Комплексная газификация

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание схемы электрической принципиальной модуля микроконтроллера

2. Разработка конструкции платы микроконтроллера

2.1 Компоновка элементов на печатной плате

2.2 Расчет массы

2.3 Определение минимального диаметра монтажного отверстия

2.4 Определение минимального диаметра переходного отверстия

2.5 Определение ширины проводников

2.6 Определение минимального расстояния между двумя соседними элементами

2.7 Электрический расчет печатных плат

2.7.1 Расчет сопротивления длинного проводника

2.8 Расчет вибропрочности

2.9 Расчет теплового режима платы

3. Расчет резьбовых соединений крепления платы

3.1 Расчет прочности винтов М4 (с учетом момента от массы всей конструкции)

3.2 Расчет усилий, действующих в стыке

Заключение

Библиографический список



Введение

вибропрочность плата микроконтроллер резьбовой

Актуальной задачей комплексной газификация является система мониторинга технологических параметров газораспределительных сетей и ГРП (ГРШ), раннего оповещения, предотвращения аварийных ситуаций, повышения надежности работы технологического оборудования, снижения риска тяжелых аварий. Система разработана и работает таким образом, чтобы отказы технических средств не приводили к ситуациям, опасным для жизни и здоровья людей и повреждению оборудования.

Основные задачи, решаемые системой:

- обеспечение автоматического управления технологическими процессами в нормальных, переходных и аварийных режимах распределения газа;

- своевременное представление оперативному персоналу достаточной и достоверной информации о ходе технологических процессов, состоянии оборудования и технических средств управления, - использование в качестве системы раннего оповещения и предотвращения аварийных ситуаций совместно со службами МЧС;

- сокращение во много раз времени реакции оперативных служб на принятие решений и начала конкретных действий в нештатных или аварийных ситуациях, снижение количества аварий за счет правильной настройки предельных значений параметров и т. п.;

- предупреждение повреждений газового и отопительного оборудования ГРП, снижение частоты объездов ГРП в целях контроля их состояния, что высвобождает транспортные и людские ресурсы;

- оперативный контроль дисциплины газопотребления.

Комплекс позволяет осуществлять контроль за технологическими параметрами работы в ГРП(ШРП) в зависимости от количества контролируемых параметров ;

- объем потребления природного газа;

- управление расходом природного газа;

- параметрами входного давления;

- параметрами выходного давления;

- параметрами промежуточного давления;

- перепадами давления на фильтре;

- контролем загазованности в помещении ГРП;

- несанкционированного проникновения в помещения;

- напряжением на аккумуляторных батареях резервного питания;

- напряжением на аккумуляторных батареях автономного питания

- положением запорного клапана;

- состоянием предохранительного клапана.

-контроль пожара во вспомогательном помещении ГРП



1. Описание схемы электрической принципиальной модуля микроконтроллера

Рассмотрим функциональные части модуля микроконтроллера.

Модуль питания.

Модуль питания обеспечивает преобразование входного напряжения +27В в напряжения питания всех узлов блока управления. Основными элементами модуля питания являются микросхемы DA1, DA2 и DA3. Данные микросхемы являются преобразователями постоянного напряжения с широким входным диапазоном значений (от +7 до +40В) и стабилизированным выходным значением (+3В для микросхемы DA1, +5В для микросхемы DA2, ±15В для микросхемы DA3), при этом обеспечивается выходной ток 0,3А, 3А и 0,15А для каждого модуля соответственно.

Дополнительные элементы, используемые для преобразования, подобраны согласно рекомендациям производителей.

Микроконтроллер.

Микроконтроллер Cygnal - C8051F043 оптимально подходит для построения устройств требующих высокой производительности, точности измерений, большой степени интеграции и малого потребления. Они программно совместимы с 8051-м стандартом, но одновременно имеют высокую производительность - до 100 MIPS.

