Плата монтажная блока преобразования и вычисления (продолжение КП Учет расхода газа на ГРП технологического объекта)

001.ТИТУЛ КР.doc

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ковровская государственная технологическая академия
имени В.А.Дегтярева»
Кафедра Приборостроения
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине
Плата монтажная блока
преобразования и вычисления
Студентка гр. ВП-109 Каширина А.С.
Руководитель Пантелеев Е.Ю.

ПОЯСНЕНИЯ 2 .doc

Плата монтажная блока преобразования и вычисления
(продолжение КП «Учет расхода газа на ГРП технологического объекта»)
Курсовая работа .Приборостроение
Исполнитель: Каширина Анна Сергевна
Руководитель : Пантелеев Евгений Юрьевич
Вуз: Ковровская государственная технологическая академия
Записка: (вместе с ТЗ и Заданием - листов)
Чертежи: Автокад- 1 лист формат А1
Описание схемы преобразователя расхода газа 9
Конструкторский расчёт печатных плат .11
1.Размещение элементов на печатной плате 11
2. Определение минимального диаметра монтажного отверстия .. .14
3. Определение минимального диаметра переходного отверстия .. 14
4. Определение ширины проводников 14
5. Определение минимального расстояния между
двумя соседними элементами 14
6.Электрический расчет печатных плат 15
6.1. Расчет сопротивления длинного проводника 15
7. Трассировка печатных плат ..15
7.1. Расчет данных для трассировки печатной платы блока питания 16
7.2. Трассировка печатной платы блока преобразования и
7.3. Методы трассировки печатных плат. Пакеты прикладных
8. Расчет массы элементов ..20
9 Расчет вибропрочности 21
10. Расчет теплового режима ..23
Расчет резбовых соединений крепления платы ..29
1 Расчет прочности винтов М4(с учетом момента от массы всей конструкции) 29
2. Расчет усилий действующих в стыке 30
3. Расчет на прочность винта М4 40Х 31
4 Расчет на срез резьбы в корпусе .32
Библиографический список .. 35

004.КР.doc

Описание схемы преобразователя расхода газа 9
Конструкторский расчёт печатных плат .11
1.Размещение элементов на печатной плате 11
2. Определение минимального диаметра монтажного отверстия .. .14
3. Определение минимального диаметра переходного отверстия .. 14
4. Определение ширины проводников 14
5. Определение минимального расстояния между
двумя соседними элементами 14
6.Электрический расчет печатных плат 15
6.1. Расчет сопротивления длинного проводника 15
7. Трассировка печатных плат ..15
7.1. Расчет данных для трассировки печатной платы блока питания 16
7.2. Трассировка печатной платы блока преобразования и
7.3. Методы трассировки печатных плат. Пакеты прикладных
8. Расчет массы элементов ..20
9 Расчет вибропрочности 21
10. Расчет теплового режима ..23
Расчет резбовых соединений крепления платы ..29
1 Расчет прочности винтов М4(с учетом момента от массы всей конструкции) 29
2. Расчет усилий действующих в стыке 30
3. Расчет на прочность винта М4 40Х 31
4 Расчет на срез резьбы в корпусе .32
Библиографический список .. 35
В курсовой работе согласно технического задания:
-разработана конструкция печатной платы преобразования
и вычисления с проведеним расчета элементов проводящего рисунка
-произведен расчет площади элементов и платырасчета массы
элементов и платырасчета резбовых креплений платы
расчета вибропрочности и теплового режима.
In course work on the technical project:
The design of the printed-circuit-board of transformation-is developed
And calculations with проведеним calculation of elements of spending
Calculation of the area of elements and payments calculation of weight-is
made еlements and a payment calculation fastenings of a payment
Calculation of vibration strength and thermal mode.
В курсовой работе согласно технического задания производится
конструирование платы для блока преобразования и вычисления
учета расхода газа на ГРП технологического объекта.
Разработка данной темы связана с необходимостью точного учёта природного газа на всех уровнях: добыча транспортировка потребление природного газа. Рынок средств учёта различных энергоносителей на сегодняшний момент является наиболее сложным. Важной задачей становится правильно сориентироваться в этом разнообразии и найти оптимальное решение.
На объектах газового хозяйства ещё широко используются для учёта газа механические дифманометры ДСС обладающие такими существенными недостатками как низкая точность измерений нелинейность характеристик зависимость результатов от человеческого фактора ручной труд при обработке диаграммы.
Предлагаемые комплексы учета импортного производства на базе вычислителей дороги и в них могут быть заложены алгоритмы расчётов которые не соответствуют отечественной нормативной базе.
При разработке алгоритмов необходимо учитывать : СНиП 42-01-2001 "Газораспределительные системы";
Правила учета газа" от 14 октября 1996г. Министерство топлива и энергетики.
