пп, объем батареи питания V_бат и объем проводов V_пр.

Для определения объема печатной платы найдем ее размеры. На основе таблицы 2 пункта 2 определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате ключа

где i – количество ЭРЭ, устанавливаемых на печатную плату.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.7, получим значение площади

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон печатной платы (4080, 4090, 5075, 5080) и был выбран 4090 мм по ОСТ4.010.020-83. [3, страница 19]

Объем печатной платы ключа будет равен

V_пп = S_ппh = 409013 = 4,68·10⁴ мм³,

где h – высота ПП, складываемая из толщины ПП и превышения мамого высокого ЭРЭ над поверхностью ПП.

Определим объем занимаемой аппаратуры

V_а = V_пп+V_бат+V_пр = (4,68+5,75+0,005)·10⁴ = 10,16·10⁴ мм³

Выбираем минимально возможные габаритные размеры: длину A, ширину B и высоту C блока электронного ключа с учетом объема занимаемых ЭРЭ, толщины стенок корпуса и зазоров между ЭРЭ и корпусом. Они равны: длина А=125 мм, ширина B=45 мм и высота C=22 мм.

Определим объем корпуса

V₁ = A·B·H=125·45·22 = 12,37·10⁴ мм³

Определим коэффициент заполнения объема аппаратурой по следующей формуле

• 3.1.4 Выбор типа электрического монтажа. В проектируемом устройстве применяются два типа монтажа – печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов функционально-законченного узла. Объемный монтаж необходим для соединения функционально-законченного узла с разъемами, элементами индикации и управления.

3.1.5 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий. Из требований по условиям эксплуатации, записанным в техническом задании следует, что необходимо защитить проектируемое устройство от действия климатических условий и действия вибрации. Для защиты от влияния климатических условий (влажность, пыль, грязь) будет предусмотрена в конструкции устройства частичная герметизация.

3.1.6. Описание выбранного варианта компоновки. Корпус устройства выполнен в форме параллелепипеда. Габаритные размеры 1254522 мм. Он состоит из основания и верхней крышки. Основание имеет вид прямоугольного параллелепипеда, без верхней стенки. Основание имеет два отделения: одно для расположения печатной платы, другое для батареи питания. В отделение основания печатной платы кладется печатная плата на предусмотренные выступы. В отделение батареи питания предусмотрены контакты для электрической связи батареи питания и самого устройства. В передней части предусмотрено прозрачное окошко, через которое распространяется инфракрасное излучение и предназначено для частичной герметизации устройства. Кнопка запуска ключа расположена на корпусе таким образом, чтобы она попадает под большой палец правой руки.

Верхняя крышка является лицевой панелью устройства, в котором сделано отверстие для вывода органа управления (кнопки). Верхняя крышка крепится к основанию с помощью привинчивания.

3.1.9. Описание выбранного варианта компоновки замка. Корпус электронного замка выполнен также в форме параллелепипеда. Габаритные размеры 1509035 мм. Он состоит из основания и верхней крышки. Основание имеет вид прямоугольного параллелепипеда, без верхней и боковых стенок. К основанию крепится печатная плата замка, устанавливаемая на колонках. Разъемы, предназначенные для подключения к внешней аппаратуре, устанавливается на одну из стенок основания. Для жесткого крепления проектируемого блока к кузову автомобиля предусмотрены четыре петли по углам корпуса.

Устройство изготовлено в металлическом корпусе, предназначенного для уменьшения воздействия электромагнитных помех, идущих от работающего двигателя автомобиля.

Орган индикации (охрана включена) и фотоприемник подключаются к электронному замку с помощью проводов определенной длины и при установки охранной системы в автомобиль устанавливаются в салоне автомобиля, где их хорошо видно. Фотодиод желательно установить ближе к стеклу, чтобы ось линзы самого фотодиода была перпендикулярна плоскости стекла. Размеры блока замка и ключа определяются конструктивно.

3.2 Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства

3.2.1 Выбор элементов несущей конструкции, элементов крепления и фиксации ключа. Основание и верхняя крышка корпуса изготовлены литьем из фенопласта общего назначения, черного цвета, 02-010-02 ГОСТ 5689-79. Детали конструктивно крепятся между собой свинчиванием винтами 2-5-Ц ГОСТ 11664-80.

Печатная плата кладется на выступы основания, цельно вылитые с основанием и прижимается выступами верхней крышки.

Контакты в батарейном отсеке вставляются в направляющие, цельно вылитые с основанием, и прижимается верхней крышкой.

3.2.2 Выбор элементов несущей конструкции, элементов крепления и фиксации замка. Основание и лицевая панель корпуса замка изготовлено из сплава алюминия Д16Т. Основание имеет толщину 1,5 мм, а верхняя крышка 1 мм. Детали конструктивно крепятся между собой свинчиванием винтами 2-5-Ц ГОСТ 11664-80.