Энергонезависимая FLASH-память программ может программироваться "в системе", т.е. на плате. В сектора по 512 байт FLASH-памяти (размер FLASH до 128K) могут записываться как программы, так и данные, которые становятся таким образом энергонезависимыми. Микроконтроллер имеет конструктивно встроенные интерфейсы: CAN контроллер (серия F040), SMBus/I2C, UART, SPI. Имеется порт с повышенной нагрузочной способностью, 8, 10, 12 и 16 битные АЦП и 12 битные ЦАП. Встроенная автономная отладочная система (JTAG) - полный внутрисхемный эмулятор "in-circuit" не задействует ресурсы кристалла и позволяет проверять и модифицировать память и регистры, устанавливать контрольные точки, временные точки, пошаговое движение и остановку программы.

Микроконтроллер является весьма насыщенным функционально как в плане цифровой, так и в плане аналоговой периферии. В микроконтроллер, встроены дополнительные функции, такие как:

* аппаратный контроллер интерфейса CAN 2.0b;

* встроенный высоковольтный (Uвх. = ±60 B) операционный усилитель;

* аппаратный контроллер стандартного параллельного интерфейса с внешней микросхемой ОЗУ (типа 62LVxxx);

* дополнительный аппаратный UART;

* вспомогательный быстрый 8-канальный 8-разрядный АЦП.

Исходя из всего вышеприведенного выбираем для применения в схеме микроконтроллер C8051F043 (микросхема DD1).

Резистор R30 в цепи базы транзистора VT1 предназначен для ограничения тока выхода микроконтроллера. Исходя из описания микроконтроллера, номинальный ток выхода должен быть 1,5 мкА.

Транзистор VT1 управляется напряжением выхода микроконтроллера. При напряжении Uвых.контр равным 0 В - транзистор закрыт, управления интеллектуальным ключом (DA11) нет. При напряжении Uвых.контр равным +3В - транзистор открыт, напряжение +3В с транзистора поступает на вход управления интеллектуальным ключом.

Резистор R36 предназначен для установления необходимого тока на входе интеллектуального ключа. Исходя из требований разработчика, изложенных в технической документации на интеллектуальный ключ, номинальный ток на входе ключа должен быть равен 4 мкА.

Резистор R42 предназначен для установления необходимого тока для предотвращения пробоя защитного диода при появлении на управляющем входе интеллектуального ключа напряжения +27В (при неисправности ключа). Обратный ток диода не должен превышать значения 15 мА.

Диод VD6 предназначен для защиты транзистора от появления на нем силового напряжения +27 В (при неисправности ключа). В качестве защитного диода выбираем диод КД510А.

Остальные управляющие каскады микросхем DA12, DA13 рассчитаны аналогично. Диод VD7 предназначен для защиты входа микроконтроллера от появления на нем силового напряжения +27 В (при неисправности ключа). В качестве защитного диода выбираем диод КД510А.

Резистор R37 предназначен для установления необходимого тока на входе интеллектуального ключа. Исходя из требований разработчика, изложенных в технической документации на интеллектуальный ключ, номинальный ток на входе ключа должен быть равен 4 мкА

Цепь VD8-R33 предназначена для формирования напряжения необходимого уровня (не более 3,3 В) на вход микроконтроллера.

Исходя из технических характеристик элементов, выбираем номинал резистора R33 равным 100кОм и тип VD8 - 2Д707АС9.

Остальные каскады состояния нагрузок рассчитаны аналогично.

В качестве силового ключа, управляющего нагрузками (микросхемы DA11-DA13), выбираем силовой интеллектуальный ключ BTS426L1 производства компании Siemens.

Интеллектуальные силовые ключи PROFET -- это многоканальные верхние силовые ключи с широким спектром интеллектуальных функций, что делает их идеальным выбором для применения в транспорте и промышленности. Они содержат ДМОП-транзистор плюс логическую КМОП-схему, обеспечивающую полную встроенную защиту и реализующую улучшенную диагностику IntelliSense.

