ЗМІСТ
Введення
1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
2. ПЕРЕГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ВИБІР НАПРЯМКИ ПРОЕКТУВАННЯ
3. РОЗРАХУНОК КНОПКИ
3.1 Вибір матеріалу для контактів
3.2 Електричний і конструктивний розрахунок кнопки
3.2.1 Визначення контактного зусилля і перехідного опору
3.2.2 Визначення температури локального перегріву
Висновок
ВСТУП
Підвищення якості продукції, що випускається, зниження витрат на її виробництво, підвищення терміну служби та надійності виробів, що випускаються, раціональне використання матеріалів, подальший розвиток уніфікації і нормалізації є основними завданнями сучасної радіоелектронної промисловості. Це тісно пов'язано з підвищенням якісних показників складових їх електрорадіоелементів (ЕРЕ). Тому питання проектування та раціонального використання цих елементів дуже важливі для розробників радіоелектронної апаратури.
Практично всі виконавчі системи, в тому числі і радіоелектронні, містять різні елементи комутації. Їх функціональні можливості зумовили широке застосування таких елементів у системах: автоматики і телемеханіки; сигналізації; контролю і захисту; розподілу електричної енергії; комутації ліній зв'язку і передачі інформації; резервування і сполучення пристроїв, що працюють на різних принципах дії чи енергетичних рівнях; дистанційного керування виконавчими пристроями , а так само в системах ручного управління електронних апаратів (ЕА). Із зростанням рівня автоматизації і функціональним ускладненням ЕА безперервно зростає число вживаних комутаційних пристроїв і зростає відповідальність виконуваних ними функцій.
Різноманітність вимог, що виникають у процесі проектування сучасних ЕА, призвело до появи великої кількості різновидів комутаційних пристроїв, що розрізняються за призначенням, принципом дії, конструктивного виконання, схемотехническим параметрами та іншими ознаками, що визначає їх технічні можливості та сферу застосування. Розвиток кожного різновиду комутаційних пристроїв відображає безперервне підвищення вимог до їх експлуатаційним і функціональним параметрам. Загальні вимоги зводяться до зниження енергії, використовуваної для управління, збільшення швидкодії, поліпшенню якості комутації (неприпустимість вібрації контактів, формування імпульсів з крутими фронтом і зрізом і т.п.), підвищенню надійності, забезпечення конструктивно-параметричної сумісності з іншими елементами ЕА.
Даний курсовий проект присвячений розробці кнопки, яка призначена для комутації електричних ланцюгів постійного та змінного струму низької частоти. У ході виконання проекту на основі аналізу вимог технічного завдання, огляду аналогічних конструкцій сформульовані додаткові вимоги до майбутнього виробу і зроблено вибір напрямки проектування. Зроблено розрахунок кнопки, виконана ескізна опрацювання її елементів і розроблена загальна конструкція вироби. Всі прийняті конструкторські рішення підкріплені відповідними розрахунками.
1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Кнопка призначена для комутації електричних ланцюгів постійного та змінного струму низької частоти в стаціонарних електронних апаратах і відноситься до комутаційних пристроїв ручного управління.
Згідно з технічним завданням кнопка повинна забезпечувати замикання при наступних характеристиках:
напруга, що комутується до 30 В;
комутований струм до 4 А;
кількість ланцюгів 2.
Виходячи з цих параметрів, потрібно забезпечити надійну ізоляцію між контактними парами, а також корпусом.
Кнопка призначена для експлуатації в різній апаратурі, тобто в приміщеннях і на відкритому просторі. Кліматичне виконання кнопки повинно відповідати категорії УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69, що передбачає такі норми впливів [1]:
- Впливу температури:
1) граничне верхнє значення +40 ° С;
2) верхнє значення +35 ° С;
3) середнє значення +20 ° С;
4) нижнє значення +10 ° С;
5) граничне нижнє значення +1 ° С.
- Впливу відносної вологості при +20 ° С: 98%,
- Атмосферний тиск повітря навколишнього середовища: 86-104 кПа.
Дані умови експлуатації не передбачають необхідності в особливих конструктивних заходів захисту виробу від впливів факторів зовнішнього середовища.
Габарити і маса розробляється кнопки повинні бути незначні, що зумовлено не великими робочими значеннями комутованих струмів і робочих напруг.
Запланована програма випуску 5000 шт. на рік обумовлює виготовлення кнопки в умовах дрібносерійного виробництва. При цьому її конструкція повинна бути не складною, виконана з урахуванням типових технологічних операцій і при її виготовленні повинен бути використаний поширений сортамент конструкційних матеріалів [2]. Також необхідно забезпечити мінімальну вартість виробу.
Таким чином використання при виробництві кнопки операцій типового технологічного процесу виготовлення покликане збільшити економічний ефект і знизити собівартість виробництва.
2. ПЕРЕГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ВИБІР НАПРЯМКИ ПРОЕКТУВАННЯ
Розглянемо загальні тенденції розвитку та існуючі конструктивні рішення щодо комутаційних пристроїв з ручним управлінням.
Комутаційні пристрої ручного керування призначені для комутації електричних ланцюгів за допомогою ручного приводу. У залежності від способу управління приводним механізмом вони поділяються на такі групи [2]:
- Натискні (кнопкові);
- Перекидні (тумблери);
- Поворотні (галетне і барабанні);
- Движкові.
Кожен із способів управління має свої переваги і недоліки. Наприклад, з точки зору оперативності (швидкодії) і зручності роботи оператора перевага віддається нажимному способом управління. Однак при цьому способі управління ускладнюються пристрої надійної фіксації кнопок у певних положеннях. В даний час більш-менш чітка фіксація забезпечується не більше ніж у двох положеннях, що є недоліком натискного управління. Крім того, для індикації фіксованого положення кнопок потрібні спеціальні індикатори та захист від випадкового натискання.
При перекидному способі управління у тумблерах забезпечується більш надійна фіксація становища приводного механізму, а індикація стану визначається положенням важеля. Недоліками перекидного способу є значні зусилля на важіль для перекладу тумблера з одного положення в інше, а також мале число положень (полюсів) при перемиканні (не більше трьох).
Найбільша багатополюсність (безліч положень) реалізується при поворотному способі управління. Завдяки особливостям конструкції в поворотних перемикачах забезпечується мале і стабільне опір контактів.
При моторної способі управління надійна фіксація перемикача забезпечується в двох положеннях. Застосовуються движкові перемикачі в апаратурі, у якої виступає частина приводного механізму повинна бути малою.
Комутаційні пристрої ручного управління бувають, як миттєвої дії, коли швидкість їх переходу з одного стану в інший практично не залежить від швидкості переміщення приводу, так і звичайного. До комутаційним пристроїв миттєвої дії відносяться кнопки і мікротумблери на базі мікроперемикачів.
У залежності від ступеня захищеності від факторів навколишнього середовища комутаційні пристрої ручного управління бувають:
- Пилевлагозахищенність;
- Герметичні;
- Із застосуванням герконів та ін
Для нормальних умов експлуатації застосовуються звичайні конструктивні заходи забезпечення працездатності.
Комутаційні пристрої ручного управління в залежності від робочої частоти поділяються на:
- Низькочастотні;
- Високочастотні.
Робоча частота визначає номенклатуру матеріалів, що використовуються для виготовлення перемикачів, зазори і розміщення струмоведучих елементів в конструкції.
До основних, контрольованим при проектуванні, параметрам комутаційних пристроїв ручного управління відносяться [3]:
зусилля або момент перемикання;
число положень перемикання;
спосіб фіксації;
діапазон комутованих напруг;
діапазон комутованих струмів;
максимальна потужність комутації;
опір електричних контактів;
Максимальна кількість переключень;
опір ізоляції;
електрична міцність ізоляції;
ємність між сусідніми контактами;
діапазон навколишньої температури;
діапазон атмосферного тиску;
вібро-і ударостійкість;
габаритні маса і розміри і ін
На підставі вищесказаного для проектованої кнопки в якості способу управління приводним механізмом вибираємо нажимной спосіб. Перевагою кнопок є їх швидкодія і зручність роботи оператора.
Особливістю кнопок є роз'ємний контакт, в конструкції яких неважко передбачити самозачістку контактів при замиканні і розмиканні.
3. РОЗРАХУНОК КНОПКИ
3.1 Вибір матеріалу для контактів
Згідно з рекомендаціями [5], контактні матеріали повинні мати відносно невисоким модулем пружності, високою корозійною стійкістю при різних кліматичних впливах і відносно невеликим питомим електричним опором.
Так як одним із завдань конструювання виробу є забезпечення мінімальної вартості, то доцільно в даному випадку застосувати конструкційний матеріал - бронзу бериллиевую БрБ2 ГОСТ 18175-78;
Бронза берилієва БрБ2 містить 1,8-2,2% берилію, 0,2-0,5% нікелю, 0,5% домішок, решта мідь. Володіє хорошими пружними, механічними і антикорозійними властивостями, більш високим опором втоми, високою твердістю і електропровідністю в порівнянні з іншими бронзами, антимагнітних. Застосовується для роботи в магнітних і електричних полях і в агресивних середовищах при нормальній температурі.
Для забезпечення оптимальних контактних властивостей використовуємо електролітичне покриття сріблом (Ag).