Печатная плата ставится на основание на колонки 3,5-6-5 ОСТ1 11599-75. Крепление ячейки осуществляется болтами 3-12-Ц ГОСТ 17473-80 и гайками 3-Ц ГОСТ 5927-70 по четырем углам печатной платы. Для увеличения основания сцепления гаек и болтов с печатной платой используются шайбы 3-Ц ГОСТ 11371-78.

Розетка РГ-1-9-18-В, устанавливаемая на задней стенке основания, крепится болтами 3-14-Ц ГОСТ 17473-80, гайками 3-Ц ГОСТ 5927-70 и шайбами 3-Ц ГОСТ 11371-78. Диаметр отверстия под разъем 200,5 мм.

Кронштейн, необходимый для крепления проектируемого устройства к кузову автомобиля имеет четыре отверстия диаметром 100,5 мм.

3.2.3 Выбор конструктивных элементов электрического монтажа. В конструкции устройств (ключ и замок) применяется печатный и объемный монтаж. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяют припой ПОС61 ГОСТ 21931-76, флюс ФКСп ОСТ 4.ГО.033.200.

Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Материал для изготовления печатной платы – стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78.

Для объемного монтажа применяют провод МГШД-1,1 ГОСТ 22487-77 с сечением жилы 0,24 мм² с изоляцией в оплетке из капроновой нити.

3.2.4 Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий. Данные по применяемым покрытиям внесены в таблице 5.

Таблица 5 - Применяемые покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Покрытие Химическое	Покрытие лакокра-сочное
Основание	Фенопласт 02-010-02 ГОСТ 5689-79	—	—
Лицевая панель	Фенопласт 02-010-02 ГОСТ 5689-79	—	—
Основание замка	Сплав алюминия Д16Т	Ан.окс.	Эм ПФ-115 Черный
Крышка замка	Сплав алюминия Д16Т	Ан.окс.	Эм ПФ-115 Черный
Печатная плата	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	-	Лак УР-231 Бесцветный

3.2.5 Выбор способов маркировки деталей и сборочных единиц. На печатной плате маркировка элементов электрической схемы (резисторов, транзисторов, ИС и т.д.) осуществляется травлением.

Выводы.

Таким образом была разработаны конструкции блоков электронного ключа и электронного замка. Во время работы был проведен анализ существующих аналогов, технического задания, электрической схемы и элементной базы. Были проведены расчет тепловых режимов, расчет помехоустойчивости, расчет основных компоновочных параметров проектируемого устройства с соблюдением всех требований пунктов технического задания. Также была разработана техническая и конструкторская документация на проектируемое устройство.

4 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Расчет печатного монтажа

Для соединения радиоэлементов электрической схемы проектируемого устройства (электронных ключа и замка) между собой, в качестве базовой несущей конструкции выбираем двухстороннюю печатную плату, изготовленные комбинированным позитивным методом. Учитывая, что при проектировании ПП используются интегральные схемы, а также высокий уровень насыщенности ПП навесными элементами по ГОСТ 23751 – 86 выбираем четвертый класс точности изготовления ПП.

В соответствии с тем, что максимальный диаметр выводов навесных элементов, размещаемых на плате замка, равен 0,9 мм (реле K1 и транзисторы), то выбираем толщину платы для ключа [?, стр.8], равной 1,5 мм. Максимальный диаметр выводов навесных элементов, размещаемых элементов на плате ключа, равен то же 0,9 мм (кнопка SB1), также берем толщину ПП равной 1,5 мм.

Материал изготовления печатной платы – стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78.

Для рациональной компоновки проведем расчет элементов конструкции печатной платы в соответствии с ГОСТ 23751-86.

Исходные данные представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Исходные данные

Параметры	Ключ	Замок
Размеры печатной платы, мм	4090	80120
Расчетная толщина ПП HР, мм	1,5	1,5
Толщина фольги h, мм	0,05	0,05
Диаметры выводов ЭРЭ, мм Dвыв1 Dвыв2 Dвыв3	0,5 0,6 0,9	0,5 0,6 0,9
Максимальный постоянный ток Imax, А	0,25	0,40
Напряжение питания U, В	6	12
Допустимая плотность тока Jдоп, А/мм2	38	38
Наибольшая длина проводника L, м	0,09	0,12

Основные конструктивные параметры печатных плат для четвертого класса точности (ГОСТ 23751-86):

• минимальное значение номинальной ширины проводника t_min1,

мм 0,15;

• номинальное расстояние между проводниками S, мм 0,15;

• допуск на ширину проводника с покрытием t, мм 0,05;

• допуск на ширину проводника без покрытия t, мм 0,03;

• допуск на расположение отверстий _d, мм 0,05;

• допуск на расположение контактных площадок _p, мм 0,15;

• допуск на отверстие при его диаметре 1 мм d, мм ;

• допуск на расположение проводников на ДПП ₁, мм 0,03;

гарантийный поясок b_м, мм 0,05.