Силовой интеллектуальный ключ BTS426L1 гарантирует защиту от перегрузок, перенапряжений, короткого замыкания, превышения температуры, обрыва «земли», снижения питающего напряжения и электростатического разряда. Также это устройство может обеспечить защиту от динамических перенапряжений, таких, как отключение индуктивной нагрузки. Это позволяет отказаться от плавких вставок, обеспечивая более экономичную и устойчивую альтернативу стандартным реле и предохранителям. Система диагностики позволяет выбрать параметры контроля состояния, тока, или комбинацию обоих, обеспечивая пользователя точной информацией о состоянии устройства и нагрузки. Диагностическая обратная связь и контроль тока нагрузки минимизируют затраты, исключая потребность в дополнительных дискретных схемах и устройствах.

Устройство монолитно интегрировано с использованием технологии Smart SIPMOS. Корпус Robust существенно повышает прочность и позволяет выдерживать температуры до 260°С.

Основные преимущества:

-- очень низкий ток холостого хода;

-- КМОП-совместимые входные сигналы (3 В и 5 В);

-- улучшенная электромагнитная совместимость;

-- стабильная работа при пониженном напряжении;

-- разделенные общие точки логической и силовой части;

-- безопасное отключение нагрузки при разъединенном заземлении логической части.

Защитные функции:

-- ReverSave, канал открывается в случае обратной полярности;

-- защита от обратного питания;

-- защита от КЗ и защита от перегрузок;

-- регулируемое многошаговое ограничение тока;

-- термический перезапуск при ограничении пониженного тока;

-- защита от перенапряжений (без внешнего резистора);

-- защита от обрыва «земли»;

-- защита от электростатического разряда (ESD).

Диагностические функции:

-- функция включения диагностических выводов (улучшенная диагностика IntelliSense);

-- пропорциональное измерение сигнала тока нагрузки источником тока;

-- определения обрыва нагрузки во включенном состоянии путем контроля тока нагрузки;

-- определение обрыва нагрузки в выключенном состоянии источником напряжения;

-- тепловая обратная связь и ограничение тока во включенном состоянии.

Блок обработки сигналов датчиков

Блок обработки сигналов датчиков предназначен для преобразования сигналов с датчиков к уровню входов микроконтроллера.

Реализован на микросхемах DA6, DA7 и цепях VD17-R53- R53 и VD18-R55- R56.Все номиналы выбраны в соответствии с рекомендациями производителей радиоэлектронной продукции.

Блок внешней связи

Модуль преобразования сигналов обеспечивает сопряжение платы с каналом приема/передачи данных RS-232. Блок реализован на микросхеме DA8 (RS-232). Все номиналы выбраны в соответствии с рекомендациями производителей радиоэлектронной продукции.

Описание интерфейса RS-232

Широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232-C и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально создавался для связи компьютера с терминалом. В настоящее время используется в самых различных применениях. Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.

Модуль преобразования сигналов для канала CAN2.0.

Модуль преобразования сигналов обеспечивает сопряжение платы с каналом CAN2.0. Модуль собран на микросхеме DD2, которая является преобразователем уровня КМОП в дифференциальный сигнал и обратно. Максимальная скорость передачи данной микросхемы 1 Мбит/сек. Емкость конденсатора С9 подобрана в соответствии с рекомендациями производителя микросхемы.

Описание интерфейса CAN

CAN (Control Area Network) - последовательная магистраль, обеспечивающая увязку в сеть "интеллектуальных" устройств ввода/вывода, датчиков и исполнительных устройств некоторого механизма или даже предприятия. Характеризуется протоколом, обеспечивающим возможность нахождения на магистрали нескольких ведущих устройств, обеспечивающим передачу данных в реальном масштабе времени и коррекцию ошибок, высокой помехоустойчивостью. Система CAN обеспечена большим количеством микросхем, обеспечивающих работу подключенных к магистрали устройств, разработку которых начинала фирма BOSH для использования в автомобилях, и в настоящее время широко используемых в автоматизации промышленности.