Срібло володіє високою електро-і теплопровідністю, хорошими технологічними властивостями. Технічно чисте срібло містить 99,99% Ag, решта домішки, які помітно знижують електропровідність. Недоліком срібла є його нестійкість до сірководню, присутнього в атмосфері великих міст і болотистих місцевостей. Однак окислення срібла під дією сірководню утворює таку тонку плівку, що вона легко руйнується тертям при з'єднанні і роз'єднання контактів.
3.2 Електричний і конструктивний розрахунок кнопки
3.2.1 Визначення контактного зусилля і перехідного опору
Після вибору матеріалу визначають відповідний контакт зусилля Fk, яке визначається за формулою (3.1) згідно з відомою методики [5]:
(3.1)
де Е - модуль пружності (кгс / мм );
h
-Висота виступів;
- Приведені питомі опору матеріалів, з яких виконані контактні елементи;
,
- Питомий електричний опір матеріалів контактних елементів для срібла та бронзи відповідно.
- Коефіцієнт Пуассона;
R П - контактна перехідний опір
При розрахунку контактних зусиль рекомендується виходити з максимально допустимого падіння напруги U (В) на контакті, при якому температура останнього сягає такого значення, коли його механічні властивості починають різко падати. Дослідне значення величини падіння напруги [4] для срібла одно U
= 0,8-0,1 (В).
Визначимо допустиме падіння напруги на контакті за формулою:
U =
; (3.2)
Отримаємо
U
=
= 0,03 В.
Знаючи величину максимального струму I = 4 A, що проходить через контакт визначимо величину контактного перехідного опору R П згідно [2]:
(3.3)
Маємо
R =
Ом;
Підставивши розраховані дані у формулу (3.1) отримаємо:
.
Таблиця 3.1 - Основні характеристики матеріалів
Марка матеріалу
r, мкОм × см
Е, кгс / мм 2
HB
, Мкм
m
Бронза БрБ2
7
1,25 × 10 4
25
0,05
0,3
Срібло (Ag)
1, 6
1 × 10 4
_
0,05
0,3
3.2.2 Визначення температури локального перегріву
Визначимо температуру локального перегріву виходячи з формули (3.4).
, (3.4)
де r - питомий електричний опір тіла контакту;
l - теплопровідність матеріалу контактів;
R п - перехідний опір;
I - струм проходить через контакт.
Таблиця 3.2 - Вихідні дані для теплового розрахунку
Матеріал
r, мкОм × см
I, А
R п, Ом
λ, Вт / мм ∙ ° С
Бронза БрБ2
7
4
0,0075
0,84
Срібло (Ag)
1,6
4
0,0075
4,18
Оцінимо температуру локального перегріву для бронзи БрБ2:
(° С).
Оцінимо температуру локального перегріву для срібла:
(° С).
Отримані значення перегріву забезпечують значну температурну стабільність контакту, тобто протікає струм не викликає зміна параметрів переходу.
ВИСНОВОК
У курсовому проекті, відповідно до вимог технічного завдання, був спроектована кнопка, призначена для комутації електричних ланцюгів постійного та змінного струму низької частоти.
У ході виконання проекту проведені: вибір конструкційних матеріалів, необхідні розрахунки конструктивних, електричних, механічних і теплових параметрів виробу. Конструкція відпрацьована на технологічність з урахуванням її передбачуваного випуску в умовах дрібносерійного виробництва.
Достоїнствами конструкції розробленої кнопки є - малі габарити, хороші електричні характеристики, технологічність і відносна простота. Виріб має гарні економічні показники, тому що має низьку собівартість (в конструкції немає дорогих матеріалів).
Спроектована конструкція кнопки повністю відповідає вимогам технічного завдання і сучасним вимогам до подібного класу функціональним елементам.
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ГОСТ 15150-69. Машини, прилади та інші технічні вироби. Виконання для різних кліматичних районів. Категорії, умови експлуатації, зберігання і транспортування в частині впливу кліматичних факторів зовнішнього середовища.
Ричіна Т.А. Електрорадіоелементи. - М.: Сов. радіо, 1979.-336 с.
Бєлоусов А.К. Електричні рознімних контактів в радіоелектронній апаратурі. Вид. 2-е перероб. і доп. - М.: Енергія, 200 5.
А. Л. Харінскій. Основи конструювання елементів радіоаппаратури.Ізд.2-е перероб. і доп.-Л.: Енергія, 2001. - 464с.
Світенко В.М. Електрорадіоелементи: Курсове проектування: Навчальний посібник для вузів за спец. "Конструювання і виробництво РЕА". - М.: Вищ. шк., 200 7. - 207 с.
Левін А.П. Контакти електричних з'єднувачів радіоелектронної апаратури (розрахунок і конструювання). - М.: "Рад. Радіо", 1972. - 216 с.
7.Мальков М.Н., Світенко В. М. Пристрої функціональної електроніки та електрорадіоелементи: Конспекти лекцій.Часть II .- Х: ХІРЕ,
1992. - С.