Міністерство освіти і науки України
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
Курсовий проект
Пояснювальна записка
Тема проекту: Розрахунок опору
АНОТАЦІЯ
Даний проект являє собою розробку змінного резистора для вимірювальної апаратури. Резистор має потужність 0,6 Вт При опорі 900.Ом.
Прийнято рішення розробки дротяного резистора, з каркасом прямокутного перерізу. Обсяг пояснювальної записки 19 сторінок.
Зміст
Введення
Аналіз ТЗ
Огляд аналогічних конструкцій і вибір проектування
Електричний і конструктивний розрахунок:
Розрахунок резистивного елемента
Теплотехнічний розрахунок
Розрахунок частотних характеристик
Розрахунок контактної пружини
Ескізна опрацювання елементу та обгрунтування прийнятих рішень
Уточнення та опис конструкції
Паспорт
Висновки
Перелік посилань
ВСТУП
Інтенсивний розвиток радіопромисловості та приладобудування, розробка апаратури на інтегральних та великих інтегральних схемах, створення ЕОМ третього і четвертого поколінь з колосальними можливостями переробки інформації, а також автоматичних систем управління стимулюють розширення виробництва існуючих і створення нових типів змінних резисторів для регулювання режимів і підстроювання електронних ланцюгів до заданими параметрами.
Розробка змінних резисторів - це рішення сукупності складних технічних завдань по синтезу провідних і ізолюючих матеріалів, розрахунку елементів конструкції і визначення оптимальних режимів їх виготовлення.
Науково-технічна проблема створення змінних резисторів складається з трьох основних ланок:
а) розробка та впровадження у виробництво нових типів змінних резисторів, що відповідають справжнім і перспективним вимогам промисловості;
б) уніфікація конструкцій (створення базових конструкцій) і типізація технологічних процесів виробництва змінних резисторів;
в) розробка теорії розрахунку електричних параметрів і створення теорії розрахунку елементів конструкції змінного резистора.
1. АНАЛІЗ ТЗ
Згідно технічного завдання необхідно спроектувати резистор змінного опору з такими характеристиками:
опір 900 Ом;
номінальна потужність P = 0,6 Вт;
забезпечити логарифмічне переміщення елемента
випуск: 500 шт. / рік;
умови експлуатації: - УХЛ4.2 ГОСТ 15150-69.
Відповідно до ГОСТ 15150-69 резистор повинен відповідати кліматичному виконанню для мікрокліматичних районів з помірним і холодним кліматом в лабораторіях при середньорічному мінімумі температури нижче -45 ° С.
Виходячи з даних, для забезпечення прийнятних габаритних розмірів, форми, а також для простоти виготовлення в якості матеріалу для резистивного елемента вибираємо манганін - мідно-марганцевий сплав. Необхідно забезпечити хороший контакт пружини струмознімання до резистивної дроті при мінімальному контактному зусиллі і надійну фіксацію встановленого опору.
Для резистивного елемента потрібно вибирати каркас прямокутного перерізу, так як необхідно забезпечити логарифмічне переміщення елемента.
Номінальна потужність резистора дорівнює 0,6 Вт Відповідно до класифікації така потужність відносить його до класу резисторів середньої потужності.
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. Після аналізу технічного завдання стало відомо, що конструюються резистор повинен мати каркас прямокутного перерізу, з одношарової намотуванням з фіксованим кроком, що дозволяє домогтися найменших відхилень від заданого опору, що важливо для елементів вимірювальної апаратури.
Аналогічними конструкціями для даного резистора є конструкції дротяних резисторів СП5-1, СП5-4. У цих резисторах регулювання опору здійснюється за допомогою мікрометричних гвинтів. Недоліком цієї конструкції є складність, зумовлена тим, що тут використовуються 2 незалежних струмознімання, що не потрібно для розробленого резистора.
Більш відповідну конструкцію мають резистори СП5-14 і СП5-15. Крім більш простого виконання дані резистори мають відповідну форму контактної пружини. Контактна пружина даного резистора має вигляд консольної балки, що дозволяє вибрати значення контактного зусилля в досить широких межах. Негативною стороною даних резисторів є їх герметичність, що не дозволяє робити розбирання резистора.
