Міністерство освіти і науки України
Харківський державний технічний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
на уроках: Елементна база ЕА
на тему: Резистор змінного опору типу А
Розробив
Керівник проекту
2009
Зміст
Введення
1. Аналіз ТЗ
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Електричний і конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок резистивного елемента
3.2 Розрахунок контактної пружини
3.3 Теплотехнічний розрахунок
3.4 Розрахунок частотних характеристик
4. Ескізна опрацювання елементу та обгрунтування прийнятих рішень
5. Уточнення та опис конструкції
Висновки
Перелік посилань
Завдання на курсовий проект (роботу) студента
1. Тема проекту (роботи): Резистор змінного опору з круговим обертанням рухомої системи.
2. Термін здачі закінченого проекту (роботи): 24.04.2001
3. Вихідні дані до проекту (роботи):
R min <10 Ом; R max = 1кОм; P R = 5Вт; ΔR max = 5%; δR <2%;
ТКR <50 * 10 -6 1 / град;
діаметр осі управління 4мм; max діаметр резистора 25мм; ресурс роботи-10 травня пересувань.
Умови експлуатації:
кліматичні УХЛ 2.1 ГОСТ 15150 - 69;
випуск n = 100 000 шт. / Рік.
Вони виконують відповідальну функцію - перерозподіл електричної енергії між іншими елементами схем - і складають до 50% загальної кількості елементів радіоелектронної апаратури.
Дротяні резистори знаходять широке застосування, так як вони мають наступні переваги:
Можливість виготовлення резисторів з точною величиною номінального опору;
Високу стабільність опору при впливі різних зовнішніх факторів;
Малу величину температурного коефіцієнта опору;
Велику допустиму потужність розсіювання;
Стійкість до електричних перевантажень;
Незначний рівень власних шумів;
Високу радіаційну стійкість;
Високу зносостійкість і ін
Завдяки цим достоїнствам дротяні резистори успішно використовуються в таких радіоелектронних пристроях, до яких пред'являються підвищені вимоги точності і стабільності електричних та експлуатаційних параметрів.
Резистори використовуються в електронній апаратурі, різних системах автоматичного управління та регулювання, в електрообладнанні транспорту та вимірювальної техніки. За допомогою потенціометрів можна не тільки перетворити механічну величину в електричну, а й реалізувати необхідну функціональну залежність між цими величинами.
У цьому курсовому проекті також вирішується завдання конструювання змінного дротяного резистора, призначеного для електричного моделювання фізичних процесів. Вся складність полягає в тому, що при не великому опорі і розсіюваною потужності він має більшу роздільну здатність, що дозволяє віднести його до потенціометрів.
Тобто даний курсовий проект є внеском у процес розвитку дротяних змінних резисторів.
номінальний опір R = 10 Ом;
номінальна потужність P = 5 Вт;
роздільна здатність d <2%;
температурний коефіцієнт опору
ТКС = ± (5 ¸ 30) × 10 -6 1/град;
термо тобто р. с. Т ерс =- 2 мкВ / град;
момент обертання m = 0,1 Н / м;
ресурс роботи 10 Травня обертань;
випуск n = 10 5 шт / рік;
умови експлуатації:
кліматичні - УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69;
механічні - IV ст. ж. ГОСТ 16962-72.
Майбутній резистор має бути згідно з ГОСТ 15150-69 за кліматичному виконанню експлуатуватися в мікрокліматичних районах з помірним і холодним кліматом в лабораторних, капітальних житлових та інших подібних приміщеннях. Виходячи з даних, для забезпечення ТКС і Т ерс в якості матеріалу для резистивного елемента по [1.39] вибираємо манганін - мідно-марганцевий сплав, який складається з 83 ¸ 86,5% міді, 11 ¸ 13,5% марганцю і 2,5 ¸ 3,5% нікелю. У манганін
r = 0,42 ¸ 0,48 Ом × мм 2 / м, ТКС = ± (0,5 ¸ 30) × 10 -5 1/град, Т ЕРС = 1 мкВ / град.
Намотування резистивного елемента зробимо манганіновим проводом марки ПМТ - твердий, з ізоляцією в один шар з високотвердих емалі і діаметром жили від 0,02 до 0,8 мм.
Так як резистор повинен мати ресурс роботи 10 травня обертань, то необхідно забезпечити хороший контакт пружини струмознімання до резистивної дроті при мінімальному контактному зусиллі і надійну фіксацію встановленого опору.
