- •3 Разработка конструкции
- •Предварительная разработка конструкции
- •Определение габаритных размеров блока.
- •Выбор типа электрического монтажа
- •Конструкторские расчеты
- •Расчет печатного монтажа
- •Конструктивно – технологический расчет элементов конструкции пп.
- •Расчет теплового режима
- •Описание конструкции блока.
- •Способ защиты устройства от внешних воздействий.
- •Защитные и защитно-декоративные покрытия.
- •5.4 Способ маркировки деталей и сборочных единиц.
содержание
ВВЕДЕНИЕ 2
1Расширенное техническое задание 3
1.1 Наименование и назначение изделия 3
1.2 Область применения 3
1.3 Технические характеристики 3
1.4 Требования надежности 3
1.5 Условия эксплуатации и транспортирования 3
1.6 Конструктивные требования 3
2Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы 5
2.1 Анализ технического задания и электрической схемы 5
3 Разработка конструкции 14
3.1 Предварительная разработка конструкции 14
3.1.1 Определение габаритных размеров блока. 14
3.2 Выбор типа электрического монтажа 17
1Конструкторские расчеты 18
4.1 Расчет печатного монтажа 18
4.1.1 Конструктивно – технологический расчет элементов конструкции ПП. 18
2 Расчет теплового режима 28
5.1 Описание конструкции блока. 31
5.2 Способ защиты устройства от внешних воздействий. 31
5.3 Защитные и защитно-декоративные покрытия. 32
5.4 Способ маркировки деталей и сборочных единиц. 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34
ВВЕДЕНИЕ
Задача курсового проекта: развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭАВТ.
Цель курсового проекта: научиться пользоваться нормативно-технической документацией при разработке изделия, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.
В двигателях внутреннего сгорания большинства современных автомобилей текущим углом опережения зажигания (ОЗ) управляет в основном механический центробежный регулятор, которому присущи такие недостатки, как нестабильность характеристики и сложность ее изменения, инерционность, нестабильность угла ОЗ, вызванная трением и люфтами в механизме. Предлагаемое вниманию читателей электронное устройство практически свободно от этих недостатков. Благодаря "гибкости конструкции" оно может заменить любой центробежный регулятор.
Кстати, актуальность этой темы сейчас неожиданно возросла. Дело в том, что в последние годы в Россию ввезено много автомобилей, оснащенных электронными блоками управления зажиганием, которые время от времени выходят из строя. Их замена в наших условиях не всегда технически возможна, не говоря уже о том, что она крайне дорога.
Выходом из такого рода затруднений в некоторых случаях может стать установка самодельных блоков.
-
Расширенное техническое задание
-
Наименование и назначение изделия
Цифровой автомат-регулятор угла опережения зажигания предназначен для коррекции времени запаздывания искры на свече относительно угла поворота вала двигателя.
-
Область применения
В автомобилестроении и в автомастерских.
-
Технические характеристики
Напряжение питания, В 5;
Относительная погрешность, % 5;
Потребляемый ток, мА 5;
Пределы изменения часты входного сигнала, мин-1 0…6500;
Температурный диапазон, С -40+85.
-
Требования надежности
Минимальная наработка прибора на отказ, ч 5000;
Срок сохраняемости, лет 12.
-
Условия эксплуатации и транспортирования
а) Климатические условия транспортирования не должны выходит за пределы:
Температура окружающего воздуха, С -20+70;
Относительная влажность воздуха, % 85.
б) Устройство допускает транспортирование всеми видами транспорта.
в) Условия эксплуатации :
Температура окружающего воздуха, С -25+80;
Относительная влажность воздуха, % 80;
-
Конструктивные требования
Элементная база – интегральная и дискретная;
Монтаж – печатный и объемный;
Габаритные размеры – в процессе проектирования;
Номенклатура конструкторской документации:
-
Цифровой регулятор схема электрическая принципиальная - А2;
-
Печатная плата сборочный чертеж– А2;
-
Цифровой регулятор сборочный чертеж – А1;
-
Печатная плата – А1.
-
Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы
-
Анализ технического задания и электрической схемы
Был проведен литературный поиск аналогов разрабатываемого устройства: «Цифровой автомат-регулятор угла опережения зажигания»[1]. Разрабатываемый цифровой регулятор имеет нелинейную характеристику по сравнению с аналогом [2], отличается универсальностью, что приводит к расширению области его применения, имеет более низкую относительную и абсолютную погрешность, отличается простотой элементной базой.
