Московський Державний Технічний Університет
імені Н.Е. Баумана
Калузький філія
Факультет: ЕІУК
Кафедра: ЕІУ1-КФ
Розрахунково-пояснювальна записка
до курсового проекту по курсу
«Конструкторсько-технологічне проектування»
Тема: «Телефонний апарат спеціального призначення»
Калуга 2009
Введення
Метою курсового проекту є ознайомлення з конструкцією і розробка технологічного процесу складання субблока. В якості вироби для даного курсового проекту візьмемо телефонний апарат спеціального призначення.
Конструкторська частина включає в себе побудову схеми електричної принципової і функціональної схеми, складальне креслення субмодуля. Так само конструкторська частина включає необхідні розрахунки: на дію удару, на вібрацію, розрахунок теплового режиму радіатора, розрахунок надійності.
Технологічна частина представлена розробкою технологічного процесу складання субблока з описом застосовуваної технологічної оснастки.
У висновку виконаної роботи проводять атестацію розробленого технологічного процесу.
1 Конструкторська частина
1.1 Призначення пристрою
Виріб ТАС призначено для використання в якості абонентського кінцевого пристрою в системах закритого зв'язку, що забезпечує роботу з двопровідним і чотирипровідних абонентських ліній.
Основним вузлом вироби ТАС є аналоговий телефонний апарат спеціального застосування.
До складу виробу входить також блок ХОФ 09, призначений для захисту телефонного апарата від високочастотних перешкод в абонентській лінії і ланцюгах сигналізації. Виріб має два варіанти конструктивного виконання в залежності від типу телефонного апарата (ТА):
а) виріб з номеронабирачем.
б) виріб без номеронабирача - для роботи з ручним комутатором.
1.2 Основні технічні характеристики
Виріб зберігає свої параметри:
- При температурі навколишнього середовища від 278 до 313 К;
- При відносній вологості до 80% при температурі 298 К;
- Після впливу граничних температур від 233 до 323 К;
- Після впливу зниженого атмосферного тиску до 22,7 кПа (170 мм.рт.ст.) при авіатранспортірованіі;
- Після впливу механічних навантажень при транспортуванні.
Виріб забезпечує безперервну цілодобову роботу.
Електроживлення виробу здійснюється від центральної живильної батареї напругою 48 (+9, -6) У, 60 (+6, -2) В або 120 (+12, -4) У із застосуванням мостів електроживлення. При цьому параметри абонентських ліній залежно від напруги джерела харчування такі:
- При напрузі джерела живлення 48 В і 60 В опір двухпроводной лінії від 0 до 600 Ом, чьотирьох лінії від 0 до 900 Ом;
- При напрузі джерела живлення 120 В опір двухпроводной лінії від 500 до 1500 Ом, чьотирьох лінії від 800 до 3000 Ом.
Струм, споживаний виробом від мережі живлення, що імітує центральну живильну батарею, через міст харчування з опором 900 Ом не більше:
- 45 мА при напрузі живлення 57 В,
- 50 мА при напрузі живлення 66 В,
- 100 мА при напрузі живлення 132 В.
Термін служби виробу становить 10 років.
1.3 Опис принципу функціонування
Розглянемо роботу виробу в двухпроводном режимі. При опущеною телефонній трубці виріб ТАС1 знаходиться в режимі очікування сигналу виклику з телефонної лінії. Контакти важільного перемикача SA 1 ... SA 6 перебувають в положенні, зображеному на принциповій схемі.