Для резистивного каркаса потрібно вибирати плоский каркас, так як він має менший об'єм чим циліндричний.
Номінальна потужність майбутнього резистора дорівнює 2 Вт, що відносить його класу резисторів середньої потужності, тому у нього буде відсутній великий перегрів.
Виробництво резисторів - серійне. З цього потрібно забезпечити простоту виготовлення і використовувати для нього недорогі матеріали.
Так як резистор має великий опір, а відповідно великі розміри резистивного елемента, то для зменшення габаритних розмірів слід зробити резистивний елемент підковоподібної форми.
Аналогічними конструкціями для даного резистора є конструкції дротяних резисторів з круговим переміщенням рухомого контакту СП5-2, СП5-3, СП5-2Т і СП5-3Т. Ці резистори, для приведення в рух ковзаючого контакту, використовують черв'ячну передачу, що небажано використовувати в даному резисторі. Так як ця конструкція з-за своїх малих розмірів може вийти з ладу раніше часу (за рахунок зносу валу), не забезпечує плавної зміни опору і для створення певного контактного зусилля і фіксації встановленого опору вимагає додаткових витрат.
Більш відповідну конструкцію має малогабаритний будівельних резистор СП15-16Б, в якому притиск контактної системи до токос'ему здійснюється за рахунок пружини. Контактна пружина має вигляд консольної балки, що дозволяє вибрати значення контактного зусилля в досить широких межах. Але негативною стороною цих резисторів є їх герметичність, що не дозволяє робити розбирання резистора. Загальним невідповідним елементом цих конструкцій для розробленого резистора є те, що у них резистивний елемент є струнним і контактна пружина знаходиться між власником і резистивним елементом. Пружина, що притискає контактну систему до токос'ему, знаходиться в середині корпусу, створюючи зусилля за рахунок своєї пружності і жорсткості матеріалу корпусу.
З огляду на ці недоліки в існуючих резисторах, щодо проектованого вибираємо такі напрямки:
Обертання ковзаючого контакту проводити за допомогою пружин;
Фіксація встановленого опору за допомогою пружин;
Створення контактного зусилля за допомогою пластинчастих пружин і стопорних шайб для можливості його регулювання;
Токос'ем виконаємо у вигляді консольної пружини круглого перерізу, а з'єднання контакту і виведення зробимо у вигляді спіралі;
Корпус резистора - відкритий, тобто кришки не має, тому що умови роботи - лабораторії, житлові будинки та інші подібні приміщення.
де S - площа каркаса, мм 2, P-електрична потужність розсіювання, Вт;
J-перегрів обмотки, рівний різниці між максимально допустимою температурою на обмотці і номінальної температури навколишнього середовища, ˚ C;
μ-середній коефіцієнт тепловіддачі резисторів, що лежить в межах (5ч20) · 10 -5 Вт / мм 2 · град [1.73];
Визначення діаметра дроту:
де d-діаметр дроту, мм;
ρ-питомий електричний опір, Ом · мм 2 / м, для манганина становить 0,46 Ом · мм 2 / м [1.39];
R-опір обмотки, Ом;
к-коефіцієнт, числено дорівнює відношенню кроку намотування до діаметра дроту. Для резистивних елементів, з ізольованою дротом до = 1,05 ч1, 2 [1.73];
Визначення довжини дроту L, мм:
Визначення кроку намотування дроту t н, мм:
Визначення довжини каркасу:
Площа плоского каркасу визначається за формулою:
де l 0-довжина активної частини каркаса, мм;
a - висота каркаса, мм;
b - ширина каркаса, мм.
Звідси:
Вибираємо, виходячи з практичних міркувань:
a = 10 мм, b = 1 мм;
Визначення кількості витків резистивного елемента n:
Визначення кроку намотування t н через L, a, b:
Цей результат приблизно рівний раніше розрахунком, значить крок намотування обраний правильно. З конструктивних міркувань задаємо кут повороту 300 0. Обчислимо довжину каркаса, якщо б він мав форму замкнутої окружності
Визначимо діаметр каркаса
Визначимо роздільну здатність проектіруемого резистора [1.83]
Отримана роздільна здатність набагато більше заданої.
Конструкцію вибираємо у вигляді консольної пружини круглого перерізу.
