курсовой проект / Настенное цифровое табло / 3 разработка конструкции рэу+

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

Разрабатываемое устройство – настенное цифровое табло, состоит из четырех модулей (смотреть на схеме принципиальной электрической УИТС.403330.019 ЭЗ):

1. модуль блока управления (БУ);

2. модуль блока транзисторных ключей (БТК);

3. модуль блока питания и ФСИ;

4. модуль блока индикации и ввода информации.

3.1 Объемно-компоновочный расчет

Для выбора компоновки разрабатываемого устройства рассмотрим два варианта. Варианты отличаются расположением печатных плат, органов коммутации и индикации (смотри рис. 1, а и 1, б).

Рациональная форма блока определяется по трем параметрам:

1. приведенная площадь наружной поверхности;

2. коэффициент приведенных площадей;

3. коэффициент заполнения объема.

3.1.1 О п р е д е л е н и е г а б а р и т н ы х р а з м е р о в б л о - к о в д в у х в а р и а н т о в к о м п о н о в к и Для сравнения по данным трем параметрам необходимо знать габаритные размеры (длина, ширина, высота) блоков рассматриваемых двух вариантов компоновки. Для их определения вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатной платы П1, печатной платы П2, печатной платы П3).Вначале определим нахождения каждого блока устройства.

Печатная плата П1 – блок питания и ФСИ.

Печатная плата П2 – блок управления.

Печатная плата П3 – блок транзисторных ключей.

Для определения объема печатной платы П1 найдем ее размеры. Зная установочные размеры всех устанавливаемых элементов, определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате:

, (1)

где i-количество элементов на плате 1, т. о. получаем:

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади печатной платы для бытовой РЭА, равна 0,6, тогда получим:

(2)

Рассмотрев несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП1, был выбран следующий 280240 мм по ГОСТ 10317-79.

Для определения объема ПП2 найдем ее размеры. Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на ПП2:

(3)

где i – количество ЭРЭ, устанавливаемых на ПП2.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовых РЭА равного 0.6, получим значение площади ПП2:

(4)

Рассмотрев несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП2, был выбран следующий 70110 мм по ГОСТ10317-79.

Для определения объема ПП3 найдем ее размеры. Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на ПП3:

(5)

где i – количество ЭРЭ, устанавливаемых на ПП3.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовых РЭА равного 0.6, получим значение площади ПП3:

(6)

Рассмотрев несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП3, был выбран следующий 350400 мм по ГОСТ10317-79.

Для определения объемов печатных плат необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для ПП1 h_ПП1 =108 мм, для ПП2 h_ПП2= 9 мм, для ПП3 h_ПП3= 9 мм. Тогда:

- объем печатной платы ПП1:

V_пп1=h_ПП1*S_ПП1=67142*108=7251336 мм³ (7)

- объем печатной платы ПП2:

V_пп2 = h_ПП2*S_ПП2=7452*9=67068 мм³ (8)

- объем печатной платы ПП3:

V_пп3=h_ПП3*S_ПП3=140053*9=1260477 мм³ (9)

По полученным габаритным размерам внутренней аппаратуры в зависимости от ее размещения определяем габаритные размеры рассматриваемых двух вариантов корпусов, которые представлены на рисунках 1,а и 1,б. В первом варианте платы П1, П2 и П3 расположены горизонтально и параллельны верхней панели, где расположены элементы блока индикации и ввода информации. Во втором случае, плата П3 расположена горизонтально и параллельно верхней панели, а плата П1 и П2 расположена вертикально. Тогда с учетом зазоров между печатными платами, между платами и стенками корпуса, получим габаритные размеры корпусов обоих вариантов компоновки.

а) б)

Рисунок - 1. Два возможных варианта компоновки (а, б)

Размеры блока для первого варианта: длина A₁=640 мм,

ширина B₁=350 мм,

высота H₁=108 мм.

Размеры блока для второго варианта: длина A₂=508 мм,

ширина B₂=350 мм,

высота H₂=240 мм.

3.1.2 С р а в н е н и е в ы б р а н н ы х д в у х в а р и а н т о в к о м п о н о в к и б л о к о в Определяем полный объем первого (рисунок 1, а) и второго (рисунок 1, б) вариантов:

V₁=A₁·B₁·H₁=640·350·108=24192000 мм³; (10)

V₂=A₂·B₂·H₂=508·350·240=42672000 мм³ (11)

Площади поверхностей вариантов компоновки блока:

S₁=2·(A₁·B₁+B₁·H₁+A₁·H₁)=2*661840=1323680 мм²; (12)

S₂=2·(A₂·B₂+B₂·H₂+A₂·H₂)=2*383720=767440 мм² (13)

Приведенная площадь наружной поверхности:

(14)

(15)

Коэффициент приведенных площадей:

(16)

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

(17)

где d - диаметр шара, мм.