Сравнительный анализ аналогов.
Таблица 1 – Сравнительный анализ аналогов
Критерии выбора |
Устройство |
|
Аналог |
Разрабатываемое |
|
1 |
2 |
3 |
1 Способ корректирования |
Корректировка статичная, не зависящая от скороти вращения вала |
Подсчет числа тактовых импульсов, количество которых пропорционально скорости вращения вала |
1 |
2 |
3 |
2 Вид характеристики |
Линейная |
Нелинейная |
3 Напряжение питания |
12 В |
5 В |
Разрабатываемое устройство по сравнению с аналогом имеет более совершенный алгоритм управления запаздыванием, имеет меньшее энергопотребление.
Разрабатываемое изделие состоит из одного модуля (схема электрическая принципиальная УИТС.453117.029 Э3).
2.2 Описание работы устройства.
Технические характеристики описанного ниже цифрового автоматического регулятора угла ОЗ отличаются высокой стабильностью и не зависят от температуры окружающей среды. Возможные колебания угла при фиксированной частоте вращения коленчатого вала двигателя не выходят за пределы ±0,25 град. Коррекция угла происходит через каждые пол оборота коленчатого вала двигателя, что практически обеспечивает безынерционность устройства. Цифровой регулятор предназначен для работы совместно с цифровым октан-корректором, но может работать и самостоятельно. Принцип работы цифрового регулятора основан на заполнении реверсивного счетчика импульсами, частота следования которых зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, и вычитании из него импульсов фиксированной частоты. Запись в счетчик начинается в момент искрообразования, а вычитание из него — в момент размыкания контактов прерывателя. При переходе счетчика в состояние 0 формируется выходной импульс, запускающий систему зажигания, после чего процесс повторяется. Время вычитания и определяет время задержки выходного импульса относительно момента размыкания контактов прерывателя, т. е. угол задержки, вносимый регулятором.
Принципиальная схема цифрового регулятора изображена на чертеже УИТС.453117.029 Э3 Устройство состоит из узла VT3, DD3.1, DD3.4, устраняющего влияние "дребезга" контактов прерывателя, кварцевого таймера DD1, VT1, VT2, DD2, DD4, DD5, шифраторов на диодах VD6—VD15, которые определяют характеристику регулятора, генератора прямоугольных импульсов DD3.2, DD3.3, счетчика DD8 с переменным коэффициентом счета, RS-триггера DD7.1, DD7.2, реверсивного счетчика DD9—DD11 и элементов управления. При показанной на чертеже УИТС.453117.029 Э3 схеме включения диодов VD6—VD15 регулятор по характеристике аналогичен механическому центробежному регулятору Р-147А, устанавливаемому на часть автомобилей М-2140 и М-2141.
После включения зажигания RS-триггер DD7.1, DD7.2 может установиться в любое состояние. Предположим, что на выходе элемента DD7.2 будет высокий уровень. Тогда импульсы с частотой около 50 кГц с выхода генератора DD3.2, DD3.3 после деления счетчиком DD8 поступят на вход +1 реверсивного счетчика DD9—DD11.
При появлении на выходе 8 счетчика DD11 сигнала высокого уровня элемент DD6.1 запретит прохождение импульсов на выход Y счетчика DD8 и заполнение реверсивного счетчика прекратится. Число импульсов, учтенных реверсивным счетчиком, определит максимальное время задержки выходного сигнала относительно момента размыкания контактов прерывателя.
После размыкания контактов прерывателя одновибратор DD3.1, DD3.4 сформирует импульс низкого уровня длительностью около 500 мкс, необходимый для устранения влияния "дребезга" контактов прерывателя при их размыкании. Продифференцированный цепью С6, R20, R21, этот импульс переключит триггер DD7.1, DD7.2. Высокий уровень, появившийся на выходе элемента DD7.1, разрешит прохождение импульсов генератора DD3.2, DD3.3 на вход -1 реверсивного счетчика, а низкий уровень на выходе элемента DD7.2 запретит их прохождение на вход +1.
Дифференцирующая цепь C15 R28 R29 служит для синхронизации генератора с контактами прерывателя. При переключении реверсивного счетчика DD9— DD11 из состояния 0 в состояние 15 на выходе <0 счетчика DD11 сформируется импульс низкого уровня.