Предназначен для организации высоконадежных недорогих каналов связи в распределенных системах управления. Интерфейс широко применяется в промышленности, энергетике и на транспорте. Позволяет строить как дешевые мультиплексные каналы, так и высокоскоростные сети.

Скорость передачи задается программно и может быть до 1 Мбит/с. Пользователь выбирает скорость, исходя из расстояний, числа абонентов и емкости линий передачи.

Максимальное число абонентов, подключенных к данному интерфейсу фактически определяется нагрузочной способностью примененных приемопередатчиков. Например, при использовании трансивера фирмы PHILIPS PCA82C250 она равна 110.

Протокол CAN использует оригинальную систему адресации сообщений. Каждое сообщение снабжается идентификатором, который определяет назначение передаваемых данных, но не адрес приемника. Любой приемник может реагировать как на один идентификатор, так и на несколько. На один идентификатор могут реагировать несколько приемников.

Протокол CAN обладает развитой системой обнаружения и сигнализации ошибок. Для этих целей используется поразрядный контроль, прямое заполнение битового потока, проверка пакета сообщения CRC-полиномом, контроль формы пакета сообщений, подтверждение правильного приема пакета данных. Хемминговый интервал d=6. Общая вероятность необнаруженной ошибки 4.7x10-11.

Система арбитража протокола CAN исключает потерю информации и времени при "столкновениях" на шине.

Элементная база, поддерживающая CAN, широко выпускается в индустриальном исполнении.



2. Разработка конструкции платы микроконтроллера

2.1 Компоновка элементов на печатной плате

Компоновка - размещение в пространстве или на плоскости различных элементов - одна из важнейших задач при конструировании. Основная задача, решаемая при компоновке, - это выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение веса и расположения в пространстве любых элементов или изделий электронной аппаратуры.

На практике задача компоновки чаще всего решается при использовании готовых элементов с заданными формами, размерами и весом, которые должны быть расположены в пространстве или на плоскости с учетом электрических, магнитных, тепловых и других видов связей.

Компоновочные характеристики и документы способствуют лучшему взаимопониманию не только всех разработчиков данного изделия, но и заказчиков, которые могут субъективно сравнивать как подобные, так и разные по характеру системы.

Все элементы устройства размещены на печатной плате из стеклотекстолита СФ-2 толщиной 1...1,5 мм.

Методы компоновки элементов РЭА можно разбить на две группы: аналитические и модельные. К первым относятся численные и номографические, основой которых является представление геометрических параметров и операций с ними в виде чисел. Ко вторым относятся аппликационные, модельные, графические и натурные методы, основой которых является та или иная физическая модель элемента, например в виде геометрически подобного тела или обобщенной геометрической модели.

При аналитическом определении объемов замещающих фигур стремятся свести их количество к минимуму а размеры брать такими, чтобы сразу можно было получить значения установочного объема Vуст. Значение Vуст. и подобных параметров элементов РЭА можно вычислить, пользуясь выражением:

Кп=K Ni,

где Кп - компоновочный параметр;

K - коэффициент пропорциональности;

m - количество компоновочных параметров Ni.

Для расчета выражение (1) можно представить так:

, (2)

где Siэ - установочная площадь i-го элемента, мм2;

Кs - коэффициент заполнения площади платы (равен 0.4...0.6 для элементной базы 3-го поколения, 0.45...0.75 - для элементной базы 3-го и 4-го поколений);

N - число компонуемых элементов.

Исходными данными для расчета являются:

- количество элементов в блоке;

- количество наименований элементов;

- физическая площадь элементов блока;

- линейные размеры;

- коэффициент заполнения - 0,7.

Исходные данные представлены в таблице 1.