Для коммерческого учета газа активно используются счетчики газа которые ранее в основном использовались при техническом учете. При выборе и разработке таких счетчиков необходимо руководствоваться
ПР 50.2.019-2006. "Методика выполнения измерений при помощи турбинных ротационных и вихревых счетчиков".
Описание схемы преобразователя расхода газа
При разработке узла учета газа для ГРП технологического объекта решались следующие задачи задачи:
-достижение независимости результатов измерения от изменения параметров среды за счет контроля давления и температуры газа;
-улучшения точности контроля расхода за счет применение датчика
фотометрического типа для туринного счетчика;
-учет специфики работы с природным газом при его редуцировании на ГРП.
ГРП (газораспределительный пункт)- предназначен для снижения давления природного или попутного нефтяного предварительно очищенного от тяжелых углеводородов газа до заданного давления и поддержания его с заданной точностью. Узел замера расхода газа находится в технологическом отсеке (категория отсека по взрывопожарной безопасности – А).
Задача обеспечения взрывозащищенности решена применением датчиков температуры и давления в специальном взрывозащищенном исполнении.
В общей схеме учета используется блок искрозащиты который предназначен для организации искробезопасной электрической цепи и электрического сопряжения оборудования совместимого интерфейсом RS-232 и расположенного в невзрывоопасной зоне с оборудованием расположенным во взрывоопасной зоне.
Принцип работы преобразователя основан на преобразовании объема протекающего через него газа в пропорциональное количество оборотов турбинки. Сигнал с измерительного датчика числа оборотов через блок обработки сигнала поступает в схему электронного преобразователя собранного на микроконтроллере и непосредственно в микроконтроллер.
Сигнал с измерительного датчика температуры через блок обработки сигнала поступает в схему электронного преобразователя собранного на микроконтроллере и непосредственно в микроконтроллер.
Сигнал с измерительного датчика давления через блок обработки сигнала поступает в схему электронного преобразователя собранного на микроконтроллере и непосредственно в микроконтроллер.
Микроконтроллер преобразовывает этот сигналы в показания расхода газа. Данные передаются в блок индикации (ЖК модуль) и отображаются на индикаторе в виде десятичных цифр. С выхода МК информация через интерфейс связи предается на ПЭВМ диспетчерского пункта. Схема электронного преобразователя собранного на микроконтроллере может перепрограммироваться на различные диапазоны работы расхода газа. В состав включена клавиатура. Интерфейс с оператором предполагается организовать в режиме выбора пунктов меню и изменения установленных по умолчанию значений. Разрабатываемое устройство имеет в своём составе блок питания с источником стабилизированного напряжения. Блок питания подключается к преобразователю через блок искрозащиты. Связь с ПЭВМ по интерфейсу RS-232 через блок искрозащиты.
Основным элементом схемы преобразователя сигналов является микроконтроллер TMS 320T243PGEA компании Texas Instruments. В контроллер загружается программа обработки сигналов абсолютного шифратора через микросхему MAX232 что обеспечивает связь контроллера с ПЭВМ.
В схеме существует три канала связи с датчиком. Первый канал формирует сигнал CLOCK для синхронизации датчика он работает на передачу данных из микроконтроллера в датчик. Второй канал работает как приемо-передатчик сигналов интерфейса DAT из датчика в микроконтроллер (основного кода [суммы] о текущем положении датчика). Третий канал служит для увеличения точности датчика. Он принимает сигналы SIN и COS из датчика с реперных частей оптического диска датчика. Сигналы SIN и COS с помощью источника опорного напряжения согласуются с микроконтроллером.
В начальный момент времени после запуска программы микроконтроллер формирует и выдает по каналу DAT кодовое слово. Через 2 такта по каналу CLOCK датчик начинает передавать информацию о положении оптического диска. Микроконтроллер обрабатывает полученную информацию формирует код положения диска анализирует сигнал ошибки и если получается контрольная сумма передает полученный код в регистры хранения данных. Внешнее устройство (ПЭВМ) по каналу связи «забирает» код из регистров. Микроконтроллер вновь записывает в регистры данные (код) о положении оптического диска.
Конструкторский расчёт печатных плат
Расчет печатных плат проводится с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов фотошаблона базирования сверления и т.п. За основу принимаем параметры плат третьего класса точности как наиболее оптимальный вариант по технологичности и простоте изготовления. Платы данного класса точности так же являются наиболее распространенными в области микроэлектроники.
Граничные значения основных параметров печатного монтажа которые могут быть обеспечены при конструировании и производстве для третьего класса точности приведены в таблице 1.
1.Размещение элементов на печатной плате
При аналитическом определении объемов размещаемых элементов стремятся свести их количество к минимуму а размеры брать такими чтобы сразу можно было получить значения установочных размеров.