Визначимо діаметр пружини
де d пр - діаметр пружини, мм
F k - мінімальний контактний зусилля, м
Е - модуль пружності, кг / мм 2
s - напруження в матеріалі пружини, кг / мм 2
f в - максимальна частота вібрацій, 1/сек
g - щільність матеріалу пружини
Визначення довжини пружини
Визначимо прогин пружини під дією контактного зусилля
Визначимо коефіцієнт запасу за контактним зусиллю
де а = 40 см / сек - максимальна величина ударних або лінійних прискорень. За таких характеристик пружини, резистор буде мати заданий ресурс роботи, і забезпечувати хороший контакт.
де J - температура перегріву резистивного елемента, град;
P - потужність розсіювання, Вт;
μ - середнє значення коефіцієнта тепловіддачі [1.106],
Вт / мм 2 · град;
S р. е. - площа поверхні резистивного елемента, мм 2, яка визначається за формулою:
Тоді:
де L - індуктивність резистивного елемента, Гн;
n - кількість витків резистивного елемента;
b - ширина каркаса, мм;
h - висота каркаса, мм;
l-довжина каркаса, мм;
Розрахунок власної ємності резистивного елемента з каркасом наведеним до круглого перерізу виготовленого з діелектрика проводиться за формулою [1.111]:
С = 0.1k 1 k 2 d k (3.17)
де С - власна ємність, пФ;
k 1 - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між кроком намотки t н і діаметром резистивної дроту;
k 2 - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між довжиною намотки резистивного елемента l 0 і діаметром каркаса резистивного елемента d к;
d к-діаметр каркаса резистивного елемента, мм.
Зробимо перерахунок резистивного елемента з прямокутним перетином у круглий і визначимо його діаметр.
де a - ширина резистивного елемента, мм;
b - висота резистивного елемента, мм;
Для співвідношення t н / d k = 1.07 і l 0 / d k = 8.7 коефіцієнти k 1 і k 2 згідно графіку [1.111] приймають значення:
k 1 = 2.5, k 2 = 3.
Тоді:
Токос'ем проводиться за допомогою контактної пружини, виконаної зі сплаву золота і міді у вигляді консольної балки. Форма пояснюється тим, що цей резистор розрахований на великий ресурс роботи, а ця конструкція дозволяє створити невеликі і стабільні контактні зусилля.
Обрана резистивна дріт марки ПЕВМТ-1 має мінімальний ТКС, що значно підвищує стабільність встановленого опору. Така дріт забезпечує високий опір (R = 2,2 кОм), при діаметрі дроту d = 0,07 мм. Крок намотування t ш = 0,075 мм забезпечує роздільну здатність d = 0,12%.
Для хорошого контакту в резистивном елементі робиться вибірка глибиною 10 ... 30 * 10 -3 мм і має 8-10 клас точності.
Токос'ем виробляється за допомогою плоскої і тонкої пружини, одним кінцем припаяної до висновку резистора, а іншим - до кінця контактної пружини. Її конструкція розрахована на великій рядків служби.
Сама пружина жорстко закріплена на тримачі, який в свою чергу з'єднаний з віссю обертання. приводить в обертання всю контактну систему.
Фіксація встановленого опору та освіта необхідного контактного зусилля досягається за допомогою контактних шайб, розташованих на осі обертання. Така конструкція забезпечує легку регулювання контактного зусилля, надійну фіксацію опору, не вимагає великих зусиль для переміщення контактної пружини.
Ще одна перевага такої конструкції полягає в тому, що резистор піддається ремонту, зокрема заміни стрижня пружини на осі. А така заміна суттєво продовжує рядків служби резистора.
Тримач з контактної пружиною і резистивний елемент поміщаються в серед пластмасового корпусу, що забезпечує ізоляцію та захист від механічних впливів, і зручне кріплення резистора.
В цілому конструкція проста і надійна, не потребує великих витрат коштів і придатна для серійного виробництва.
Основним елементом у змінному резисторі є резистивний елемент і контактний пристрій.
У даній конструкції електричний контакт обмотки з висновком створюється обтисненням металевою обоймою навколо кінцевих витків обмотки. Використовується і додаткове кріплення - просочення її ізоляційним лаком. Кріплення резистивного елемента проводиться клеєм у спеціальному пазу.