Таблица 1 -Данные для расчета

Типы элементов	Число элементов данного типа	Установочная площадь одного элемента, мм2	Установочная площадь всех элементов, мм2	Масса одного элемента, г	Масса всех элементов, г
1	2	3	4	5	6
Резисторы Р1-12,	36	22,5	810	0,2	7,2
Резисторы С2-29Н	20	40	800	0,15	3,0
Диод 2Д212А	1	40	40	0,5	0,5
Диод КД510А	6	50	300	0,5	3,0
Диод 2Д707АС9	7	35	210	0,5	3,5
Стабилитроны 2С133А	2	35	70	0,4	0,8
Транзисторы 2Т3129В9	3	40	120	1,0	3,0
Конденсаторы К53-46	2	50	100	5,0	10,0
Конденсаторы К50-29	4	50	200	5,0	20,0
Конденсаторы К10-17	26	16	416	3,0	78,0
Индикатор 3Л336	2	25	50	0,6	1,2
Микросхема ОP293FS	2	90	180	4	8
Микросхема КР154ИР22	1	198	198	3	3
Микросхема КР1170ЕН3	1	50	50	2	2
Микросхема МДМ5-1В05МП	1	800	800	25	25
Микросхема К249КП1	1	64	64	2	2
Микросхема 05НСС	1	75	75	5	5
Микросхема MAX202ESЕ	1	270	270	12	12
Микросхема MAX187ESЕ	1	270	270	12	12
Микросхема С8051F043	1	75	75	5	5
Микросхема BTS426L1	1	75	75	5	5
ИТОГО			3920		202,2



Согласно данным таблицы 1 определим площадь печатной платы блока по формуле (2 ) :

Параметры платы 70х 80.

2.2 Расчет массы

Масса узла блока определяется по следующей формуле:

(3)

где miэ - масса всех элементов установленных на плате, г;

mn - масса платы, г.

Исходными данными для расчета являются:

- количество элементов в блоке;

- количество наименований элементов;

- физический вес элементов блока;

Масса платы определяются по формуле:

, (4)

где- удельная плотность материала платы;

Определим массу пластины:

.

Масса платы с учетом массы припоя и флюса (3 г) равна:

г.

2.3 Определение минимального диаметра монтажного отверстия

Номинальные значения диаметра монтажного отверстия:

где dЭ - максимальное значение диаметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на плату;

r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода элемента;

dН.О. - нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.

d=0,6+0,1+0,2=0,9 (мм)

2.4 Определение минимального диаметра переходного отверстия

Минимальный диаметр переходного отверстия :

где j - коэффициент = 0,33

hПП - толщина печатной платы.

dП0,33*20,66 (мм)

2.5 Определение ширины проводников

Номинальное значение ширины проводника:



где tТД - минимально допустимое значение ширины проводника.

tП=0,17+0,08=0,25 (мм)

2.6 Определение минимального расстояния между двумя соседними элементами

Номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка:

где SТД - минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.

S=0,15+0,1=0,25 (мм)

Минимальное расстояние для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками с диаметрами D:

где n - количество проводников;

l - допуск.

l=(1,64+1,64)/2+0,25*1+0,25*(1+1)+0,05=2,44 (мм)

т.е. между двумя контактными площадками можно провести максимум только один проводник.



2.7 Электрический расчет печатных плат

2.7.1 Расчет сопротивления длинного проводника

Сопротивление самого длинного из возможных проводников :

где hФС - толщина фольгированного слоя.

R=(1,72*10-8*0,34)/(0,25*10-3*35*10-8)=0,55 (Ом)

2.8 Расчет вибропрочности

Для того, чтобы проверить насколько хорошо защищено проектируемое устройство от механических воздействий, необходимо провести расчеты собственных частот вибраций корпуса и платы, а затем подобрать соответствующие виброизоляторы. Так как проектируемое устройство предполагается использовать без виброизоляторов, то в этом случае плата является единственной колебательной системой.