Исходными данными для расчета являются:
- количество элементов в блоке;
- количество наименований элементов;
- физическая площадь элементов блока;
Таблица 1 - Номинальные значения размеров основных параметров элементов конструкции печатных плат
Наименование элемента
Условное обозначение
Расстояние между проводниками
Гарантированный поясок наружного слоя
Гарантированный поясок внутреннего слоя
Отношение диаметра отверстия к толщине
- коэффициент заполнения.
Для расчета используется выражение :
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).
Габаритные размеры элементов
Общая площадь занимаемая компонентами с учетом припусков вокруг каждого элемента обусловленных шириной контактных площадок равна 575295мм2. Коэффициент заполнения платы не имеет существенного значения т.к. разрабатываемое устройство является стационарным
Ориентировочный коэффициент заполнения 0.6. При этом площадь платы будет составлять 958825. При проектировании печатного узла одним из наиболее важных критериев оптимизации является правильная компоновка т.е. максимальное использование площади печатной платы при минимально возможных ее размерах
При проектировании печатного узла одним из наиболее важных критериев оптимизации является правильная компоновка т.е. максимальное использование площади печатной платы при минимально возможных ее размерах. В соответствии со стандартом МЭК 297-3
Выбираем из типоразмеров размер печатной платы: 100 x 160 мм.
2. 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.
3. Определение минимального диаметра переходного отверстия
Минимальный диаметр переходного отверстия :
где j – коэффициент = 033
hПП – толщина печатной платы.
4. Определение ширины проводников
Номинальное значение ширины проводника:
где tТД – минимально допустимое значение ширины проводника.
tП=017+008=025 (мм)
двумя соседними элементами
Номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка[13]:
где SТД – минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояние для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками с диаметрами D:
где n – количество проводников;
l=(164+164)2+025*1+025*(1+1)+005=244 (мм)
т.е. между двумя контактными площадками можно провести максимум только один проводник.
6.Электрический расчет печатных плат
6.1. Расчет сопротивления длинного проводника
Сопротивление самого длинного из возможных проводников :
где hФС – толщина фольгированного слоя.
R=(172*10-8*034)(025*10-3*35*10-8)=055 (Ом)
7. Трассировка печатных плат
7.1. Расчет данных для трассировки печатной платы блока питания
При трассировке печатной платы блока питания устройства необходимо
подсчитать ширину трассы для каждого вида нагрузки. Блок питания
содержит в себе источник опорного напряжения 25 В ток потребления не
более 1-3 мА питание системы управления +5В на ток не более 170мА
Определяем требуемую величину трасс для каждого из оставшихся потребителей.
SПЗ00172*034*0.003(0015*5)*40=0001(мм)
SПЗ00172*034*2(0015*5)*40=17(мм)
Для платы блока питания установлены следующие параметры:
-ширина основной трассы 1мм
-ширина шины питания исполнительных устройств2мм
-трассировка производится по сетке 125мм
-расстояние между трассами не менее 0.25мм
-расстояние между отверстиями не менее 25мм (кроме крепления разъёмов)
-Трассировка в двух слоях; преимущественные направления не определены.
-Разрешено скругление углов и диагональная трассировка.
Последовательность действий конструктора при конструировании печатной платы следующая:
-выбрать форму и материал платы печатной;
-по электрической схеме определить ориентировочные размеры печатной платы;
-выполнить размещение элементов на печатной плате;
-выполнить размещение проводников (трассировку) на плате;
-уточнить размеры печатной платы;
-определить соответствие печатной платы нормативно-технической документации ;
Конструирование осуществляется ручным полу автоматизированным и автоматизированным методами.
При ручном методе размещение навесных элементов и трассировка печатных проводников осуществляется вручную непосредственно конструктором. Данный метод обеспечивает оптимальный результат.
Автоматизированный метод предусматривает :
)размещение навесных элементов с помощью ЭВМ при ручной трассировке печатных проводников;
) ручное размещение навесных элементов при автоматизированной трассировке печатных проводников автоматизированным переносом рисунка на мащинные носители. Метод обеспечивает высокую производительность труда.
)Автоматический метод предусматривает кодирование исходных данных размещение навесных элементов и трассировку печатных проводников с помощью ЭВМ. При этом допускается доработка отдельных соединений вручную. Метод обеспечивает высокую производительность труда .
При конструировании возможно применение пакетов прикладных программ.
Пакет прикладных программ PCAD позволяет выполнять следующие проектные операции: создание символов элементов принципиальной электрической схемы и корпусов; графический ввод принципиальной
электрической схемы и конструктивов плат проектируемого устройства; ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины; автоматизированный контроль результатов проектирования ПП на соответствие принципиальной электрической схеме.