Кріплення контактної пружини до тримача здійснюється впайкой її в металевий циліндр з підошвою, прикріплений до власника клеєм.
Вісь переміщення контактної пружини здійснює свої рухи в металевій втулці з зовнішньою різьбою, впрессованной в основу корпусу. На підставі втулки, в спеціальних пазах, розташовуються плоскі пружини, які створюють фіксацію опору за допомогою обтискання осі валу обертання. Таких пружин є 4, вони пружні і пластичні, відшліфовані до 10 класу точності, що б створювати мінімальну силу тертя з віссю обертання. Між власником і втулкою розміщені ще 2 пружини для регулювання контактного зусилля. У утримувач впрессована металева шайба, яка запобігає передчасний знос власника.
На утримувачі, співвісно контактної пружині, є виступ, який обмежує кут повороту ковзаючого контакту.
Струмознімальних пружина розташована над власником, і одним кінцем припаяна до токос'ему, а інший до висновку. Вісь обертання вставлена в утримувач, і на кінці має паз для стопорних шайб, створюють контактне зусилля. Також має виступ для насадки на нього фішки для зручності обертання. Зовнішні висновки з зовні змінного резистора виконані у вигляді пластин і впресовані в корпус.
ПАСПОРТ
Даний резистор призначений для електричного моделювання фізичних процесів.
Електричні дані:
Номінальний опір R H = 10 кОм
Номінальна потужність P H = 5 Вт
Роздільна здатність d = 0.7%
Кут повороту a = 300 0
Власна індуктивність L = 0.157мкГн
Власна ємність С = 4.25пФ
Термо - е. д. с. Т ерс = 1мкВ / 0 С
Температурний коефіцієнт стабільності ТКС = ± (5 ¸ 30) 10 5 1 / 0 С
Конструктивні дані:
Габаритні розміри
Діаметр контактної пружини d пр = 0.3мм
Довжина контактної пружини l пр = 25.8мм
Кількість витків n = 152
Діаметр дроту d = 0,12 мм
Довжина дроту L = 4266.3м
Крок намотування t ш = 0,1 мм
Висота каркаса a = 10мм
Діаметр каркаса D = 58мм
Умови експлуатації:
Кліматичні УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69
Механічні 2ст. ж. ГОСТ 16962-71
Сам резистор має середні габаритні розміри, що зручно при регулюванні. Температура нагріву резистора дорівнює 16,5 0 С, але так як резистор розраховувався для 30 0 С, тобто запас, який особливо важливий при довготривалій експлуатації.
У результаті розрахунків отримали резистор з більшою роздільною здатністю.
Недоліком є наявність значних ємностей та індуктивностей, що обмежує застосування резисторів на високих частотах.
Отримана конструкція дуже зручна при серійному виробництві. Вона проста і не вимагає дуже складного обладнання. Тим часом конструкція надійна і довговічна. Підлягає ремонту та заміни.
Вартість конструкції не висока і визначається вартістю золота в струмозніманні, бронзи, манганіновой дроту та прес порошку.
2. В.Л. Соломаха та ін Довідник конструктора-приладобудівників. Проектування. Основні норми. Мн. Вища школа. 1988
3. А.К. Бєлоусов, В.С. Савченко. Електричні рознімних контактів в радіоелектронній апаратурі. М. Енергія. 1975
Харківський державний технічний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
на уроках: Елементна база ЕА
на тему: Резистор змінного опору типу А
Розробив
Керівник проекту
2009
Зміст
Введення
1. Аналіз ТЗ
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Електричний і конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок резистивного елемента
3.2 Розрахунок контактної пружини
3.3 Теплотехнічний розрахунок
3.4 Розрахунок частотних характеристик
4. Ескізна опрацювання елементу та обгрунтування прийнятих рішень
5. Уточнення та опис конструкції
Висновки
Перелік посилань
Завдання на курсовий проект (роботу) студента
1. Тема проекту (роботи): Резистор змінного опору з круговим обертанням рухомої системи.
2. Термін здачі закінченого проекту (роботи): 24.04.2001
3. Вихідні дані до проекту (роботи):
R min <10 Ом; R max = 1кОм; P R = 5Вт; ΔR max = 5%; δR <2%;
ТКR <50 * 10 -6 1 / град;
діаметр осі управління 4мм; max діаметр резистора 25мм; ресурс роботи-10 травня пересувань.