Постійна напруга з телефонної лінії через високоомні резистори R 4, R 5 і діодний міст VD 1, призначений для розпізнавання полярності підключення до лінії, надходить на висновки харчування VDD і VSS мікросхеми DA 1. Стабілітрон VD 4 обмежує надходить напругу до 5 В. Ця напруга дозволяє мікросхемі DA 1 зберігати останній набраний номер, а також програмовані установки по вибору гучності та типу сигнали дзвінка. Стан високого імпедансу, присутнє на вході HS / DP мікросхеми DA 1, відповідає її режиму роботи «трубка опущена». Надходить з телефонної лінії сигнал виклику, який має частоту від 25 до 50 Гц і амплітудою не менше 50 В, проходить на вхід мосту VD 1 через контакти перемикача S А2, контакти 5 - 6 вилки сполучної Х3 і низкоомную ланцюг С3, R 3, R 6. Випрямлена напруга з виходу мосту VD 1 надходить на харчування підсилювача сигналу виклику, виконаного на транзисторі VT 1. Сам же змінний викличний сигнал проходить через R 7, VD 10, VD 11 на вхід FCI мікросхеми DA 1, який є входом визначника викличного сигналу. Визначник викличного сигналу, що представляє собою смуговий фільтр зі смугою пропускання від 13 до 70 Гц, не допускає формування тону дзвінка при надходженні на вхід FC 1 сигналу іншої частоти (наприклад, при набору телефонного номера частотою 10 Гц, що поступає з паралельного телефонного апарата). Сигнал мелодії формується на виході МО мікросхеми DA 1 і надходить на вхід підсилювача сигналу виклику (транзистор VT 1). Вихід підсилювача навантажений на акустичний перетворювач У F 1.
Сигнал виклику супроводжується світінням світлодіода VD 1 блоку комбінованого А3, на який під час викличного сигналу надходить падіння напруги на резисторі R 3.
Гучність і частота чергування тонів мелодії виклику може програмуватися за допомогою клавіатури вироби ТАС1.
При знятті телефонної трубки контакти важільного перемикача SA 1 ... SA 6 перемикаються в положення, протилежне тому, яке зображено на принциповій схемі. При цьому напруга з телефонної лінії через контакти перемикачів SA 1 і SA 2 безпосередньо проходить на вхід мосту VD 1. Позитивне напруга з виходу мосту через замкнуті контакти SA 3 та резистори R 9, R 13 відкриває транзистор VT 4, який у свою чергу відкриває паралельно включені транзистори VT 2, VT 3.
Напруга лінії через відкриті транзистори надходить на вхід LS (вхід формувача напруги живлення) та через низькоомний резистор R 19 на вхід LI (датчик стану лінії) мікросхеми DA 1.
Напруга з виходу мосту через резистор R 9 надходить також на вхід HS / DP цієї мікросхеми, переводячи її в режим роботи «трубка знята». При цьому транзистор VT 5 за допомогою керуючого виходу CS мікросхеми DA 1 вводиться в активний режим, забезпечуючи необхідний струм заняття лінії. Стале напруга в телефонній лінії через вхід LS датчика стану лінії мікросхеми DA 1 підтримує такий режим транзистора VT 5, щоб напруга в лінії була достатньою для живлення мікросхеми DA 1.
При розмові сигнал з мікрофона мікротелефонної трубки, рівень якого регулюється ланцюжком R 41, С41, через конденсатори С25, С26 надходить на входи М1, М2 мікросхеми DA 1.
Цей сигнал через вбудований мікрофонний підсилювач надходить на вихід CS мікросхеми DA 1 і далі на базу транзистора VT 5, забезпечуючи модуляцію лінійного струму і, отже, передачу мови в лінію зв'язку. При короткочасному натисканні клавіші МКФ вбудований мікрофонний підсилювач вимикається, при цьому на контакті 22 мікросхеми DA 1 з'являються імпульси, які розряджають конденсатори С39, С35, що викликає появу рівня логічної одиниці на контакті 12 мікросхеми DD 1.3. При повторному натисканні клавіші МКФ мікрофонний підсилювач знову включається. При відключеному мікрофонному підсилювачі рівень логічної одиниці з контакту 12 мікросхеми DD 1.3 відкриває транзистор VT 7 і спалахує світлодіод МКФ, який свідчить про відключення мікрофона.
Мовний сигнал, що приймається з лінії зв'язку, через конденсатор С20 надходить на вхід RI мікросхеми DA 1, пов'язаний з внутрішнім диференціальним підсилювачем пристрої придушення місцевого ефекту. На один вхід диференціального підсилювача надходить сигнал з входу R I. На інший вхід диференціального підсилювача (вхід STB мікросхеми DA 1) через конденсатор С27 поступає сигнал з мікрофонного підсилювача, відкоригований з допомогою зовнішнього балансного контуру, зібраного на елементах R 29, R 31, C 32. Диференціальний підсилювач виробляє віднімання цього сигналу із сумарного мовного сигналу, що приймається з телефонної лінії, завдяки чому на його виході передавальний
сигнал ослаблений у порівнянні з прийомним сигналом. Вихід диференціального підсилювача проходить на вихід RO мікросхеми DA 1 і далі через конденсатор С24 і контакти вилки сполучної Х5 на телефонний капсуль мікротелефонної трубки. Таким чином, досягається необхідна ступінь придушення місцевого ефекту.