Программный комплекс PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ образующих систему сквозного проектирования ПП электронной аппаратуры. Фирмой ACCEL выпускается два варианта системы PCAD 8.5: Master Design и Associate Design. Большими возможностями обладает вариант Master Design.
В состав PCAD входят следующие программы:
-Part Editor – графический ввод и редактирование корпусов компонентов РЭА и стеков контактных площадок.
Графический редактор принципиальных схем и символов компонентов имеет два режима: Schematic Editor и Symbol Editor. После загрузки графического редактора экран дисплея форматируется и разбивается на несколько зон. Зона меню подкоманд пред предназначенная для команд графического редактора расположена справа от окна и внизу под ним. Команды выбираются щелчком левой кнопки мыши. Расположенные справа команды имеют подкоманды список которых выводится на экран после выбора основной команды. Построение чертежа выполняется с помощью манипулятора мышь перемещаемого по горизонтальной поверхности рабочего стола при этом на экране дисплея синхронно перемещается курсор в виде креста. Координатная сетка на экране упрощает процесс построения чертежа и повышает точность позиционирования. Шаг координатной сетки по осям X и Y показан в поле Grd. Текущие координаты указываются в поле XY.
В схемном графическом редакторе полная информация о чертеже заносится в 18 слоев устанавливаемых по умолчанию. На каждой фазе работы с графическим редактором необходима не вся имеющаяся информация поэтому часть слоев делают невидимыми. Информация о слоях выводится по команде View Layer. Всего слоев поддерживается до 100. Слои могут быть окрашены в любой из 16 цветов. Каждый слой имеет одно из трех состояний: OFF – слой невидим и недоступен ON – слой видим но недоступен ABL – слой видим и может стать активным.
Также отличительной особенностью PCAD является использование атрибутов. Атрибуты состоят из двух частей: ключевого слоя и значения разделенных знаком равенства “=”. Ключевое слово должно начинаться с буквы и иметь длину до 23 символов. Значение атрибута представляет собой последовательность чисел или текстовых переменных разделенных запятыми. После вода атрибута ключевое слово и знак равенства становятся невидимыми на экране.
При использовании атрибутов можно значительно облегчить работу со схемой. В частности можно использовать автоматическое создание корпусов компонентов автоматическое присвоение имени цепи и др.
При создании символов УГО элементов дискретного типа есть своя специфика которую следует помнить.
Для дискретных компонентов не должны присутствовать имена и номера выводов на схеме. Имя дискретного компонента не слое DEVICE не наносится. Номера выводов по команде EnterPacking Data наносят на слое ATTR2 который в дальнейшей работе выключают.
Для резисторов дополнительно следует указать атрибут RVALUE=номинал>. Он необходим для диагностики ошибок связанных с отсутствием резистора в цепях для микросхем с открытым коллектором.
Для дискретных компонентов целесообразно создавать два УГО: для вертикального и горизонтального расположения на схеме.
Замечательной особенностью системы PCAD является возможность определения стратегии трассировки что позволяет в значительной степени повысить эффективность автоматической трассировки и сделать её индивидуальной для каждого конкретного разрабатываемого устройства.
Для трассировки блока электроэлементов и блока питания используется стратегия – Steiner.
Для редактирования чертежей используется программный пакет AutoCAD.
Как и система PCAD система AutoCAD поддерживает слойность чертежа. Слои обладают свойствами сходными со слоями PCAD что дает возможность редактировать чертежи созданные PCAD-ом. Слои в AutoCAD могут содержать имя слоя состоящее из символов и цифр-букв они могут переходить из включенного состояния в выключенное и наоборот. На каждом слое можно задавать свой цвет и тип линии что помогает при создании и редактировании чертежей.
8 Расчет массы элементов
Масса печатной платы без элементов определяется по формуле:
где а-длина печатной платы; b-ширина печатной платы; h=0.15 см - толщина печатной платы;
р=1.8 гсм - удельная плотность материала печатной платы выполненной из стеклотекстолита.
Подставив соответствующие значения в формулу получим:
МПП =9×8×0.15×1.8=19.44 Г;
Масса ЭРЭ установленных на плате определяется по формуле:
i - количество типов элементов.
Тогда масса печатной платы вместе с массой ЭРЭ будет равна:
MП=МПП+Мэрэ=19.44+74.8=94.24 г
Талица 3-Масса элементов
9 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 hb01- толщина платы принимается постоянной h =
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:
где поправочный коэффициент веса выбираемый из таблицы 4;
поправочный коэффициент на материал выбираемый из таблицы 5;
частотная постоянная выбираемая из таблицы 6;
толщина пластины см;
Таблица 4 - Значения поправочного коэффициента веса () в зависимости от отношения массы элементов размещенных на пластине () к массе пластины ()
Таблица 5 - Значения поправочного коэффициента () на материал
Таблица 6 - Значения частотной постоянной () в зависимости от способа закрепления и отношения сторон пластины ()
Отношение сторон пластины
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 разъемах. Подобные разрушения можно предотвратить если обеспечить выполнение условия:
где- минимальная частота собственных колебаний платы Гц;
- ускорение свободного падения g = 9.8м
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.