З огляду на ці недоліки в існуючих резисторах щодо проектованого вибираємо такі напрямки:
переміщення ковзаючого контакту проводити за допомогою метричного гвинта;
фіксація встановленого опору за допомогою пружин;
токос'ем виконаємо у вигляді консольної пружини круглого перерізу;
корпус резистора не герметичний, тому що умови роботи - лабораторії, та інші подібні приміщення.
3. Електричний і конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок резистивного елемента
Визначимо струм, що протікає через наш резистивний елемент, за формулою [1]:
(3.1.1)
де I - струм, А, Р - потужність, Вт; R - опір, Ом.
Знаючи струм, визначимо діаметр дроту за формулою [1]:
(3.1.2)
j - щільність струму вибираємо, враховуючи умови температурної стабільності і малі габаритні розміри майбутнього резистора j = 1.8 , Так як проектований резистор має бути досить малопотужним, а також сила струму I = 26мА - досить невелика величина. З конструктивних міркувань діаметр проводу резистивного елемента вибираємо d = 0.15мм.
При такому діаметрі дроту її довжина повинна дорівнювати:
, (3.1.3)
де ρ - питомий електричний сопративление, Ом · мм 2 / м, для Манганин становить 0,5 Ом · мм 2 / м
Вибираємо розміри каркаса:
D = 3 ... 5 Див
Для забезпечення необхідної роздільної здатності = 0,01%, D = 0.5мм,
Визначаємо корисну довжину намотування за формулою:
B = 0.85 ;
B = 0.85
Кількість витків, яке можна розмістити на цій довжині, визначається за формулою:
;
N = ,
де крок намотування, він дорівнює
d =
коефіцієнт чисельно рівний кроку намотування до діаметра дроту.
Роздільна здатність проектованого резистора визначаємо за формулою:
;
,
де N-кількість витків
= 0,011%
Це відповідає заданої роздільної здатності.
Площа поверхні резистивного елемента визначаємо за формулою:
;
,
де d-діаметр проводу = 0,15 мм
R-опір проектованого резистора = 900Ом
Визначаємо ширину каркаса за допомогою розрахунку:
Так як проектований резистор повинен володіти логарифмічною функціональною характеристикою, то ширина каркасу буде не однаковою і тому необхідно з початок розрахувати за яким законом буде змінюватися ширина каркасу:
;
,
де значення висот каркаса (каркас ми розбиваємо на прямокутники, висоти яких змінюються за логарифмическому закону. Кількість таких прямокутників вибираємо рівним 8.Із конструктивних міркувань
, А
-Визначаємо за формулою:
;
,
де кут укладання проводи на каркас. При використанні даного дроти
Коефіцієнт враховує особливості вигину дроту на каркас, беремо рівним 1,05.
Тоді:
;
;
;
;
;
;
;
3.2 Теплотехнічний розрахунок
Визначення температури перегріву резистивного елемента при встановленому тепловому режимі проводиться згідно формули:
(3.2.1)
де J - температура перегріву резистивного елемента, град;
P - потужність розсіювання, Вт;
μ - середнє значення коефіцієнта тепловіддачі = ,
Вт/мм2 · град;
Sр.е. - Площа поверхні резистивного елемента, з формули 3.1.7
Тоді:
Максимальна температура нагріву дорівнює резистивного елемента визначається за формулою:
;
Т 0-температура навколишнього середовища = 60 З
З
Це температура менше робочої температури матеріалів, що входять до розраховується резистор.
3.3 Розрахунок частотних характеристик
Розрахунок індуктивності резистивного знайдемо за формулою:
(3.3.1)
де L - індуктивність резистивного елемента, Гн;
N - кількість витків резистивного елемента;
Dк - діаметр каркаса, мм;
k3 - коефіцієнт, що залежить від співвідношення Dk / b, при Dk / b = 0.36, k3 = 0.11.
Розрахунок власної ємності резистивного елемента здійснюється за формулою:
С = 0.1k1k2Dk (3.3.2)
де С - власна ємність, пФ;
k1 - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між кроком намотки tн і діаметром резистивної дроту;
k2 - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між довжиною намотки резистивного елемента l0 і діаметром каркаса резистивного елемента dк;
Dк-діаметр каркаса резистивного елемента, мм.
Для співвідношення / D = 4 і b / d = 1 коефіцієнти k1 і k2 згідно [3] приймають значення:
k1 = 0,4,
k2 = 1,1.