Вычислим диаметр шара через объем шара V_ш=V₁ и V_ш=V₂:

(18)

(19)

Т

(20)

(21)

огда:

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:

(22)

(23)

Составим отношение:

(24)

Вывод: второй вариант блока оптимальный по площади наружной поверхности.

Рассчитаем коэффициент заполнения объема. Для определения коэффициента заполнения объема определим объем занимаемой аппаратуры:

V_а=V_пп1+V_пп2+V_пп3=7251336+67068+1260477 (25)

V_а =8578881 мм³

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

; (26)

(27)

(28)

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

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

3.2 Выбор типа электрического монтажа

В данном приборе используем два вида монтажа: объемный и печатный. Печатный монтаж используем для соединения элементов на ПП. Объемный монтаж – для соединения печатных плат между собой, печатных плат с внешним источником (220 В), с блоком индикации.

Для печатного монтажа определим:

- число слоев ПП – двухсторонняя печатная плата;

- позитивный комбинированный метод изготовления ПП;

- материал изготовления ПП стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78;

- размер П1 - 240280; размер П2 - 70110; размер П3 – 350400 с учетом ГОСТ 10317-79;

- размеры печатных проводников, контактных площадок и монтажных отверстий рассчитаны в п. 4.1 данного курсового проекта;

• способы установки ЭРЭ на печатных платах приведем в таблице 1.

Таблица 1. Способы установки ЭРЭ на печатных платах

Наименование ЭРЭ	Диаметр вывода, Двыв	Вариант установки
1. Резистор УЛИ – 0,125	0,5	2б
2. Конденсатор К52-1Б	0,9	2а
3. Транзистор КТ 312А	0,5	2а
4. Микросхемы К155	0,5	2а
5. Диод Д223Б	0,7	2а
6. Разъём	0,5	2в

Для навесного монтажа определим:

- провод марки МПО-0,12 (ТУ 16-505.339-79) с сечением жилы 0,12 мм² с изоляцией в оплетке из капроновой нитки;

- способ крепления – провод припаивается к плате;

- соединительные провода связываются в жгут ниткой (ШЛ 3.3410.3) П2 «а» (ГОСТ 17308-88);

- маркировка проводов осуществляется с помощью поливиниловых трубок (ГОСТ 19034-82).

Электрические соединения осуществляются пайкой – припой ПОС61 (ГОСТ 21931-76) и флюс ФКСп (ОСТ 4.ГО.033.200).

3.3 Выбор способов обеспечения нормального теплового режима устройства

В нашем устройстве есть элементы, которые выделяют тепло (трансформаторы, диоды и т.д.). Для того, чтобы избыток тепла не вызвал перегрев элементов необходимо разместить элементы так, чтобы обеспечивалась естественная вентиляция данным элементам.

В месте, где расположены трансформаторы (ПП1) необходимо в боковых стенках корпусах проделать вентиляционные отверстия (круглые  5 мм, в шахматном порядке, 5 рядов по 23 отверстия).

3.4 Выбор защитных покрытий

Защитные покрытия служат для защиты печатного проводника от коррозии, помех и паразитных емкостей.

Данные по применяемым покрытиям внесем в таблицу 2.

Таблица 2 – Применяемые защитные покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Хим. покрытие	Лакокрасоч. покрытие
1. Корпус	Фанера	-	Лак УР-231
2. Печатные платы	Стеклотекстолит	-	Лак УР-231

3.5 Выбор способов маркировки деталей и сборочных деталей

Печатные платы должны быть промаркированы травлением, следующим образом:

- наименование платы - ПП1; ПП2, ПП3;

- обозначение данной платы по спецификации (ПП1 - УИТС 758727.001; ПП2 - УИТС 758725.002, ПП3 – УИТС - 758727.003);

- на плате должны быть обозначения элементов. У микросхем кроме обозначения должна быть помечена первая ножка. У полярных конденсаторов и диодов – положительный полюс обозначен «+». У транзисторов необходимо обозначать базу (Б), коллектор (К) и эмиттер (Э). Все это делается для правильной установки элементов, а значит и правильной работы схемы;

- на плате должны быть пронумерованы отверстия для объемного монтажа, согласно соответствующей документации.