10. Расчет теплового режима
Радиоэлектронный аппарат представляет собой один из типов преобразователей энергии. В процессе работы к нему подводится определенное количество электрической энергии. В зависимости от коэффициента полезного действия какая-то часть этой энергии является полезной (выходная энергия) другая ее часть как правило большая выделяется в виде тепловой энергии. Неиспользуемая тепловая энергия частично рассеивается в окружаемое пространство а большая часть расходуется на нагревание узлов и деталей что может привести к снижению стабильности работы аппарата. Для избежания этого нежелательного явления необходимо обеспечить нормальный тепловой режим в проектируемом приборе.
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 РЭА а значит и надежность применяют радиоэлементы устойчиво работающие в широком диапазоне температур снижают их коэффициенты нагрузки используют различные схемные решения.
Широкое распространение получили методы регулирования теплообмена внутри аппарата и аппарата с окружающей средой. Эти методы сводятся к поддержанию допустимого теплового режима элементов и аппарата при изменении их электрического режима и внешних условий. Регулирование теплообмена достигается путем рациональной компоновки элементов в аппарате и аппарата в целом использования теплоотводящих устройств для отдельных элементов или группы элементов специальных систем охлаждения.
Для определения целесообразности применения того или иного способа регулирования теплообмена необходимо оценить сам тепловой режим и только после этого судить о необходимости его регулирования.
Ориентировочный выбор способа охлаждения РЭА необходимо провести еще на ранней стадии проектирования. Для этого необходимы следующие данные:
температура окружающей среды ;
давление окружающей среды Па;
давление внутри прибора Па.;
горизонтальные и вертикальный размеры :
длина м ширина м высота м;
коэффициент заполнения по объему .
При выборе способа охлаждения следует определить будет ли прибор охлаждаться самостоятельно или будет применяться система охлаждения. Выбор способа охлаждения целесообразно выполнять с помощью графиков характеризующих области целесообразного применения различных способов охлаждения. За основной показатель определяющий области целесообразного применения различных способов охлаждения принимается величина плотности теплового потока проходящего через поверхность теплообмена:
где - суммарная мощность рассеиваемая с поверхности теплообмена;
- коэффициент учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении =1 );
- условная поверхность нагретой зоны.
Предварительный выбор способа охлаждения провели с помощью ПЭВМ в результате которого определили что для разрабатываемого устройства вполне приемлем герметичный корпус с естественной конвекцией тепла.
Расчет теплового режима модуля цифрового управления температурой по заданному закону произведен на ЭВМ по следующей методике:
)Рассчитывается площадь внешней поверхности :
где и - горизонтальные размеры м;
- вертикальный размер м.
)Определяется условная поверхность нагретой зоны:
где - коэффициент заполнения прибора по объему.
)Определяется удельная мощность :
где - мощность рассеиваемая прибором.
)Определяется удельную мощность нагретой зоны:
)Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности модуля:
)Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:
)Находится коэффициент в зависимости от давления среды вне прибора :
где - давление окружающей среды в Па.
) Находится коэффициент в зависимости от давления среды внутри прибора :
где - давление внутри корпуса аппарата в Па.
)Рассчитывается перегрев прибора:
)Определяется перегрев нагретой зоны:
)Определяется средний перегрев воздуха в блоке:
)Определяется удельная мощность элемента:
где - мощность рассеиваемая элементом (узлом) температуру которого требуется определить;
- площадь поверхности элемента омываемая воздухом.
)Рассчитывается перегрев поверхности элемента:
)Рассчитывается перегрев среды окружающей элемент:
)Определяется температура прибора:
)Определяется температура нагретой зоны:
)Определяется температура поверхности элемента:
)Определяется средняя температура воздуха в приборе:
)Находится температура среды окружающей элемент:
Результаты расчета теплового режима блока выполненного на ЭВМ в таблице 7
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.
Основное достоинство: пакет выложен в свободном доступе на сайте МВТУ
им.Баумана для использования студентами при выполнении курсовых и дипломных работ.
Таблица 7 - Результаты расчета теплового режима прибора
Наименование коэффициента
Площадь поверхности
Площадь условной поверхности нагретой зоны м2
Удельная мощность нагретой
Нагрев зависящий от К
Коэффициент зависящий от
Перегрев нагретой зоны К
Средний перегрев воздуха
Перегрев окружающей среды элемента К
Удельная мощность элемента
Перегрев поверхности элемента К
Анализируя рабочие диапазоны температур элементной базы модуля можно заметить что температура наименее теплостойкого элемента составляет 70°С что значительно выше рассчитанных показателей. Следовательно тепловой режим разрабатываемого прибора находится в норме а выбор способа охлаждения прибора сделан верно и необходимость в дополнительной теплозащите отпадает
Расчет резбовых соединений крепления платы
1 Расчет прочности винтов М4(с учетом момента от массы всей конструкции).
