Министерство образования и науки Украины
Национальный аэрокосмический университет
им. Н. Е. Жуковского «ХАИ»
Кафедра 303
Расчетно-пояснительная записка
К домашнему заданию по дисциплине:
«Основы конструирования СИТ»
Выполнила: студентка 348 группы
“___”_________2010 г.
Проверил: к.т.н., доцент
Сухобрус А.А.
“___”_________2010 г.
2010
РЕФЕРАТ
Расчетно-пояснительная записка содержит 25 страниц машинописного текста, 4 рисунка, 1 таблицу, перечень использованной литературы из 5 наименований и 2 приложения.
Объект исследования: прибор нового поколения для оперативных измерений расхода и объема различных жидкостей.
Область применения: исследуемый объект предназначен для оперативного измерения расхода жидкостей в напорных металлических и пластмассовых трубопроводах в различных условиях эксплуатации, в том числе во взрывоопасных зонах, с помощью ультразвуковых накладных датчиков без вскрытия трубопровода.
Цель исследования: провести анализ работы устройства в различных условиях эксплуатации, провести расчет на прочность и жесткость. Наиболее важной проблемой, стоящей перед нами в этом исследовании, является обеспечения безотказной работы объекта в условиях эксплуатации.
ВИБРАЦИЯ, ЖЕСТКОСТЬ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, НАВЕСНОЙ ЭЛЕМЕНТ, ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА, ПРОЧНОСТЬ
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ………………………………………………………………….............4
1 Структурная схема устройства для измерения порционного расхода жидкости……………………………………………………………………....5
2 Конструкция прибора………………………………………………………….8
3 Расчет на прочность выводов навесного элемента………………………...10
3.1 Выбор математической модели …………………………………………...10
3.2 Расчет на динамическую прочность выводов навесного элемента ….….10
3.3 Расчет на статическую прочность выводов навесного элемента ………..14
4 Расчет на прочность печатной платы ………………………………………16
5 Тепловой расчет ……………………………………………………………...22
6 Вывод …………………………………………………………………………27
Перечень используемой литературы.……………………………………….....28
Приложение 1 Сборочный чертеж
Приложение 2 Спецификация
ВВЕДЕНИЕ
В современном приборостроении широко используется электроника, которая повышает тактико-технические параметры приборов, расширяет круг расширяемых ими задач при одновременном снижении их массы и габаритов. Одной из наиболее важных проблем, стоящих перед создателями электронной аппаратуры, является обеспечение безотказной работы систем в жестких условиях эксплуатации.
Приборы подвержены различным воздействиям, до половины всех отказов вызваны механическими воздействиями, которые ухудшают точность и другие параметры. Это требует принятия мер по защите оборудования от вибраций, линейных и ударных перегрузок.
Данная работа посвящена вопросам проектированного печатного узла в условиях действия механических факторов. Была описана методика и последовательность расчета выводов элементов на статическую и вибрационную прочность и печатных узлов на прочность и жесткость. Разработана конструкция крепления печатной платы к корпусу прибора.
1 Структурная схема устройства для измерения расхода жидкости порциями
Устройство для измерения порционного расхода жидкости. Принцип работы устройства объясняется структурной схемой, приведенной на рис.1:
участок трубопровода, через который протекает жидкость;
Г- генератор;
Y1,Y2- усилители;
BQ1,BQ2- пьезоэлементы;
Ф- формирователь;
СУ- схема устройства;
Мк- микроконтроллер ;
ЦЧ- цифровой частотомер;
Вых. Преобр.- выходной пеобразователь;
U- индикатор.
Рисунок 1 – Структурная схема прибора
Устройство содержит генератор Г, который подает импульсы, проходящие через усилитель Y1, на пьезоэлемент BQ1, а тот, в свою очередь отражает их на пьезоэлемент BQ2. Далее, импульсы, пройдя через усилитель Y2 и формирователь Ф поступают на схему устройства СУ, в которой находится микроконтроллер Мк (Atmega 128). К микроконтроллеру подключен цифровой частотомер ЦЧ . Далее частота, пройдя через выходной преобразователь , отражается на индикаторе (AG12864D, Ampire) в виде расхода.