Фронт этого импульса запускает одновибратор, собранный на элементах DD6.4, DD6.3. Импульс высокого уровня с выхода элемента DD6.4 обнулит реверсивный счетчик и счетчики DD1, DD2, DD4, а импульс низкого уровня (длительностью около 20 мкс) с выхода элемента DD6.3 возвращает триггер DD7.2, DD7.1 в исходное состояние.
Так как счетчик DD4 находится в нулевом состоянии, на выходе 0 дешифратора DD5 будет сигнал низкого уровня, который после инвертирования элементом DD6.2 обнулит счетчик DD8 и удержит его в этом состоянии. Следовательно, пока на выходе 0 дешифратора DD5 присутствует сигнал низкого уровня, заполнения реверсивного счетчика DD9—DD11 не произойдет, несмотря на высокий уровень на нижнем по схеме входе элемента DD7.3, и реверсивный счетчик будет находиться в состоянии 0.
Время, в течение которого дешифратор DD5 находится в каждом из состояний 0,1,2,3 определяется коэффициентом счета счетчика DD2, который, в свою очередь, определяется тем, в каком состоянии в текущий момент находится дешифратор DD5, и схемой подключения диодов VD6—VD8. Коэффициент счета счетчика DD8 также определяется состоянием дешифратора DD5 и схемой подключения диодов VD9—VD15.
Рис. 1 – характеристика цифрового регулятора ОЗ
Рассмотрим формирование характеристики регулятора, показанной на рис. 1. В электронном автоматическом регуляторе угла ОЗ частота следования импульсов, заполняющих реверсивный счетчик, дискретно меняется в течение одного периода искрообразования, и график зависимости угла ОЗ от частоты вращения вала двигателя приобретает вид кривой, состоящей из прямых отрезков. Положение точек излома 1,2,3 зависит от интервалов времени, в течение которых дешифратор DD5 находится в каждом из состояний 0,1,2,3. Интервалы определены коэффициентом счета счетчика DD2, который, в свою очередь, зависит от схемы включения диодов VD6 -VD8.
Частота следования импульсов, заполняющих реверсивный счетчик во время нахождения дешифратора DD5 в каждом из состояний, зависит от коэффициента счета счетчика DD8, который определяется схемой включения диодов VD9 —VD15.
В соответствии со схемой регулятора при частоте вращения вала двигателя более 5000 об/мин или периоде искрообразования менее 6 мс дешифратор DD5 будет находиться в состоянии 0. Следовательно, на входе R счетчика DD8 будет высокий уровень, импульсов на его выходе не будет, состояние реверсивного счетчика DD9—DD11 не изменяется, поэтому регулятор не задерживает выходной импульс относительно входного.
При уменьшении частоты вращения вала двигателя (см. точку 1 на рис. 1) дешифратор DD5 переключится в состояние 1, на входе R счетчика DD8 появится низкий уровень, начнется заполнение реверсивного счетчика, следовательно, появится задержка выходного импульса относительно момента размыкания контактов прерывателя.
Изменяя схему включения диодов VD6—VD8 и VD9—VD15, можно в широких пределах менять характеристику электронного регулятора.
2.3 Оценка элементной базы
Используемая элементная база широко применяется в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями, а также имеет много отечественных и зарубежных аналогов, что повышает ремонтопригодность изделия.
2.3.1 Микросхемы.
Микросхемы серий К155, К176 и К555 изготавливаются по технологии комплементальных транзисторов структуры металл – окисел – полупроводник (КМОП). Основной особенностью микросхем является ничтожное потребление тока в статическом режиме – 0,1…100мкА. Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах 201.14–1 и 238.16–2. Микросхемы работоспособны при напряжении питания 5-12 В. Диапазон рабочих температур -40...+60С.
2.3.2 Резисторы.
В качестве распределителей электрической энергии между цепями и элементами схемы проектируемого устройства применены металлопленочные резисторы общего назначения типа МЛТ-0.125 и МЛТ-2 постоянного сопротивления, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения. Диапазон рабочих температур -60...+125С.
2.3.3 Конденсаторы.
В проектируемом устройстве используются керамические конденсаторы, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.
Диапазон рабочих температур - 60…+155 0С.
2.3.4 Диоды.