Расчет проводился в программе MatCad 14. Так как данная версия программы плохо экспортируется в формат Word то результаты из
MatCad 14 перенабраны с экрана в ручном режиме.
Винты М4 нагружены равномерно. Рабочее усилие приложено симметрично относительно оси симметрии расположения винтов.
Количество крепежных отверстий z = 4шт.;
Количество винтов i = 4шт.
Диаметры резьбы винта согласно ГОСТ 24705-81:
d=4мм - наружный диаметр резьбы;
d1=3.141мм - внутренний диаметр резьбы;
d2=3.545мм - средний диаметр резьбы.
2. Расчет усилий действующих в стыке.
Возможность раскрытия стыка устраняется затяжкой винтов.
Определим площадь стыка и момент сопротивления изгибу стыка.
Площадь стыка Аст=а1b1 где а1=65мм b1=50мм.
Момент сопротивления изгибу W=a1b16 и составляет W=3
Определим напряжение в стыке от нагрузки.
Считаем осью поворота ось симметрии стыка.
sF = GАст и составляет sF = 0001351 Нмм2;
sм = МизгW и составляет sм = 0.0095 Нмм2.
По условию нераскрытия стыка sзат> sF+sM
sF + sм = 00011 Нмм2
Коэффициент запаса по нераскрытию стыка К=13 2. Принимаем
sзат = К(sF + sм) и составляет sзат = 00022 Нмм2.
Из вычислений видно что sзат> sF+sM (0002>0001) и следовательно условие нераскрытия стыка выполняется.
Винты следует затягивать с силой Fзат =sзатАстi составляющей
3. Расчет на прочность винта М4 40Х.
Механические характеристики материала винта - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71:
sт =800 Нмм2 и sв = 1000 Нмм2.
Определим площадь сечения стержня винта:
А = pd24 которая составляет А = 1257 мм2.
Определим напряжение затяжки:
s0 = FзатА и составляет s0 = 026 Нмм2.
Напряжение затяжки находится в пределах s0 06sт
Условие выполняется 06sт = 480 Нмм2.
Определим напряжения растяжения в резьбовой части винта.
Определим площадь резьбовой части винта:
А1 = pd124 и составляет А1 = 775 мм2.
Напряжение растяжения в резьбовой части винта s1 = GА1 и составляет s1 = 084 Нмм2.
Определим напряжения растяжения в стержне винта:
sс = GА и составляет sс = 052 Нмм2.
Для определения напряжения кручения вычисляем момент закручивающий болт при затяжке.
М = 05 Fзатd2[(Spd2)+f] где S = 1 f = 0.2 (справочные данные).
Определим касательное напряжение в резьбовой части винта:
t1 = М(02d13) t1 = 0.21 Нмм2.
Определим касательное напряжение в стержне винта:
tс = М(02d3) tс = 0.10 Нмм2.
Для проверки стержня винта на перекручивание при затяжке необходимым условием является
sпер с = (s0)2 + 3(t1)2
sперс = 020 Нмм2 0.8sт ( 08sт = 640 Нмм2) т.е. напряжение затяжки в пределах допускаемого значения.
Определим эквивалентные напряжения в резьбовой части винта:
sрез = (s1)2 + 3(t1)2
Определим эквивалентные напряжения в стержне винта:
sс экв = (sс)2 + 3(tс)2
Определим коэффициент запаса прочности по пластическим деформациям в резьбовой части винта при sт1= 11sт = 880 Нмм2:
nt р = sт1sрез nt р = 956
Определим коэффициент запаса прочности по пластическим деформациям в стержне винта:
nt с = sт1sс экв nt с = 2900
Коэффициент запаса прочности можно признать удовлетворительным так как больше nt c=1.3.
Определим коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению в резьбовой части винта при sв1= 11sв = 1100 Нмм2:
nв р = sв1sрез nв р = 1190
Определим коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению в стержне винта:
nв с = sв1sс экв nв с = 3650
Коэффициент запаса прочности можно признать удовлетворительным так как больше nвc=1.3.
4 Расчет на срез резьбы в корпусе
Материал винта – Сталь 40 материал корпуса – сплав Д16.
Определим силу вызывающую срез витков резьбы в корпусе.
