135887 (Разработка блока управления электромеханическим замком), страница 7

S = S'/Кз (6.1.1)

где S' – суммарная установочная площадь элементов;

Кз – коэффициент заполнения (для стационарной наземной РЭА принимаем равным 0,4).

Подставив, получим:

• для процессорного модуля S = 3176/0,4=7940 мм ;

• для базового модуля S = 7694/0,4=19235 мм ;

• для модуля индикации S = 2020/0,4=5050 мм .

Далее по таблице предпочтительных размеров, по ГОСТ10317-79 , получаем размеры печатных плат:

• для процессорного модуля 120x57 мм;

• для базового модуля 120x140 мм;

• для модуля индикации 70x65 мм.

Ширина процессорного модуля одновременно является максимальной высотой элемента, так как впаивается в базовый блок. Его высота составляет 57 мм.

Далее, зная размеры печатных плат и максимальную высоту элемента и габариты аккумулятора, определяем габариты корпуса прибора, используя предпочтительные ряды чисел. Получим: длина - 183 мм, ширина - 130 мм, высота - 65 мм. Итого объем корпуса:

V = 18313065 = 1546350 мм .

Определяем коэффициент заполнения по объему по формуле (6.1.2):

, (6.1.2)

где – суммарный объем всех элементов:

, мм (6.1.3)

где - суммарный объем элементов базового блока;

- суммарный объем элементов процессорного блока;

- суммарный объем элементов блока индикации;

- объем аккумулятора (110х55х75 мм).

Подставив значения в формулы 5.3 и 5.2 получим:

= 265234+189112+33228+453750=941324 мм .

= 941324/1546350 = 0,6

Выбор печатного монтажа радиоэлементов в блоке обусловлен заданной программой выпуска изделия – 1000шт/год. Печатный монтаж в этом случае является наиболее экономически целесообразным.

При разработке печатных плат необходимо руководствоваться следующими документами:

• ГОСТ23751‑86;

• ГОСТ10317‑79;

• ОСТ4ГО.010.009;

• СТБ 1014-95;

• и другие.

Исходными данными к разработке топологии печатной платы является:

• схема электрическая принципиальная;

• установочные размеры радиоэлементов узла;

• рекомендации по разработке монтажа для выбранной серии микросхем.

Рекомендации по разработке печатных плат:

• Разводка питающего напряжения узлов и блоков (шин «земля» и «питание») должна проводиться проводниками с возможно более низким сопротивлением.

• Низкочастотные помехи, проникающие в систему по шинам питания, должны блокироваться с помощью конденсатора, включенного между выводами «питание» и «земля» непосредственно у начала проводника на печатной плате.

• Информационные линии связи рекомендуется выполнять с помощью печатного монтажа.

• Проводники, расположенные на различных сторонах платы, должны перекрещиваться под углом 90⁰ или 45⁰ и иметь минимальную длину.

• Максимально допустимая длина печатных параллельных проводников, расположенных на одной стороне платы при ширине проводников от 0.5 до 5мм, не должна превышать 30см.

С целью уменьшения габаритных размеров разрабатываемой конструкции печатную плату указанного узла целесообразно выполнять двухсторонней. Класс точности печатной платы базового модуля выбираем второй.

Печатные платы первого и третьего классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации, имеют минимальную стоимость. Для повышения надежности паяных соединений, отверстия в печатных платах необходимо выполнить металлизированными. Конфигурация печатных плат прямоугольная. Шаг координатной сетки выбран равным 1.25мм как наиболее предпочтительный. Установку радиоэлементов на плате необходимо производить в соответствии с ГОСТ 29137 - 91.

6.2 Расчет теплового режима блока управления электромеханического замка

Расчет теплового режима РЭА заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации. Произведем расчет по [].

1. Рассчитывается поверхность корпуса блока:

S_K=2[L₁L₂+(L₁+L₂)L₃], (6.2.1)

где L₁ и L₂ - горизонтальные размеры корпуса, м;

L₃ - вертикальный размер, м.

1. Определяется условная поверхность нагретой зоны:

=2[L₁L₂+(L₁+L₂)L₃K_з], (6.2.2)

где K_з - коэффициент заполнения корпуса по объему.

1. Определяется удельная мощность корпуса блока:

q_k= P / S_K, (6.2.3)

где P=10Вт - мощность, рассеиваемая в блоке.

1. Определяется удельная мощность нагретой зоны:

q_з= P / S_з, (6.2.4)

1. Находится коэффициент ₁ в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

₁= 0.1472q_k - 0.296210^-3 q_k²+0.312710^-6 q_k³, (6.2.5)

1. Находится коэффициент ₂ в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

₂= 0.1390q_k - 0.122310^-3 q_k²+0.069810^-6 q_k³, (6.2.6)

1. Находится коэффициент K_H1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока H₁:

K_H1= 0.82+(1 / (0.925+4.610^-5 H₁)) (6.2.7)

1. Находится коэффициент K_H2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока H₂:

K_H2= 0.8+(1 / (1.25+3.810^-5H₂)), (6.2.8)

где Н₂ - давление внутри корпуса аппарата в Па.

