3 Разработка конструкции Устройства

3.1 Предварительная разработка конструкции

При разработке конструкции устройства были учтены технические требования, заданные на разработку автомата световых эффектов. 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 РЭА. Элементы управления и индикации должны располагаться с учетом эргономики устройства.

В данном разделе рассматривается два возможных варианта компоновки устройства, отличающихся расположением печатных плат, органов коммутации и управления. При этом рациональная форма блока определяется по трем параметрам:

– приведенная площадь наружной поверхности;

– коэффициент приведенных площадей;

– коэффициент заполнения объема.

Варианты компоновки блоки представлены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1 – Первый вариант компоновки блока

Рисунок 2 – Второй вариант компоновки блока

Определение габаритных размеров блока двух вариантов компоновки.

Для определения выше перечисленных параметров необходимо знать габаритные размеры (длина, высота и ширина) блока. Для этого вычисляются габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры.

Объем занимаемый аппаратурой складывается из объема платы и объема индикаторов.

Для определения объема занимаемого платой необходимо вычислить площадь платы.

Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате:

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади:

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП и был выбран следующий: 5080 мм в соответствии с ГОСТ 10317-79.

Для определения объема ПП необходимо знать ее высоту, определяемую как возвышением над платой самого высокого элемента. В нашем случае h=21,5 мм (конденсатор С1). Тогда объем ПП:

где a, b, h – размеры платы, мм.

Объем разъема:

Объем кнопки:

Общий объем аппаратуры внутри блока:

а) Высота устройства для первого варианта компоновки определяется высотой самого высокого элемента на плате, а также размерами платы индикации.

Выберем высоту блока (с учетом толщины стенок корпуса) равной …м.

Длину и ширину блока выбираем равными длине и ширине печатной платы, что соответственно составит 60 и 90 мм.

Таким образом, объем устройства составляем

б) Ширина блока для второго варианта компоновки определяется высотой печатной платы, а также размерами разъемов. Примем ширину блока равной 65 мм.

Длина и ширина блока определяются только размерами платы, поэтому примем длину и высоту блока равными 135 мм и 95 мм.

Объем корпуса для второго варианта компоновки составит

Определим приведенную площадь для каждого варианта компоновки:

а) S₁=(5090+9040+4050) 2=20200 мм²

S_ПР1= 20200/180000=0,12 мм²

б) S₂=(9075+7525+2590) 2=21750 мм²

S_ПР1=21750/168750=0,129 мм²

Определим коэффициент приведенных площадей: K_ПР=S_ПР/S_{ПР ШАРА}.

S_{ПР ШАРА}=6/d

где d – диаметр шара с объемом, равным объему блока;

Используя условие V₁=V_ш= получаем

S_{ПР ШАРА}=0.085 мм²

S_{ПР ШАРА}=0.087 мм²

Таким образом, коэффициенты приведенных площадей:

K_ПР1=1,317

K_ПР2=1,482

Таким образом, первый блок более оптимален по площади наружной поверхности.

Рассчитаем коэффициент заполнения объема блоков:

К_ЗО1=76579100/180000=43%

К_ЗО2=76579100/168750=45%

Анализируя расчеты можно сделать вывод что, первый вариант блока оптимален по площади наружной поверхности, но выбор второго варианта более предпочтителен исходя из коэффициента заполнения объема, поэтому выбираем второй вариант блока.

3.2 Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства.

3.2.1 Выбор элементов несущей конструкции, крепления и фиксации. Корпус устройства изготовлен из ударопрочного полистирола УПМ-0612Л по ОСТ6-65-406-80 методом литья под давлением. Выбранный материал обладает повышенной механической прочностью и невысокими электроизоляционными свойствами, рекомендуется для изделий технического назначения средней и ударной прочности. Корпус блока выполнен в виде прямоугольного па­раллелепипеда. Габаритные размеры 60х90х45 мм. Корпус состоит из основания и боковой крышки (толщина стенок корпуса 5 мм). Присоединение крышки к основанию осуществляется при помощи шурупов 1-2,5х5.2.09 ГОСТ 1144-80, ко­торые ввинчиваются в резьбовые отверстия, выполненные в стенках основания единой отливкой.

Печатная плата крепится к литым выступам на одной из стенок блока при помощи винтов с полукруглой головкой диаметром 2,5 мм. Крепление индикаторов для исключения излома выводов производится с помощью пластмассовых втулок. По бокам корпуса имеются отверстия под провода питания и выход на прерыватель.

3.2.2 Выбор конструктивных элементов электрического монтажа. В конструкции устройства применяется печатный и объемный монтаж. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяют припой ПОС61 ГОСТ 21931-76.

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 МПО 0.2 ТУ 16-505.339-79 с полихлорвиниловой изоляцией.

Провода, соединяющие плату с разъемами, впаиваются в отверстия на плате. Затем каждый провод припаивается к соответствующему выводу каждого элемента.

Места пайки изолировать полихлорвиниловой трубкой 305ТВ-40-1 ГОСТ 19064-82.

Корпус устройства окрасить в красный цвет. Для защиты от атмосферных воздействий печатные платы покрываются бесцветным лаком УР-231.

3.2.3 Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий. Данные по применяемым покрытиям внесены в таблице 3.

Таблица 3 - Применяемые покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Покрытие лакокрасочное
Основание	Полистирол
Крышка	Полистирол
Печатная плата	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	Лак УР-231 бесцветный

3.2.4 Выбор способов маркировки деталей и сборочных единиц. На печатной плате маркировка элементов электрической схемы осуществляется травлением. На лицевую панель надписи наносятся краской ТНПФ-0,1 черного цвета.