Для сплава Д16 sв = 460 Нмм2 следовательно tср = 276 Нмм2;
Коэффициент полноты резьбы составляет k0 = 087;
Длина резьбовой части винта составляет Н = 5 мм;
km = 07 - коэффициент учитывающий характер изменения деформации витков по высоте внутренней резьбы в корпусах при наличии в резьбе пластических деформаций.
Сравним полученную величину с силой G действующей на конструкцию.
Fср > G (Fср = 8293Н > G = 65 Н).
Из этого можно сделать вывод что резьба в корпусе выдержит нагрузку действующую на неё.
В ходе выполнения курсовой работы сделано следующее:
-приведено описание электрической принципиальной схема блока преобразования прибора;
-проведены конструктивные расчеты платы блока преобразования прибора: -расчет элементов печатного монтажа ;
-расчеты массово-габаритных размеров размещаемых элементов и размеры и масса платы;
-проведена оценка вибропрочности и теплового режима для платы размещенной в приборе.
-проведен расчет резбовых 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 блока преобразования и вычисления учета газа на ГРП технологического объекта
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ГОСТ 2.206-96. Текстовые документы.
ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.
ГОСТ 2.004-88. Общие требования к выполнению конструкторских
и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ.
ГОСТ 2.109-73. Основные требования к чертежам.
ГОСТ 7.1-84 СИБИД. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления.
ГОСТ 7.32-2001 СИБИД. Отчет о научно-исследовтельской работе. Структура и правила оформления.
ГОСТ 7.9-95 (ИСО 214-76) СИБИД. Реферат и аннотация. Общие требования.
ГОСТ 7.54-88 СИБИД. Представление численных данных о свойствах веществ и материалов в научно-технических документах. Общие требования.
ГОСТ 8.417-2003. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы физических величин.
ГОСТ Р 27.002-2009 (ГОСТ Р 53480–2009) - Надежность в технике.
Термины и определения.
ГОСТ 30.001-83. Система стандартов эргономики и технической
эстетики. Основные положения.
Импульсные и цифровые устройстваЮ. А. Браммер И. Н. Пащук-М.: Высшая школа2003-с.352. ISBN: 5-06-004354-1
Практическое пособие по учебному конструированию РЭА Белинский В.Т.Гондол В.П. Грозин А.Б. и др.; Под ред. Круковского-Синевича К.Б. Мазора Ю.Л. — К: Вища школа 1992. — 494с.
Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. Сташин В.В. и др. - М.: Энергоатомиздат 1990. — 224с.
Расходомеры и счетчики количества веществ. Книга 1Кремлевский П.П.- СПб.: Политехника 2002-с. 409
Расходомеры и счетчики количества веществ. Книга 2Кремлевский П.П.- СПб.: Политехника 2004-с. 412
Расходомеры преобразователи счетчики. Челябинск.: Метран 2007-с. 368
Расходомеры и счетчики.Н.Новгород.:Повольжье2012-с 351
Федотов А.В. Основы теории надежности и технической диагностики
Шило В. Л. Популярные микросхемы ТТЛ. М. Аргус 1993 ISBN 5-85549-004-1
Шишмарев В.Ю.Надежность технических систем М.: Академия 2010 – 304с.
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.
Ямпурин Н. П. Баранова А. В. Основы надежности электронных средств.М.:Академия 2010-240с.
Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные диоды импульсные оптоэлектронные приборы: Справочник А.Б. Гитцевич А.А. Мокряков и др. – М.: Радио и связь 1989. – с.592с.

001. ПП иС. ОВ.dwg

грузом Р = 17 кг вал
Усилие на динамометре должно быть не менее 17 кг.8
не превышает 1%. 3%.
Форма 1а ГОСТ 2.503-90
Содержание изменения
от 8 до 10 В частотой
Документ МКРН.731171.045 восстановить.
Без графика подготовки производства
По ркзультатам изготовления
Внедрить с 3 образца
Втулку поз.5 прессовать на вал поз.3 до установки магнитов поз. 8 и 9.
Температура сушки не выше 70° С.
серая ГОСТ 9640-85(1).
При транспортировке ротора на упаковке должен быть наклеен ярлык
Неуказанные шероховатости поверхностей .
*Размер для справок.
клей ВС-10Т ГОСТ 22345-77.
с усилием натяжки 90% от усилия разрыва в два слоя. При намотке нити наносить
крепить нитью поз.13
намоткой ее по образующей поверхности
Ротор имеет мощное внешнее магнитное поле!
Остальные ТТ по БС0.005.004 ТУ.
с предупреждающей надписью "Осторожно! Намагничено! Возникает большое
усилие притяжения (отталкивания) между изделиями и с ферромагнитными
вызывающее сильный удар
Внедрить с 1 образца
По результатам изготовления
МКРН.526172.004 ВД-1200
Документы МКРН.526172.004
МКРН.711322.026 заменить.
Документ МКРН.713141.077 аннулировать.