1.4 Обгрунтування вибору елементної бази
При комплектації комірки використовуються мікросхеми іноземного виробництва, що дозволяє забезпечити найкращу швидкодію, високу. Більшість елементів призначені для поверхневого монтажу - для якомога більшої мінімізації конструкції.
Мікросхема AS 2533.
Основні характеристики:
Напруга Vdd = 0.3 - 7.0 В;
Вхідний струм I = ± 25 А;
Вхідна напруга на виході LS не більше 10 В;
LI, CS не більше 8 В;
STB, RI не більше 7.3 В;
MO не більше 35 В;
Робоча температура -65 ÷ 125 З;
Вихідний струм низького рівня, мА
на виходах CS, HS, MO, LED не менше 1.5;
Струм споживання в режимі зберігання 0,1 мА
Прототип IL2533N.
Основні характеристики
Мікросхема MC 74 HC 14.
Час затримки 110 нс (типове),
потужність споживання 0,5 мкВт / вентиль,
напруга живлення -0,5 ÷ 7 В
Корпус: SOIC 14
Вітчизняний аналог К561ТЛ1
Час затримки 50 нс (типове),
потужність споживання 0,4 мкВт / вентиль,
напруга живлення 3-15 В
Корпус: 201.14-1 (DIP14)
PVT322 2-канальне реле AC / DC 250В 170мА
Технічні параметри:
Управління | Пост. струм |
Керуючий струм, мА | 2 |
Струм розмикання, мА | 0.4 |
Вихідний каскад | МОП транзіст. |
Контакти | НР |
Комутоване пост.напряженіе, У | -250 ... 250 |
Комутоване змінна напруга, В | 0 ... 250 |
Максимальний струм навантаження, А | 0.17 |
Час включення макс., Мс | 3 |
Час вимкнення макс,, мс | 0.5 |
Опір у відкритому стані макс., Ом | 10 |
Опір в закритому стані хв., МОм | 1000000 |
Напруга ізоляції, кВ | 4 |
Робоча температура, С | -40 ... 85 |
Корпус | CDIP8 |
Керуюча напруга макс., У | 7 |
Електричні параметри твердотільних реле PRAB 34 S, PRAC 34 S
Висновок: Обрана елементна база задовольняє параметрами вироби,
з одного боку, вона дозволяє надати потенційним покупцям і виробникам можливість практично в будь-яких економічних умовах забезпечити виробництво і ремонт, використовуючи широко розповсюджені ЕРЕ, а з іншого боку повністю забезпечити всі технічні вимоги.
1.5 Розрахунок на дію механічних навантажень
Вібрація
Розрахунок ПП на дію вібрації.
Вихідні дані:
Розміри ПП: a 'b' h = 170 '130' 1,5 мм;
Матеріал ПП - склотекстоліт g = 2,05 × 104 Н/м3;
Коефіцієнт перевантаження n = 2;
Маса ЕРЕ mе = 1995
Для текстоліту: E = 3,02 × 1010 Па, m = 0,22, щільність стеклотекстолита r = 2050 кг/м3.
Діапазон частот вібрації 10 - 120 Гц.
1. Визначаємо частоту власних коливань за умови рівномірного навантаження ПП по поверхні ЕРЕ:
Гц
де g - прискорення вільного падіння
m е, m п - маса ЕРЕ і ПП відповідно
m п = a × b × h × r = 0,170 × 0,130 × 0,0015 × 2050 @ 68 г;
m е = S m ЕРЕ i = 95г;
r - щільність стеклотекстолита;
a - коефіцієнт, що залежить від способу закріплення ПП;
a - найбільший розмір довжини плати.
ПП оперта по всьому контуру.
D - циліндрична жорсткість
Н × м
де m - коефіцієнт Пуассона матеріалу ПП;
E - модуль пружності матеріалу ПП;
h - товщина матеріалу ПП;
g - питома вага матеріалу ПП.