1. Рассчитывается перегрев корпуса блока:

_K = ₁ K_H1, (6.2.9)

1. Определяется перегрев нагретой зоны:

_З = _k + (₂ - ₁)K_H2, (6.2.10)

1. Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

_в= 0.5·(_k+_З), (6.2.11)

1. Определяется температура корпуса блока:

Т_к = _к+Т_с, (6.2.12)

1. Определяется температура нагретой зоны:

T_з = _з+Т_с, (6.2.13)

1. Находится средняя температура воздуха в блоке:

Т_В = _в+Т_с, (6.2.14)

Расчет теплового режима по приведенной методике производим на ЭВМ при помощи специальной программы. Результаты расчета приведены в приложении .

Из анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие температуры не превышают предельно допустимых величин.

Таким образом, выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путем конвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Естественный способ охлаждения является наиболее легко реализуемые и требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению с другими способами охлаждения РЭА. Учитывая вышесказанное, окончательно выбираем герметичный корпус для разрабатываемого изделия.

1. Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы

6.3.1 Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы

Метод изготовления печатной платы выбран на основании ОСТ 4 ГО 054. 043 и ОСТ 4 ГО 054. 058. В соответствии с ними существуют следующие методы: комбинированный (позитивный и негативный), химический, металлизация сквозных отверстий для изготовления многослойных печатных плат.

Исходя из особенностей электрической схемы, элементной базы разрабатываемого устройства и конструктивных характеристик печатных плат, изготавливаемых различными методами, выбираем комбинированный позитивный метод изготовления печатных плат.

Как было отмечено в техническом задании, схема электрическая принципиальная блока управления замком электромеханическим разделена на три функциональных блока. Каждый блок размещен на отдельной печатной плате. Трассировка плат ведется по двум сторонам, что упрощает разводку проводников и позволяет уменьшить размеры печатной платы. Монтажные отверстия должны иметь металлизацию.

При разработке печатной платы следует учитывать следующие рекомендации:

• питающие проводники и «земля» должны иметь минимальное сопротивление и длину;

• «сигнальные» проводники должны иметь минимальные участки, где они проходят параллельно;

• размещение проводников на разных сторонах печатной платы желательно перпендикулярно или под углом 45.

Особые требования при разработке печатных плат предъявляются к контактным площадкам и ширине проводников.

6.3.2 Расчет конструктивно-технологических параметров

печатного монтажа

В данном разделе проводится расчет параметров печатного монтажа платы базового модуля. Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом и имеет 3-й класс точности.

Рассчитаем проводящий рисунок печатной платы.

Исходные данные:

• размеры платы, мм, 140120

• проводники на плате имеют покрытие сплавом «Розе».

Определим минимальный диаметр контактной площадки для отверстия под резисторы, расположенные на двухсторонней печатной плате второго класса точности.

Расчетная формула минимального диаметра контактной площадки имеет вид:

, (6.3.2.1)

где - номинальный диаметр металлизированного отверстия, равный 0.8мм;

- верхнее отклонение диаметра отверстия, равное 0мм при диаметре отверстия до 1мм (включительно) и 0,05мм при диаметре отверстия более 1мм;

- величина гарантийного пояска, равная 0,1мм;

- верхнее отклонение ширины проводника равное 0,1мм;

- диаметральное значение позиционного допуска расположения центра отверстия относительно номинального положения узла координатной сетки, равное 0,08мм;

- диаметральное значение позиционного допуска расположения контактной площадки относительно его номинального расположения, равное 0,15мм;

- нижнее предельное отклонение ширины проводника, равное 0.1мм.

Подставляя численные значения в формулу, имеем:

D=(0,8 + 0) + 2 0,1 + 0,1 + (0,08² + 0,15² + 0,1²)^0.5=1,297 (мм).

Таким образом, минимальный диаметр контактных площадок для металлизированных отверстий диаметром 0,8мм под выводы резисторов типа С2-23‑0.125, конденсаторов и д.р. равен 1,297мм.

Аналогично проводим расчет контактных площадок для отверстий диаметром 0,9; 1 и 1,2мм. Получаем диаметры контактных площадок 1,397; 1,497 и 1,747мм соответственно.

Проведем расчет платы базового модуля по постоянному току.

В результате расчета необходимо оценить наиболее важные электрические свойства печатной платы:

• нагрузочная способность проводников;

• сопротивление изоляции;

• диэлектрическая прочность основания платы.

Исходные данные для расчета:

• номинальное напряжение питания U_пит, В: 15 10%

• допустимое падение напряжения в цепях питания U_пд,В: 1,5

• ток потребляемый всеми элементами, установленными на плате, I, А: 1,5

• максимальная длина печатного проводника для микросхем, L, м: 0.3

• толщина фольги печатной платы, h, м: 3.510^-5

• удельное сопротивление проводника на печатной плате, , Омм: 1.7210^-8

Определим минимальную ширину проводника для выбранных выше значений по формуле:

(6.3.2.2)

м.

Таким образом, для нормальной работы устройства ширина печатного проводника в цепях «питания» и «земли» должна быть не менее 1,510^-4м. Указанные цепи целесообразно выбрать шириной порядка 2мм.