Жесткость платы зависит от материала, формы, геометрических размеров и способа закрепления. Печатная плата разрабатываемого прибора изготовлена из стеклотекстолита марки СФ-2-35. Она имеет прямоугольною форму следующих размеров:

При расчете собственной частоты вибрации печатной платы используют следующие допущения:

плата представляется в виде модели распределенными массами и упругими демпфирующими связями;

элементы на плате располагаются равномерно на ее поверхности;

- плата с элементами принимается за тонкую пластину, так как h/b<0,1- толщина платы принимается постоянной, h = const;

материал платы однородный, идеально упругий, изотропный;

возникающие изгибные деформации малы по сравнению с толщиной платы;

при изгибе платы нейтральный слой не подвергается деформации растяжения (сжатия).

Основная резонансная частота колебаний платы, определяется по формуле:

, (5)

где поправочный коэффициент веса, выбираемый из таблицы 2;

поправочный коэффициент, на материал, выбираемый из таблицы 3;

частотная постоянная, выбираемая из таблицы 4;

толщина пластины, см;

длина пластины, см.

Таблица 2 - Значения поправочного коэффициента веса () в зависимости от отношения массы элементов, размещенных на пластине () к массе пластины ()

	1	2	4	6	8	10	12	24
	0,71	0,60	0,44	0,38	0,33	0,30	0,28	0,20



Таблица 3 - Значения поправочного коэффициента () на материал

Материалл
Сталь 1.00 Молибден Магниевые сплавы Алюминиевые сплавы Титан Гетинакс Эпоксидная смола Фенольная смола	1,00 1,10 0,97 0,95 0,93 0,54 0,52 0,47

Таблица 4 - Значения частотной постоянной () в зависимости от способа закрепления и отношения сторон пластины ()

	Отношение сторон пластины
	0,25	0,5	1	1,5	2	2,5	3	4
	9	11	18	28	43	62	85	144

Исходя из вышеизложенного, выбираем следующие коэффициенты: , , .

В результате механических воздействий печатная плата подвержена усталостному разрушению, в особенности при возникновении механического резонанса. Чаще всего усталостные отказы проявляются в виде обрыва проводников, разрушения паянных соединений, нарушения контактов в разъемах. Подобные разрушения можно предотвратить, если обеспечить выполнение условия:

(6)



где- минимальная частота собственных колебаний платы, Гц;

- ускорение свободного падения, g = 9.8м/c2;

безразмерная постоянная, выбираемая в зависимости от частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений.

- максимальные вибрационные перегрузки, выраженные в единицах g.Получим,

.

Условие выполняется. Следовательно, проектируемая плата будет иметь достаточную усталостную прочность при гармонических вибрациях.

2.9 Расчет теплового режима платы

Под тепловым режимом радиоэлемента, узла, аппарата понимается их температурное состояние, т.е. пространственно-временное распределение температуры в элементе, узле, аппарате. Чтобы обеспечить нормальный тепловой режим, а значит и надежность, применяют радиоэлементы, устойчиво работающие в широком диапазоне температур, снижают их коэффициенты нагрузки, используют различные схемные решения.

Для определения целесообразности применения того или иного способа регулирования теплообмена необходимо оценить сам тепловой режим.

Ориентировочный выбор способа охлаждения необходимо провести еще на ранней стадии проектирования.

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения различных способов охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:

, (7)

где - суммарная мощность, рассеиваемая модулем с поверхности теплообмена;

2)Определяется условная поверхность нагретой зоны:

3)Определяется удельная мощность по всей плате :

, (10)

где - мощность, рассеиваемая модулем.

4)Определяется удельную мощность нагретой зоны:

(11)

5) Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности платы:

(12)

6) Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

(13)

7)Находится коэффициент в зависимости от давления среды вне платы :

, (14)

где - давление окружающей среды в Па.

8)Находится коэффициент в зависимости от давления среды внутри модуля :

, (15)

где - давление внутри корпуса аппарата в Па.

9)Рассчитывается перегрев платы:

(10) 10)

Определяется перегрев нагретой зоны:

(16)

11)Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

(17)

12)Определяется удельная мощность элемента:

, (18)

где - мощность, рассеиваемая элементом (узлом), температуру которого требуется определить;

площадь поверхности элемента, омываемая воздухом.