2. Знаходимо амплітуду коливань (прогин) ПП на частоті f з діапазону частот впливають на плату, максимально близькою до f с при заданому коефіцієнті перевантаження n:
f = 120 Гц.
м
3. Визначаємо коефіцієнт динамічності KD, що показує у скільки разів амплітуда вимушених коливань на частоті f відрізняється від амплітуди на частоті f з:
де e - показник загасання коливань (для стеклотекстолита при напругах, близьких до допустимих, приймаємо e = 0,06).
4. Знаходимо динамічний прогин ПП при її збудженні з частотою f:
м.
5. Визначаємо еквівалентну цього прогину рівномірно розподілену динамічну навантаження:
Па
6. Визначаємо максимальний розподілений згинальний момент, викликаний навантаженням PD:
Mmax = C 2 × PD × b 2 = 0,068 × 249 × 0,132 = 0,286 Н
де C 1, C 2 - коефіцієнти, які залежать від розмірів ПП і способу її закріплення.
Для обпирання ПП при a / b = 1,04 £ 3:
C1 = 0,00406 +0,18 × lg (a / b) = 0,00406 +0,18 × lg (170/130) = 25 × 10-3
C2 = 0,0479 +0,18 × lg (a / b) = 0,0479 +0,18 × lg (170/130) = 68 × 10-3
7. Знаходимо максимальне динамічна напруга вигину ПП:
МПа
8. Перевіряємо умову віброміцності:
МПа.
де s -1 - межа витривалості матеріалу ПП, для стеклотекстолита s -1 = 105 МПа.
n s = 1,8 ¸ 2 - допустимий запас міцності для стеклотекстолита.
Висновок: Умова віброміцності виконується.
Удар
Розрахунок модулів РЕЗ на дію удару.
Вихідні дані:
тривалість ударного імпульсу: t і = 5 мс;
форма імпульсу: прямокутна;
амплітуда прискорення ударного імпульсу: H у = 10 g;
власна частота коливань механічної системи: fc = 116 Гц.
1. Визначаємо умовну частоту ударного імпульсу:
Гц
2. Визначаємо коефіцієнт передачі при ударі:
для прямокутного імпульсу:
де n - коефіцієнт расстройки:
3. Знаходимо ударне прискорення:
м/с2
Розраховуємо максимальний відносний переміщення:
м
5. Перевіряємо виконання умови удароміцності:
для ПП з ЕРЕ: Smax <0,003 × b, де b - розмір сторони ПП, паралельно якій встановлені ЕРЕ.
0,003 × b = 0,003 × 0,130 = 0,00039 м> м
Висновок: Умова удароміцності виконується.
Розрахунок надійності
Вихідні дані:
специфікація елементів на складальне креслення ПП;
умови експлуатації: стаціонарні);
відносна вологість 98% (при Tc = 35 ° С);
Напрацювання на відмову: 20 000 годин;
Робочий діапазон температур: -3 0 ¸ + 5 0 ° С.
Виходячи з умов експлуатації знаходимо поправочні коефіцієнти: k 1; k 2; k 3; k 4 Складаємо таблицю:
Найменування | Тип | К - ть, n | к1 * к2 * К3 * * К4 | l0 * 10-6 1 / год | lе * 10-6 1 / год |
Конденсатори | 0805 X7R | 2 | 0,37 | 0,02 | 0,0148 |
0805 NPO | 2 | 0,37 | 0,02 | 0,0148 | |
1206 X7R | 5 | 0,37 | 0,02 | 0,037 | |
1812 X7R | 1 | 0,37 | 0,02 | 0,0074 | |
K73-17 | 2 | 0,47 | 0,013 | 0,01222 | |
Тип A | 2 | 0,37 | 0,02 | 0,0148 | |
Тип B | 2 | 0,37 | 0,02 | 0,0148 | |
Тип С | 5 | 0,37 | 0,02 | 0,037 | |
Тип D | 3 | 0,37 | 0,02 | 0,0222 | |
Мікросхеми | AS2533 | 1 | 0,6 | 0,01 | 0,006 |
MC74HC14 | 1 | 0,6 | 0,1 | 0,006 | |
MC74HC4066smd | 3 |