Умови експлуатації:
кліматичні УХЛ 2.1 ГОСТ 15150 - 69;
випуск n = 100 000 шт. / Рік.
Введення
За, останні роки широке застосування отримала радіоелектронна техніка, характер і функції якої вимагають застосування десятків і сотень тисяч різних комплектуючих виробів. Серед них резистори складають значну частину.Вони виконують відповідальну функцію - перерозподіл електричної енергії між іншими елементами схем - і складають до 50% загальної кількості елементів радіоелектронної апаратури.
Дротяні резистори знаходять широке застосування, так як вони мають наступні переваги:
Можливість виготовлення резисторів з точною величиною номінального опору;
Високу стабільність опору при впливі різних зовнішніх факторів;
Малу величину температурного коефіцієнта опору;
Велику допустиму потужність розсіювання;
Стійкість до електричних перевантажень;
Незначний рівень власних шумів;
Високу радіаційну стійкість;
Високу зносостійкість і ін
Завдяки цим достоїнствам дротяні резистори успішно використовуються в таких радіоелектронних пристроях, до яких пред'являються підвищені вимоги точності і стабільності електричних та експлуатаційних параметрів.
Резистори використовуються в електронній апаратурі, різних системах автоматичного управління та регулювання, в електрообладнанні транспорту та вимірювальної техніки. За допомогою потенціометрів можна не тільки перетворити механічну величину в електричну, а й реалізувати необхідну функціональну залежність між цими величинами.
У цьому курсовому проекті також вирішується завдання конструювання змінного дротяного резистора, призначеного для електричного моделювання фізичних процесів. Вся складність полягає в тому, що при не великому опорі і розсіюваною потужності він має більшу роздільну здатність, що дозволяє віднести його до потенціометрів.
Тобто даний курсовий проект є внеском у процес розвитку дротяних змінних резисторів.
1. Аналіз ТЗ
Згідно технічного завдання необхідно спроектувати резистор змінного опору з такими характеристиками:номінальний опір R = 10 Ом;
номінальна потужність P = 5 Вт;
роздільна здатність d <2%;
температурний коефіцієнт опору
ТКС = ± (5 ¸ 30) × 10 -6 1/град;
термо тобто р. с. Т ерс =- 2 мкВ / град;
момент обертання m = 0,1 Н / м;
ресурс роботи 10 Травня обертань;
випуск n = 10 5 шт / рік;
умови експлуатації:
кліматичні - УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69;
механічні - IV ст. ж. ГОСТ 16962-72.
Майбутній резистор має бути згідно з ГОСТ 15150-69 за кліматичному виконанню експлуатуватися в мікрокліматичних районах з помірним і холодним кліматом в лабораторних, капітальних житлових та інших подібних приміщеннях. Виходячи з даних, для забезпечення ТКС і Т ерс в якості матеріалу для резистивного елемента по [1.39] вибираємо манганін - мідно-марганцевий сплав, який складається з 83 ¸ 86,5% міді, 11 ¸ 13,5% марганцю і 2,5 ¸ 3,5% нікелю. У манганін
r = 0,42 ¸ 0,48 Ом × мм 2 / м, ТКС = ± (0,5 ¸ 30) × 10 -5 1/град, Т ЕРС = 1 мкВ / град.
Намотування резистивного елемента зробимо манганіновим проводом марки ПМТ - твердий, з ізоляцією в один шар з високотвердих емалі і діаметром жили від 0,02 до 0,8 мм.
Так як резистор повинен мати ресурс роботи 10 травня обертань, то необхідно забезпечити хороший контакт пружини струмознімання до резистивної дроті при мінімальному контактному зусиллі і надійну фіксацію встановленого опору.
Для резистивного каркаса потрібно вибирати плоский каркас, так як він має менший об'єм чим циліндричний.
Номінальна потужність майбутнього резистора дорівнює 2 Вт, що відносить його класу резисторів середньої потужності, тому у нього буде відсутній великий перегрів.
Виробництво резисторів - серійне. З цього потрібно забезпечити простоту виготовлення і використовувати для нього недорогі матеріали.
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
Конструкція заданого дротяного змінного резистора в більшій мірі залежить від заданих характеристик. Отже, після аналізу технічного завдання стало відомо, що конструюються резистор повинен мати плоский резистивний елемент з постійним перерізом у вигляді прямокутника.Так як резистор має великий опір, а відповідно великі розміри резистивного елемента, то для зменшення габаритних розмірів слід зробити резистивний елемент підковоподібної форми.