Тоді:
Постійна часу визначається за формулою дорівнює:
;
3.4 Розрахунок контактної пружини
При виборі матеріалу пружини треба вибрати матеріал, що має високу електропровідність, твердість, стійкість проти зварювання, високу зносостійкість в парі з обраної дротом. Таким матеріалом є сплав ПСр-25 ГОСТ 6836-72. Конструкцію вибираємо у вигляді консольної пружини круглого перерізу.
Діаметр такої пружини визначається згідно з формулою:
(3.4.1)
де d пр - діаметр пружини, мм
F k - мінімальний контактний зусилля,
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
Довжину пружини визначимо за формулою [2]:
(3.4.2)
Визначимо прогин пружини під дією контактного зусилля
(3.4.3)
(Мм)
За таких характеристик пружини, резистор буде мати заданий ресурс роботи, і забезпечувати хороший контакт.
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 = 34,4 м). При тій же довжині він займе менше місця, ніж циліндричний.
Токос'ем проводиться за допомогою контактної пружини, виконаної зі сплаву срібла 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 латунна марки ВР02 має мінімальний ТКС, що значно підвищує стабільність встановленого опору. Така дріт забезпечує високий опір (R = 900 Ом), при діаметрі дроту d = 0,15 мм. Крок намотування мм забезпечує роздільну здатність d = 0,01%.
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.
5. Уточнення та опис конструкції
Основним елементом у змінному резисторі є резистивний елемент і контактний пристрій.
У даній конструкції електричний контакт обмотки з висновком створюється таким чином: кінець резистивного дроти зачищається від ізоляції і припаюється до висновків. Для фіксації намотування використовується додаткове кріплення - просочення її ізоляційним лаком. Кріплення резистивного елемента проводиться клеєм у спеціальному пазу.
Сама конструкція являє собою пластмасовий корпус з впрессованной в нього висновками. У корпус вклеюється резистивний елемент, що представляє собою ізольований циліндричний каркас, на який намотана резистивна дріт. У корпусі резистора передбачені отвори, в які вставлено мікрометричний гвинт. Для виключення поздовжнього зсуву гвинт закріплений штифтом. У корпус вклеєна струмознімальних шина. Представляє собою металеву пластину. Разом з пластиною виготовлений висновок, який відведений в отвір корпусу. На гвинті розташовується ізоляційна гайка, на якій укріплена контактна пружина. Контактна пружина, з одного боку, контактує з резистивним елементом, а з іншого - з струмознімальних шиною. З метою забезпечення надійної роботи резистора при реалізації зачистки необхідно керуватися такими вимогами: глибина зачистки 150 - 200 мкм; клас млосності 8 - 9.
Каркас резистора має змінну ширину, це забезпечує необхідний закон зміни опору. Каркас анодіруем, а потім покриваємо двома шарами ізоляційного лаку.
ПАСПОРТ
Даний резистор призначений для використання у вимірювальній апаратурі.
Електричні дані:
1. Номінальна потужність Р = 0,6 Вт
2. Опір R = 900 Ом
3. Електрична роздільна здатність
4. Власна індуктивність L = 32 мкГн
5. Власна ємність С = 1,1 пФ
6. Постійна часу τ = 0,35 мкс
Конструктивні дані:
Діаметр контактної пружини d пр = 0.3 мм
Довжина контактної пружини l пр = 9,2 мм
Кількість витків N = 16
Діаметр дроту d = 0,4 мм
Довжина дроту L = 32,4 м
Крок намотування
мм
Довжина каркаса l = 138 мм
Діаметр каркаса D = 50 мм
Умови експлуатації:
Кліматичні УХЛ 4.2. ГОСТ 15150-69
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.
Недоліком є наявність значних ємностей та індуктивностей, що обмежує застосування резисторів на високих частотах нормально
Конструкція надійна і довговічна, підлягає ремонту та заміни, резистор придатний для серійного виробництва.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. М.М. Мальков, В.М. Світенко Пристрої функціональної електроніки та електрорадіоелементи, частина I. Харків: ХІРЕ, 2002. - 140с.
2. М.Т. Железнов, Л.Г. Ширшев. Дротяні резистори. М. Енергія .2000. - 240 с.
3. Резистори: Довідник. Під ред. І.І. Четверткова і В.М. Терехова. - М.: Радіо і зв'язок, 1991. - 528 с.