Блокиратор ШИ-регулятора мощности электродвигателя
Содержание
Введение
. Конструкторская часть. Разработка конструкции Блокиратор ШИ-регулятора мощности электродвигателя
.1 Выбор элементной базы
.2 Выбор типа печатной платы
1.3 Выбор метода изготовления печатной платы
.4 Выбор размеров печатной платы
.5 Выбор группы жёсткости печатной платы
.6 Выбор класса точности печатной платы
.7 Выбор материала основания печатной платы
.8 Выбор шага координатной сетки
.9 Выбор диаметров отверстий
.10 Выбор вариантов установки элементов
.11 Выбор и размещение элементов проводящего рисунка
. Технологическая часть. Разработка технологического процесса сборки блокиратора ШИ-регулятора мощности электродвигателя
2.1 Определение типа производства
2.2 Выбор варианта технологического процесса сборки
.3 Обоснование разбивки технологического процесса сборки на операции
.4 Выбор средств технологического оснащения
.5 Обоснование выбора технологических материалов
3. Расчётная часть проекта
.1 Расчёт надёжности изделия
.2 Расчёт технологичности конструкции
.3 Расчёт элементов печатного монтажа
Заключение
Литература
Введение
Целью данного курсового проекта является разработка, выбор и обоснование конструкции, технологического процесса сборки блокиратора ШИ-регулятора мощности электродвигателя. Для обоснования выбора конструкции выполняется расчёт надёжности и технологичности устройства.
При разработке описываемого ниже устройства использован опыт одного из пионеров электромобилестроения. Устройство поможет электрифицировать игрушки, скутеры, мощные вентиляторы, создавать электроприводы мощностью до 5 кВт напряжением до 150 В. Блокиратор ШИ-регулятора позволяет приводить в действие электродвигатель транспортного средства весовой категории "Жигули"-классика. Схема устройства допускает увеличение мощности управляемых устройств путем замены радиоэлементов на более мощные с соблюдением рекомендаций, изложенных в статье.
1. Конструкторская часть. Разработка конструкции Блокиратор ШИ-регулятора мощности электродвигателя
.1 Выбор элементной базы
Типы элементов выбираются в зависимости от условий эксплуатации изделия. Выбранные элементы должны соответствовать условиям эксплуатации изделия без изменения своих технических характеристик. Выбранные ЭРЭ сводятся в таблицу 1.
Таблица 1 - Характеристики ЭРЭ
Тип элементовТемпература С(+-)Относительная влажность, %Вибрация ГЦУскорение gРезисторы МЛТ-0.125 Вт-45….+9098230013Конденсаторы К10-17-60…+1259860010Диоды КД522Б-60…+7098300020Микросхема К554СА3А-40….+7098210012
Условия эксплуатации элементов соответствуют условиям эксплуатации изделия, вследствие чего можно утверждать, что ЭРЭ выбраны верно.
1.2 Выбор типа печатной платы
ОСТ4.010.022-85 устанавливает следующие типы печатных плат
ОПП − односторонние печатные платы
ДПП − двусторонние печатные платы
МПП − многослойные печатные платы
ГПК − гибкие печатные кабели
При выборе печатной платы следует учитывать:
Возможность выполнения всех коммутационных соединений
технико-экономические показатели
возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки навесных элементов.
ОПП характеризуются: возможностью обеспечения повышенных требований к точности выполнения проводящего рисунка, отсутствием металлизированных отверстий, установкой элементов на плату со стороны противоположной стороне пайки без дополнительного изоляционного покрытия, низкой стоимостью.
ДПП без металлизации монтажных и переходных отверстий характеризуется: низкой стоимостью, возможностью обеспечения высоких требований к точности выполнения проводящего рисунка, использованием объёмных металлических элементов конструкции (штыри, штифты, пистоны и т.д.) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенного на противоположной стороне печатной платы.
ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммуникационными возможностями, повышенной прочностью сцепления выводов навесных ЭРЭ с проводящим рисунком печатной платы, повышенной стоимостью по сравнению с печатными платами без гальванического соединения слоёв.
ГПК характеризуется: высокой гибкостью, малыми толщинами, возможностью подключения к печатным платам без использования соединителей, использованием одно и двухсторонних тонких фольгированных диэлектриков, возможностью автоматизации процессов изготовления.
На основе приведённых характеристик выбираем одностороннюю печатную плату. Это экономически выгоднее, да и нет необходимости использовать другие типы печатных плат.
1.3 Выбор метода изготовления печатной платы
В настоящее время широко распространены следующие методы изготовления проводящего слоя:
Химический, проводящий слой получают травлением медной фольги на незащищённых участках
Электрохимический, при котором методов химического осаждения создаётся слой металла толщиной 1-2мкм, наращиваемый затем гальваническим способом до нужной толщены. При электрохимическом методе одновременно с проводниками металлизируют стенки отверстий, которые можно использовать как перемычки для соединения проводников, расположенных на разных сторонах платы.
Комбинированный метод, проводники получают травлением фольги, а металлизированные отверстия электрохимическим способом.
Полу аддитивный, проводящий слой получают травлением тонкой фольги (5-10мкм), а затем доращиванием её до нужной толщины гальваническим способом. При этом происходит и омеднение отверстий.
Исходя из приведённых характеристик, выбираем химический метод. Этот метод обеспечивает большую производительность. Проводящий рисунок расположен лишь на одной стороне печатной платы, плотность монтажа не высокая, метод используется для односторонних плат.
1.4 Выбор размеров печатной платы
Размеры, конфигурацию и места крепления печатных плат выбирают в зависимости от установленных размеров, элементной базы, эксплуатационных характеристик, использованных методов установки, навесных элементов, пайки, контроля и технико-экономических показателей.