Аналогічними конструкціями для даного резистора є конструкції дротяних резисторів з круговим переміщенням рухомого контакту СП5-2, СП5-3, СП5-2Т і СП5-3Т. Ці резистори, для приведення в рух ковзаючого контакту, використовують черв'ячну передачу, що небажано використовувати в даному резисторі. Так як ця конструкція з-за своїх малих розмірів може вийти з ладу раніше часу (за рахунок зносу валу), не забезпечує плавної зміни опору і для створення певного контактного зусилля і фіксації встановленого опору вимагає додаткових витрат.
Більш відповідну конструкцію має малогабаритний будівельних резистор СП15-16Б, в якому притиск контактної системи до токос'ему здійснюється за рахунок пружини. Контактна пружина має вигляд консольної балки, що дозволяє вибрати значення контактного зусилля в досить широких межах. Але негативною стороною цих резисторів є їх герметичність, що не дозволяє робити розбирання резистора. Загальним невідповідним елементом цих конструкцій для розробленого резистора є те, що у них резистивний елемент є струнним і контактна пружина знаходиться між власником і резистивним елементом. Пружина, що притискає контактну систему до токос'ему, знаходиться в середині корпусу, створюючи зусилля за рахунок своєї пружності і жорсткості матеріалу корпусу.
З огляду на ці недоліки в існуючих резисторах, щодо проектованого вибираємо такі напрямки:
Обертання ковзаючого контакту проводити за допомогою пружин;
Фіксація встановленого опору за допомогою пружин;
Створення контактного зусилля за допомогою пластинчастих пружин і стопорних шайб для можливості його регулювання;
Токос'ем виконаємо у вигляді консольної пружини круглого перерізу, а з'єднання контакту і виведення зробимо у вигляді спіралі;
Корпус резистора - відкритий, тобто кришки не має, тому що умови роботи - лабораторії, житлові будинки та інші подібні приміщення.
3. Електричний і конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок резистивного елемента
Визначення площі плоского каркасу резистивного елемента проводиться згідно формули [1.73]:де S - площа каркаса, мм 2, P-електрична потужність розсіювання, Вт;
J-перегрів обмотки, рівний різниці між максимально допустимою температурою на обмотці і номінальної температури навколишнього середовища, ˚ C;
μ-середній коефіцієнт тепловіддачі резисторів, що лежить в межах (5ч20) · 10 -5 Вт / мм 2 · град [1.73];
Визначення діаметра дроту:
де d-діаметр дроту, мм;
ρ-питомий електричний опір, Ом · мм 2 / м, для манганина становить 0,46 Ом · мм 2 / м [1.39];
R-опір обмотки, Ом;
к-коефіцієнт, числено дорівнює відношенню кроку намотування до діаметра дроту. Для резистивних елементів, з ізольованою дротом до = 1,05 ч1, 2 [1.73];
Визначення довжини дроту L, мм:
Визначення кроку намотування дроту t н, мм:
Визначення довжини каркасу:
Площа плоского каркасу визначається за формулою:
де l 0-довжина активної частини каркаса, мм;
a - висота каркаса, мм;
b - ширина каркаса, мм.
Звідси:
Вибираємо, виходячи з практичних міркувань:
a = 10 мм, b = 1 мм;
Визначення кількості витків резистивного елемента n:
Визначення кроку намотування t н через L, a, b:
Цей результат приблизно рівний раніше розрахунком, значить крок намотування обраний правильно. З конструктивних міркувань задаємо кут повороту 300 0. Обчислимо довжину каркаса, якщо б він мав форму замкнутої окружності
Визначимо діаметр каркаса
Визначимо роздільну здатність проектіруемого резистора [1.83]
Отримана роздільна здатність набагато більше заданої.
3.2 Розрахунок контактної пружини
В якості матеріалу пружини вибираємо сплав золота (80%) і міді (20%), який має високу твердість і електропровідність, стійкий до корозії і зварювання.Конструкцію вибираємо у вигляді консольної пружини круглого перерізу.