Диод КД522А относится к маломощным выпрямительным диодам (максимальный прямой импульсный ток 2 А; обратное максимальное напряжение 50 В). Диапазон рабочих температур -50...+100 0С.
2.3.5 Транзисторы.
Транзистор КТ3102Б является маломощным высокочастотным структуры n-p-n с максимальным током коллектора 300 мА, с максимальным напряжением коллектор-база 30 В Диапазон рабочих температур -55...+85 0С.
Параметры элементной базы проектируемого блока управления экономайзером приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Основные конструктивные параметры элементной базы
Наименование элемента |
Обозначение на схеме |
Вариант установки |
Установочная площадь, мм2 |
Микросхемы: К176ИЕ5 К155ЛЕ5 К555ИЕ5 К155ИД4 К555ИЕ7 К1553ЛА3 |
DD1 DD2,DD8 DD4 DD5 DD9..DD11 DD3,DD6,DD7 |
VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a |
220 490 220 245 735 660 |
Резисторы: МЛТ-0,125
МЛТ-2 |
R1..R12,R14..R32
R13 |
II-а
II-а |
1821,25
249,7 |
Конденсаторы: КЛС-2-МН7-62 пФ КЛС-2-МН7-22 пФ К73-11-Н20-0,022 мкФ К73-11-Н20-0,15 мкФ К73-11-Н20-0,33 мкФ КЛС-2-МН7-510 пФ К10-43а-М700-7500 пФ КМ3а-М700-0,01 мкФ К73-11-Н20-0,047 мкФ К53-18-Н20-100 мкФ |
С1 С2 С3,С16 С4 С5 С6 С7 С15 С8..С13 С14 |
II-а II-а II-а II-а II-а II-а I-б II-а II-а II-а |
80,4 73,1 380 190 190 80,4 172,5 110 1140 240 |
Диоды: КД522А |
VD1..VD15 |
II-а |
463 |
Наименование элемента |
Обозначение на схеме |
Вариант установки |
Установочная площадь, мм2 |
Транзисторы: КТ3102Б |
VT1..VT3 |
II-в |
321 |
Пьезоэлемент: ЭПКВ-35М |
ZQ1 |
I-а |
61 |
Таким образом, с учетом выбранной элементной базы диапазон рабочих температур устройства составит –40...+60С, что соответствует техническому заданию.
3 Разработка конструкции
-
Предварительная разработка конструкции
Для выбора компоновки разрабатываемого цифрового регулятора угла ОЗ рассматривается вариант компоновки с одной печатной платой.
Рациональная форма блока определяется по трем параметрам:
а) приведенная площадь наружной поверхности;
б) коэффициент приведенных площадей;
в) коэффициент заполнения объема.
-
Определение габаритных размеров блока.
Вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата П1).
Для определения объема печатной платы П1 найдем ее размеры, для этого воспользуемся таблицей 2.
Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате П1:
(1)
С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П1
, (2)
Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П1 (80110, 100100, 100110,) и был выбран следующий: 110100 мм по ГОСТ10317-79.
Для определения объема печатной платы необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для П1 она равна h1=13,5 мм,
Тогда объем печатной платы П1:
, (3)
общий объем, занимаемый аппаратурой:
, (4)
По полученным габаритным размерам внутренней аппаратуры определяем размеры блока. Плата расположена горизонтально, значение высоты определяется высотой элемента с наибольшей высотой. Тогда с учетом зазоров между платой и стенками корпуса, получим габаритные размеры корпуса выбранного варианта компоновки.
Размеры блока: длина l1=135 мм, ширина b1=125 мм и высота h1=35 мм.
а) б)
Рисунок 2 –компоновки блока
Определяем полный объем блока:
, (5)
-
Приведенная площадь наружной поверхности
Площади поверхностей вариантов компоновки блока
(6)
Приведенная площадь наружной поверхности
(7)
-
Коэффициент приведенных площадей
, (8)
где Sпр.ш - приведенная площадь шара
, (9)
где d - диаметр шара, мм.
Вычислим диаметр шара через объем шара Vш=Vап=148500мм3:
, (10)
Тогда:
, (11)
Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:
, (12)
-
Коэффициент заполнения объема.
Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %
, (13)
, (14)
Вывод:, был выбран вариант компоновки блока устройства (рисунок 2), и вычислены его основные компоновочные характеристики.
-
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. Объемный монтаж применяется для монтажа жгута выходных проводов.