13)Рассчитывается перегрев поверхности элемента:

(19)

14)Рассчитывается перегрев среды, окружающей элемент:

(20)

15)Определяется температура платы:

(21)

16)Определяется температура нагретой зоны:

(22)

17)Определяется температура поверхности элемента:

(23)

18)Определяется средняя температура воздуха в окружении платы:

(24)

19)Находится температура среды, окружающей элемент:

( 25)

Результаты расчета теплового режима проводились с использованием пакета прикладных программ «МВТУ».

Программный комплекс “Моделирование в технических устройствах” (“МВТУ”) - современная среда интеллектуального САПР, предназначенная для детального исследования и анализа нестационарных процессов в системах автоматического управления, в ядерных и тепловых энерго-установках, в следящих приводах и роботах, в любых технических системах, описание динамики которых может быть реализовано методами структурного моделирования. Является альтернативой программным продуктам SIMULINK, VisSim, MATRIXx и др.

Таблица 5 - Результаты расчета теплового режима блока

Наименование коэффициента	Номер формулы	Численное значение
1	3	4
Площадь поверхности платы, м2	(56)	0,0056
Площадь условной поверхности нагретой зоны, м2	(57)	0,0045
Удельная мощность прибора,	(58)	59,94
Удельная мощность нагретой зоны,	(59)	149,42
Нагрев, зависящий от, К	(60)	7,833
Нагрев, зависящий от, К	(61)	18,28
Коэффициент, зависящий от	(62)	0.9995
Коэффициент, зависящий от	(63)	0.9965
Перегрев модуля, К	(64)	7,83
Перегрев нагретой зоны, К	(65)	18,2
Средний перегрев воздуха в модуле, К	(66)	13,015
Перегрев поверхности элемента, К	(68)	18,2
Продолжение таблицы 5.5
Перегрев окружающей среды элемента, К	(69)	13,015
Температура модуля, К	(70)	315,83
Температура нагретой зоны, К	(71)	326,2
Температура поверхности элемента, К	(72)	326,2
Средняя температура воздуха в модуле, К	(73)	321,015
Температура среды, окружающей элемент, К	(74)	321,015



Анализируя рабочие диапазоны температур элементной базы платы, видно, что температура наименее теплостойкого элемента МДМ5-1В05МП составляет 30°С, что значительно выше рассчитанных показателей. Следовательно тепловой режим разрабатываемого устройства находится в норме.



3. Расчет резьбовых соединений крепления платы

3.1 Расчет прочности винтов М4(с учетом момента от массы всей конструкции)

В нашем случае винты М4 нагружены равномерно. Рабочее усилие приложено симметрично относительно оси симметрии расположения винтов.

Количество крепежных отверстий шт.;

Количество винтов шт.

Диаметры резьбы винта согласно ГОСТ 24705-81:

мм - наружный диаметр резьбы;

мм - внутренний диаметр резьбы;

мм - средний диаметр резьбы.

3.2 Расчет усилий, действующих в стыке

Возможность раскрытия стыка устраняется затяжкой винтов.

Определим площадь стыка и момент сопротивления изгибу стыка.

Площадь стыка , где мм, мм.

мм2.

Момент сопротивления изгибу и составляет мм3.

Определим напряжение в стыке от нагрузки.

Считаем осью поворота ось симметрии стыка.

и составляет Н/мм2;

и составляет Н/мм2.



По условию нераскрытия стыка зат> F+M

Коэффициент запаса по нераскрытию стыка К=1,3...2. Принимаем К=2.

и составляет Н/мм2.

Из вычислений видно, что зат> F+M (0,002>0,001), следователь условие нераскрытия стыка выполняется.

Винты следует затягивать с силой составляющей Н.

3.3 Расчет на прочность винта М4 40Х

Механические характеристики материала винта - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71:

Н/мм2 и Н/мм2.

1. Определим площадь сечения стержня винта:

, которая составляет мм2.

Определим напряжение затяжки:

и составляет Н/мм2.