Визначимо діаметр пружини
де d пр - діаметр пружини, мм
F k - мінімальний контактний зусилля, м
Е - модуль пружності, кг / мм 2
s - напруження в матеріалі пружини, кг / мм 2
f в - максимальна частота вібрацій, 1/сек
g - щільність матеріалу пружини
Визначення довжини пружини
Визначимо прогин пружини під дією контактного зусилля
Визначимо коефіцієнт запасу за контактним зусиллю
де а = 40 см / сек - максимальна величина ударних або лінійних прискорень. За таких характеристик пружини, резистор буде мати заданий ресурс роботи, і забезпечувати хороший контакт.
3.3 Теплотехнічний розрахунок
Визначення температури перегріву резистивного елемента при встановленому тепловому режимі проводиться згідно формули [1.106]:де J - температура перегріву резистивного елемента, град;
P - потужність розсіювання, Вт;
μ - середнє значення коефіцієнта тепловіддачі [1.106],
Вт / мм 2 · град;
S р. е. - площа поверхні резистивного елемента, мм 2, яка визначається за формулою:
Тоді:
3.4 Розрахунок частотних характеристик
Розрахунок індуктивності резистивного елемента з прямолінійним каркасом прямокутного перерізу проводиться за формулою [1.111]:де L - індуктивність резистивного елемента, Гн;
n - кількість витків резистивного елемента;
b - ширина каркаса, мм;
h - висота каркаса, мм;
l-довжина каркаса, мм;
Розрахунок власної ємності резистивного елемента з каркасом наведеним до круглого перерізу виготовленого з діелектрика проводиться за формулою [1.111]:
С = 0.1k 1 k 2 d k (3.17)
де С - власна ємність, пФ;
k 1 - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між кроком намотки t н і діаметром резистивної дроту;
k 2 - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між довжиною намотки резистивного елемента l 0 і діаметром каркаса резистивного елемента d к;
d к-діаметр каркаса резистивного елемента, мм.
Зробимо перерахунок резистивного елемента з прямокутним перетином у круглий і визначимо його діаметр.
де a - ширина резистивного елемента, мм;
b - висота резистивного елемента, мм;
Для співвідношення t н / d k = 1.07 і l 0 / d k = 8.7 коефіцієнти k 1 і k 2 згідно графіку [1.111] приймають значення:
k 1 = 2.5, k 2 = 3.
Тоді:
4. Ескізна опрацювання елементу та обгрунтування прийнятих рішень
У даній роботі розробляється дротяний резистор змінного опору з прямокутним резистивним елементом. Резистивна дріт намотана на каркас і зігнута в подковообразную форму так, що токос'ем відбувається в результаті кругового руху ковзаючого контакту. Круговий переміщення обумовлено тим, що при такому виготовленні резистор буде мати менші габаритні розміри. Плоский резистивний елемент вибирається з того, що велика довжина намотуваним дроту (L = 17.63м). При тій же довжині він займе менше місця, ніж циліндричний.Токос'ем проводиться за допомогою контактної пружини, виконаної зі сплаву золота і міді у вигляді консольної балки. Форма пояснюється тим, що цей резистор розрахований на великий ресурс роботи, а ця конструкція дозволяє створити невеликі і стабільні контактні зусилля.
Обрана резистивна дріт марки ПЕВМТ-1 має мінімальний ТКС, що значно підвищує стабільність встановленого опору. Така дріт забезпечує високий опір (R = 2,2 кОм), при діаметрі дроту d = 0,07 мм. Крок намотування t ш = 0,075 мм забезпечує роздільну здатність d = 0,12%.
Для хорошого контакту в резистивном елементі робиться вибірка глибиною 10 ... 30 * 10 -3 мм і має 8-10 клас точності.
Токос'ем виробляється за допомогою плоскої і тонкої пружини, одним кінцем припаяної до висновку резистора, а іншим - до кінця контактної пружини. Її конструкція розрахована на великій рядків служби.
Сама пружина жорстко закріплена на тримачі, який в свою чергу з'єднаний з віссю обертання. приводить в обертання всю контактну систему.
Фіксація встановленого опору та освіта необхідного контактного зусилля досягається за допомогою контактних шайб, розташованих на осі обертання. Така конструкція забезпечує легку регулювання контактного зусилля, надійну фіксацію опору, не вимагає великих зусиль для переміщення контактної пружини.
Ще одна перевага такої конструкції полягає в тому, що резистор піддається ремонту, зокрема заміни стрижня пружини на осі. А така заміна суттєво продовжує рядків служби резистора.