Примечание. Документ МКРН.685621.018 применен.
На заделе не отражается
бирки ставить на клее ХВК-2а ТУ 6-10-463-75.
надеваться на контакты разъемов. Для исключения сползания
в качестве электроизоляционных трубок. Бирки должны плотно
бирками поз. 52 по ОСТ 4Г 0.050.001. Бирки использовать
Концы монтажных проводов маркировать маркировочными
Паз Л должен быть распололожен напротив вилки Х2.
Поверхности З покрыть смазкой ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267-74.
ВК-9 ОСТ 4Г 0.029.204.
проведения приемосдаточных испытаний ставить на клей
Ротор К трансформатора поз.53
Размер Е обеспечить подбором колец поз 10.
заполнить мастикой пломбировочной.
Пломбировать по ГОСТ 18680-73. Гнезда под пломбы
Температура нагрева корпуса поз.13 - 130`C.
стопорить по ОСТ4 ГО.019.200 вид 25Г.
Надписи маркировать эмалью ПФ-115
ГОСТ9640-85. Шрифт 5-ПР3
ТТ к электромонтажу по ГОСТ В 23584-79.
поверхности ротора не допускается.
При сборке наличие стружки
металлических включений на
МКРН.526172.004 Э4.Паять припоем ПОС 61 или ПОС Су 61-05
Электромонтаж производить согласно схеме соединений
*Размеры для справок
Магнитопровод поз.3 запрессовать в корпус поз.13.
клей ВС-10Т ГОСТ 22345-77.Температура полимеризации не выше +70° C.
отв.М5-7Н10min-15H15
Клей наносить на наружную поверхность статора
равномерно по периметру в трех точках.
Штифты закернить в двух точках.
- Штифт 4х8 (66.016.38
RCэ) ГОСТ 3128-70 - 2шт.
МКРН.526172.002 ВД-400
Инструкция по настройке
Магнитопровод поз.5 запрессовать в корпус поз.21.
МКРН.526172.002 Э4. Паять припоем ПОС 61 или ПОССу 61-0
стопорить по ОСТ 4Г О.019.200 вид 25Г.
Температура нагрева корпуса поз.21 - 130`C.
Размер Д обеспечить подшлифовкой втулки поз.19. с со-
Ротор трансформатора поз.57
Поверхности Ж и вылет вала покрыть смазкой ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267-74.
Планку фирменную поз.27 ставить на клей ВК-9 ОСТ 4Г 0.029.204.
поз. 51 по ОСТ 4Г 0.050.001. Бирки поз.51 и бирки жгута поз.6 использовать
Концы монтажных проводов маркировать маркировочными бирками
Жгут поз.6 крепить по месту к крышке поз.17 клеем
хранением требований к шероховатости втулки.
Сплав Д16 ГОСТ 4784-74
ГОСТ 22369-77(2).V.Т2
кроме поверхностей Е. Резьба без покрытия.
грунтовка АК-070 ГОСТ 25718-83(1)
эмаль ЭП-567 защитная
и стабилизирующее старение по режиму II Р4.054.103-89.
Произвести упрочняющую обработку по режиму I
Покрытие: Ан. Окс. нхр. Наружные поверхности покрыть
Надписи гравировать Шрифт 5-Пр3 ГОСТ 26.000-85.
Стойка МКРН.753125.030
Установка вилок Хр1 - Хр5
на плате условно не показаны.
Установку элементов проводить по ОСТ4.010.030.-81
шаг координатной сетки 1
ПОС-61 ГОСТ 21931-76.
Технические требования к монтажу ЭРЭ по ГОСТ 23592-79
статического электричества по ТГ.25000.00003
переходные отверстия и контактные площадки
Меры защиты полупроводниковых прборов и ИМС от
Покрытие - лак ЭП-730.9УХЛ2.3
Остальные технические требования по СТБ 1022-96
Расстояния между корпусами соседних элементов не менее 0
и диодов показаны условно.
Позиционные обозначения элементов
полярность стабилитронов
КП.КиП.200101.04.01.
блока преобразования

003.КР.ЗАДАНИЕ .doc

Министерство образования и науки РФ
Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ковровская государственная технологическая академия
имени В.А.Дегтярева»
СТУДЕНТКЕ Кашириной Анне Сергеевне
Тема проекта: Плата монтажная блока преобразования и вычисления
Срок сдачи студентом законченного проекта .
Исходные данные к проекту см. техническое задание.
Содержание расчётно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)
1.Цель разработки и назначения
2. Описание схемы электрической блока
3.Обоснование выбора конструктивных элементов
4.Расчет конструктивных показателей платы
7.Расчет надежности
Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей)
) Плата монтажная блока преобразования и вычисления. Чертеж общего вида.-1л.А1.
Дата выдачи задания .
Задание принял к исполнению .