Напряжение затяжки находится в пределах у=уt

Условие выполняется Н/мм2.

2. Определим напряжения растяжения в резьбовой части винта.

Определим площадь резьбовой части винта:

мм2.

Напряжение растяжения в резьбовой части винта и составляет Н/мм2.

3. Определим напряжения растяжения в стержне винта:

и составляет Н/мм2.

4. Для определения напряжения кручения вычисляем момент, закручивающий болт при затяжке.

, где , (справочные данные).

Н*м.

5. Определим касательное напряжение в резьбовой части винта:

Н/мм2.

6. Определим касательное напряжение в стержне винта:

Н/мм2.

Для проверки стержня винта на перекручивание при затяжке необходимым условием является Н/мм2 <0.8уt,( Н/мм2) т.е. напряжение затяжки в пределах допускаемого значения.

7. Определим эквивалентные напряжения в резьбовой части винта:

Н/мм2.

8. Определим эквивалентные напряжения в стержне винта:

Н/мм2.

9. Определим коэффициент запаса прочности по пластическим деформациям в резьбовой части винта при (Н/мм2):

10. Определим коэффициент запаса прочности по пластическим деформациям в стержне винта:

Коэффициент запаса прочности можно признать удовлетворительным, так как больше ntc=1.3.

11. Определим коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению в резьбовой части винта при (Н/мм2):

12. Определим коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению в стержне винта:

Коэффициент запаса прочности можно признать удовлетворительным, так как больше nвc=1.3.



Заключение

В ходе выполнения курсовой работы сделано следующее:

-приведено описание электрической принципиальной схемы;

-проведены конструктивные расчеты платы:

-расчет элементов печатного монтажа ;

-расчеты массово-габаритных размеров размещаемых элементов и размеры и масса платы;

-проведена оценка вибропрочности и теплового режима для платы.

-проведен расчет резьбовых соединений крепления платы: расчет на срез резьбы в корпусе; расчет на прочность винта М4 40Х, расчет усилий, действующих в стыке.

Таким образом, в результате выполнения данной курсовой работы была разработана плата монтажная микроконтроллерного блока пульта аварийной и предупредительной сигнализации ГРП.



Библиографический список

1. ГОСТ 2.206-96. Текстовые документы.

2. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.

3. ГОСТ 2.004-88. Общие требования к выполнению конструкторских

и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ.

4. ГОСТ 2.109-73. Основные требования к чертежам.

5. ГОСТ 30.001-83. Система стандартов эргономики и технической

эстетики. Основные положения.

6. ГОСТ 7.1-84. Библиографическое описание документа.

7. ГОСТ Р 27.002-2009 (ГОСТ Р 53480-2009), - Надежность в технике.

Термины и определения.

8. Рекус Г.Г. Основы электротехники и электроники в задачах с решениями. -М.: Высшая школа,- 343 с.

9. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем (учебник). - М.: Высшая школа; (3-е изд.) 2001. - 343 с.

10. Справочник: Информационно - управляющие человеко-машинные системы./ под.ред. Губинского А.И. /- М.: Машиностроение,- 1993-472с.

11. Федотов А.В. Основы теории надежности и технической диагностики,

М.:ОГТУ,2010-- 287с.

12. Шило В. Л. Популярные микросхемы ТТЛ. М., Аргус, 1993, ISBN 5-85549-004-1

13. Шишмарев В.Ю. Надежность технических систем, М.: Академия, 2010 - 304с.

14. Шупейко И.Г. Инженерно-психологическое проектирование средств информационного взаимодействия для систем «человек-машина»: Учебное пособие по курсу «Инженерная психология» для студентов всех специальностей.- Мн.: БГУИР, 1998.

15. Ямпурин Н. П., Баранова А. В. Основы надежности электронных средств., М.: Академия , 2010-240с.

16. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник/ А.Б. Гитцевич, А.А. Мокряков и др. - М.: Радио и связь, 1989. - с.592с.

Размещено на Allbest.ru

...