Тримач з контактної пружиною і резистивний елемент поміщаються в серед пластмасового корпусу, що забезпечує ізоляцію та захист від механічних впливів, і зручне кріплення резистора.
В цілому конструкція проста і надійна, не потребує великих витрат коштів і придатна для серійного виробництва.
5. Уточнення та опис конструкції
Сконструйований змінний резистор складається з корпусу, який має круглу форму і виготовлений з пластмаси.Основним елементом у змінному резисторі є резистивний елемент і контактний пристрій.
У даній конструкції електричний контакт обмотки з висновком створюється обтисненням металевою обоймою навколо кінцевих витків обмотки. Використовується і додаткове кріплення - просочення її ізоляційним лаком. Кріплення резистивного елемента проводиться клеєм у спеціальному пазу.
Кріплення контактної пружини до тримача здійснюється впайкой її в металевий циліндр з підошвою, прикріплений до власника клеєм.
Вісь переміщення контактної пружини здійснює свої рухи в металевій втулці з зовнішньою різьбою, впрессованной в основу корпусу. На підставі втулки, в спеціальних пазах, розташовуються плоскі пружини, які створюють фіксацію опору за допомогою обтискання осі валу обертання. Таких пружин є 4, вони пружні і пластичні, відшліфовані до 10 класу точності, що б створювати мінімальну силу тертя з віссю обертання. Між власником і втулкою розміщені ще 2 пружини для регулювання контактного зусилля. У утримувач впрессована металева шайба, яка запобігає передчасний знос власника.
На утримувачі, співвісно контактної пружині, є виступ, який обмежує кут повороту ковзаючого контакту.
Струмознімальних пружина розташована над власником, і одним кінцем припаяна до токос'ему, а інший до висновку. Вісь обертання вставлена в утримувач, і на кінці має паз для стопорних шайб, створюють контактне зусилля. Також має виступ для насадки на нього фішки для зручності обертання. Зовнішні висновки з зовні змінного резистора виконані у вигляді пластин і впресовані в корпус.
ПАСПОРТ
Даний резистор призначений для електричного моделювання фізичних процесів.
Електричні дані:
Номінальний опір R H = 10 кОм
Номінальна потужність P H = 5 Вт
Роздільна здатність d = 0.7%
Кут повороту a = 300 0
Власна індуктивність L = 0.157мкГн
Власна ємність С = 4.25пФ
Термо - е. д. с. Т ерс = 1мкВ / 0 С
Температурний коефіцієнт стабільності ТКС = ± (5 ¸ 30) 10 5 1 / 0 С
Конструктивні дані:
Габаритні розміри
Діаметр контактної пружини d пр = 0.3мм
Довжина контактної пружини l пр = 25.8мм
Кількість витків n = 152
Діаметр дроту d = 0,12 мм
Довжина дроту L = 4266.3м
Крок намотування t ш = 0,1 мм
Висота каркаса a = 10мм
Діаметр каркаса D = 58мм
Умови експлуатації:
Кліматичні УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69
Механічні 2ст. ж. ГОСТ 16962-71
Висновки
В результаті проектування було отримано дротяний резистор змінного опору. Його характеристики, наведені в паспорті, говорять про його достоїнства і недоліки.Сам резистор має середні габаритні розміри, що зручно при регулюванні. Температура нагріву резистора дорівнює 16,5 0 С, але так як резистор розраховувався для 30 0 С, тобто запас, який особливо важливий при довготривалій експлуатації.
У результаті розрахунків отримали резистор з більшою роздільною здатністю.
Недоліком є наявність значних ємностей та індуктивностей, що обмежує застосування резисторів на високих частотах.
Отримана конструкція дуже зручна при серійному виробництві. Вона проста і не вимагає дуже складного обладнання. Тим часом конструкція надійна і довговічна. Підлягає ремонту та заміни.
Вартість конструкції не висока і визначається вартістю золота в струмозніманні, бронзи, манганіновой дроту та прес порошку.
Перелік посилань
1. М.Т. Железнов, Л.Г. Ширшев. Дротяні резистори. М. Енергія. 19702. В.Л. Соломаха та ін Довідник конструктора-приладобудівників. Проектування. Основні норми. Мн. Вища школа. 1988
3. А.К. Бєлоусов, В.С. Савченко. Електричні рознімних контактів в радіоелектронній апаратурі. М. Енергія. 1975