4 Разработка конструкции блока электронной настройки

4.1 Предварительная разработка конструкции устройства

4.1.1 Выбор предварительного варианта компоновки. При разработке конструкции устройства следует учитывать следующие требования: объем устройства должен быть минимальным, а коэффициент заполнения - максимальным. Конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов, а также обеспечивать удобство ремонта и эксплуатации РЭУ [10].

Проанализируем два варианта компоновки проектируемого устройства. Варианты различаются размерами, расположением модулей, органов управления и индикации.

Первый вариант компоновки приведен на рисунке 1, второй - на рисунке 2.

Рисунок 1 – Первый вариант компоновки

На рисунке цифрами обозначены:

1 – кнопка SB1;

2 – кнопка SB2;

3 – кнопка SB3;

4 – светодиод HL1;

5 –гнездо;

6 – монтажная плата;

7 – корпус.

4

3

7

2

5

1

6

Рисунок 2 – Второй вариант компоновки

Обозначения на рисунке 2 такие же, как на рисунке 1.

Вычислим объемы входящих элементов.

Объем платы уже был вычислен: V₁= 254100 мм³.

Объем кнопки SB: V₂=3.14*15²*42.5=30040.5 мм³.

Объем светодиода: V₃=3.14*2.5²*19.7=386.8 мм³.

Объем выходного гнезда: V₄=3.14*5²*25=1963.4 мм³.

Первый вариант компоновки приведен на рисунке 1. Его габариты 120 х 85 х 55 мм. Второй вариант – на рисунке 2. Его габариты: 150 х 80 х 45 мм. При проведении расчета компоновочных параметров получили:

Объем блока:

V_Б1=120*85*55=561000 мм³

V_Б2=150*80*45= 540000 мм³

Объем, занимаемый аппаратурой:

V_АП = V₁+3V₂+V₃+V₄=254100+90120+386+1970 = 346576 мм³. (46)

Коэффициент заполнения объема [7. стр. 4]:

К_зо1=V_АП/V_Б1·100%= 61,7%. (47)

К_зо2=V_АП/V_Б2·100%= 64,2%. (48)

Коэффициент заполнения объема для второго варианта больше, значит, при таком варианте объем используется эффективнее, т.е. по этому параметру второй вариант предпочтительнее.

Площадь наружной поверхности:

S₁=2(195·150 + 195·75 + 150·75) =110250 мм²;

S₂=2(195·150 + 195·110 + 150·110) =134400 мм².

Приведенная площадь наружной поверхности:

S_пр1=S₁/V_Б1= 42950/561000 = 0,0766 мм^-1; (51)

S_пр2=S₂/V_Б2= 45150/540000 = 0,0836 мм ^-1 ; (52)

Коэффициент приведенных площадей [7. стр. 4]:

К_пр=S_пр/S_{пр. ш.}, (53)

где S_{пр. ш} - приведенная площадь шара:

(54)

где d – диаметр шара, мм.

Для первого варианта d₁= мм, а для второго d₂=101 мм. Тогда,

S_{пр. ш1} = 6/102 = 0,0588 мм^-1,

S_{пр. ш2} = 6/101= 0,0594 мм^-1,

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:

К_{пр 1} = 0,0766 / 0,0588 = 1,3;

К_{пр 2} = 0,0836 / 0,0594 = 1,4;

Так как К_{пр 1}/ К_{пр 2} = 0.928 < 1, то первый вариант оптимальнее по площади наружной поверхности.

Второй вариант отличается более высоким коэффициентом заполнения объема, но он менее оптимален по площади наружной поверхности. Выбираем второй вариант, так как он более удобен для сборки, настройки и ремонта.

4.1.2 Выбор типа электрического монтажа. В разрабатываемой конструкции используется два типа монтажа: печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в функционально законченный узел – печатную плату. Печатная плата является двусторонней (ДПП), изготовлена из стеклотекстолита нагревостойкого высшего сорта толщиной 1,5 мм. Печатная плата изготавливается комбинированным позитивным способом. Для пайки применяется припой ПОС-61 и флюс по техническим требованиям УИТС.423141.123 СБ п.5. Объемный монтаж применяется для соединения друг с другом функционально законченных узлов схемы. Для соединений объемным монтажом используется провод МПО 0,5. Провода увязываются в жгуты при помощи ниток х/б глянцевых.

4.1.3 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий. Устройство необходимо предохранять от пыли, воды и механических воздействий. Для защиты от пыли и воды применяется герметичный корпус; для защиты платы от атмосферных воздействий – покрытие печатной платы лаком. Данные по применяемым покрытиям внесены в таблицу 4.

Таблица 4 – Применяемые покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Лакокрасочное покрытие
Корпус	Пластмасса	Эмаль ПФ-115.
Печатная плата ПП	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5.	Лак УР-231. Бесцветный

4.1.4 Расчет теплового режима. Тепловой режим блока характеризуется совокупностью температур отдельных его точек. Определим условную поверхность нагретой зоны S, м² для воздушного охлаждения:

= 2·(150·85+(150+85) ·45·0,642) = 19540 мм² (55)

где L₁, L₂, L₃ - геометрические размеры блока, мм;

K_З – коэффициент заполнения объема;

Определим удельную мощность нагретой зоны q, Вт/м², как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади. Для этого сначала определим мощность, рассеиваемую блоком.

Q= I·U= 0,01·12=0,12 Вт. (56)

Вт/м²; (57) где Q – мощность, рассеиваемая блоком, Вт.

Определим температуру зоны.

Если устройство работает в неперегруженном режиме, тогда температура зоны не превышает (по техническому заданию) Т_З=70 ⁰С. Температура зоны не превышает максимального значения рабочей температуры элементов. Нормальная температура окружающей среды, при которой работает устройство Т_с=20 ⁰С. Тогда разность температур будет равна:

70-20= 50⁰С; (57)

По графику приближенного определения необходимого способа охлаждения прибора (рисунок 3) определяем, что прибор относится к зоне 1-1’, то есть прибору без вентиляции. При повышении температуры вентиляция не потребуется.

Рисунок 3 - Номограмма приближенного определения необходимого способа охлаждения прибора

На рисунке 3 цифрами обозначены следующие зоны:

1, 2, 3 – для вертикального расположения блоков;

1’, 2’, 3’ - для горизонтального расположения блоков;

1-1’ - без вентиляции;

2-2’ - естественная вентиляция;

3-3’ - принудительная вентиляция.