Устройство работает следующим образом:
Генератор подает импульсы, которые проходят через усилитель на пьезоэлемент.
Для обеспечения требуемой мощности сигнала в схему вводятся усилительное устройство. Усилитель является важнейшим узлом прибора, определяющим такие характеристики, как погрешность, быстродействие, помехозащищенность, надежность и стоимость.
Усилитель приборов прямого действия, производящий усиление стабильность коэффициента усиления и линейность характеристики в заданном диапазоне измеряемых величин. Усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. Усилитель почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.
Далее сигнал формируется на формирователе- устройстве, преобразующем выходные сигналы с датчиков (индуктивных, емкостных, оптических) в переключения релейного контакта с различными временными задержками и длительностями. Этот сигнал поступает на схему устройства (СУ), используется и преобразуется в микроконтроллере в код, поступает на цифровой частотомер, далее преобразуется выходным преобразователем, после измеряется индикатором и будет прямопропорционален расходу измеряемой жидкости.
2 Конструкция прибора
Разработанная конструкция устройства для измерения порционного расхода жидкости состоит из одного печатного узла и эргономичного переносного корпуса. В современной электронной аппаратуре печатная плата является основной несущей конструкцией, наиболее нагруженной и наиболее ответственной за работоспособность всего изделия в целом. Навесные элементы расположены параллельно плоскости платы, что придало ей требуемую жесткость. Радиоэлементы, обладающие наибольшей массой, установлены на печатную плату вплотную, и количество выводов у них способствует достаточно прочному и устойчивому креплению. Часть используемых элементов крепятся на печатную плату на нагруженных выводах. Элементы, установленные на плату на частично нагруженных выводах, менее уязвимы, чем элементы на нагруженных выводах.
Корпус представляет собой прямоугольный параллелепипед с поверхностью для пленочной клавиатуры и с расширением под индикатор, позволяющий изображать графику (128 x 64 дот). Окно для индикатора располагается на лицевой панели корпуса и представляет собой кусочек прозрачного пластика для защиты самого индикатора от различного рода механических воздействий и царапин.
Имеется отсек для аккумулятора.
Материал корпуса - АВS-пластик, который обеспечивает достаточную прочность, обладает стойкостью к действию агрессивных сред, влаги, долговечностью использования. Пластик не подвержен эффекту коррозии, не требует дополнительного покрытия, не требует технологического обслуживания и удобен в использовании. Является экологически чистым, имеет низкий вес, при этом имеет невысокую стоимость. Толщина стенок крышки и корпуса достаточна для обеспечения нормальной работы прибора согласно требованиям прочности и жесткости.
Корпус светло-серого (RAL7035) цвета, что учитывает психофизиологические факторы и соответствует эргономическим требованиям (согласно цветовой теории серые оттенки относятся к нейтральным). Корпус имеет удобный и современный дизайн.
Печатные платы выполнены из стеклотекстолита СФ-1-50, так как стеклотекстолит обладает высокой механической прочностью, низким водопоглощением, высокой химической стойкостью, отличными диэлектрическими характеристиками и долговечностью. Стеклотекстолит превосходит текстолит по механическим свойствам, теплостойкости, стойкости к действию агрессивных сред и практически не ухудшает своих свойств при эксплуатации в течение 20 лет и более. Печатные платы имеют небольшую массу.
Первая печатная плата крепится к стойкам корпуса четырьмя винтами, с установленными на ней ЭРЭ. ЭРЭ соединены с печатной платой пайкой, что обеспечивает надежность электрических контактов. Габаритные размеры печатной платы определяются в первую очередь характером применяемых элементов и плотностью их размещения. Использование микросхем способствует переходу не только к малой массе и размеру, но и к микротоку, а, следовательно, и к небольшому выделению тепла.
Индикатор крепится на вторую печатную плату на стойки, чтобы поднять его к верхней крышке корпуса. Клавиатура крепится к третьей плате. Винты – саморезы вкручены в корпус прибора. Элементы на печатной плате располагаются в соответствии с электрической схемой согласно технологическим требованиям.