Размеры сторон должны соответствовать ГОСТ 1031-79 или нормативно-технической документации, разработанной в его ограничение.
Рекомендуется разрабатывать печатные платы прямоугольной формы. Конфигурацию, отличную от прямоугольной, следует выбирать в технически обоснованных случаях. При выборе соотношения сторон печатной платы предпочтительными являются соотношения менее 3:1
Размеры каждой стороны должны быть кратными:
.5 − при длине до 100мм
− при длине до 350мм
− при длине более 350мм
Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470мм. Отклонения от прямоугольности не должно быть более 0.2мм на 100мм длинны. Исходя из приведённых выше утверждений, принимаем размеры платы кратные 2.5
1.5 Выбор группы жёсткости печатной платы
Печатные платы должны соответствовать требованиям ГОСТ 23753-79 после воздействия на них климатических факторов одной из групп жёсткости, указанной в таблице.
Группа жёсткости определяется конструктором и указывается в технических требованиях чертежа печатной платы. Значения факторов приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристики групп жесткости
1.6 Выбор класса точности печатной платы
Печатные платы в зависимости от размеров элементов печатного монтажа делятся на пять классов точности.
ГОСТ 2375-86 устанавливает номинальные размеры основных элементов печатного монтажа. Эти данные приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Характеристики классов точности.
Элементы Номинальное значение размера, мм12345t0.750.450.250.150.10s0.750.450.250.150.10b0.300.200.100.050.025y0.400.400.330.250.20
В этой таблице:
t − ширина печатного проводника
S − расстояние между краями соседних элементов
b − гарантийный поясок
y − отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы.
Области применения и технологическое обеспечение печатных плат, по ГОСТ 23751-86.
-2 класс точности, применяется для печатных плат с дискретными элементами при малой или средней насыщенности платы навесными элементами.
класс точности, для печатных плат с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с без выводными элементами при средней и высокой насыщенности поверхности платы навесными элементами, линии химико-гальванической металлизации и травления модульного типа.
класс точности, для печатных плат с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с без выводными элементами пир высокой насыщенности поверхности платы навесными элементами.
класс точности, для печатных плат с БИС и микроблоками, имеющими планарные и штыревые выводы при очень высокой насыщенности платы с навесными элементами.
Учитывая данные приведённые в таблицах 3, а также плотность монтажа разрабатываемого изделия выбираем 2-ой класс точности.
1.7 Выбор материала основания печатной платы
Материалы для печатных плат выбирают по ГОСТ 10316-78 или ТУ.
Выбор материала основания производят с учётом обеспечения физико-механических и электрических параметров печатных плат после воздействия механических нагрузок, климатических факторов и химически агрессивных сред.
Для печатных плат, предназначенных для эксплуатации в условиях 1-ой и 2-01 группы жёсткости по ГОСТУ 23752-78, рекомендуется применять материал на основе бумаги, для 3 и 4-ой группы жёсткости- на основе стеклоткани. На данный момент применяются фольгированные материалы − гетинакс и стеклотекстолит.
Сравнительные характеристики гетинакса и стеклотекстолита приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Сравнительные характеристики материалов
ПараметрыГФСфПосле выдержки в течении 24 часов при 40°С и относительной влажности до 98%Удельное Объёмное сопротивление Ом не менее1*10^95*10^12Тангенс угла диэлектрических потерь не более0.070.03Прочность сцепления фольги с основанием Н/см не менее9.010
Гетинакс имеет стоимость гораздо ниже, чем стеклотекстолит и используется для аппаратуры, работающей при нормальной влажности окружающего воздуха, например для бытовой аппаратуры.
Учитывая всё вышесказанное и условия эксплуатации изделия выбираем фольгированный гетинакс.
1.8 Выбор шага координатной сетки
ГОСТ 10317-79 устанавливает основной шаг координатной сетки 2.5мм и дополнительные 1.25 и 0.5 мм. Шаг 1.25мм применяется если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1.25мм. Для плат 1 и 2-ого класса точности рекомендуется выбирать шаг равный 2.5м.
Принимаем шаг координатной сетки равный 2.5мм.
1.9 Выбор диаметра отверстий
Диаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывод для обеспечения свободной установки ЭРЭ.
При диаметре вывода до 0.8мм диаметр не металлизированного отверстия делают на 0.2мм больше диаметра вывода. При диаметре более 0.8мм, на 0.3 мм больше.
Чтобы обеспечить надёжное соединение металлизированного вывода с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку(с поправкой на гост).
dкп=dотв+2b+c
где: b − гарантийный поясок, выбирают в зависимости от класса точности по ГОСТ2375-86
С − коэффициент, учитывающий влияние разброса межцентрового расстояния и ряда других факторов.
Для плат 2 и 3-его класса точности ˂С˃ берут 0.4-0.5 мм
Расчётные значения диаметров отверстий и контактных площадок сводятся в таблицу 5.
Таблица 5-Размеры отверстий.
Тип элементаДиаметр вывода, ммДиаметр отверстия, ммДиаметр контактной площадки, ммКоличество отверстийРезистор МЛТ 0.1250,60,81,722Резистор МЛТ 0.250,70,91,92Резистор МЛТ 0.50,8124Конденсатор К50-350,50,70,72Конденсатор К10-170,60,80,74Диод АЛ307БМ0,60,81,72Микросхема ATtiny15L0.60.81.48
1.10 Выбор вариантов установки элементов
Выбор варианта установки навесных ЭРЭ, их размещение на печатной плате, в том числе под автоматическую установку, осуществляется в соответствии с ОСТ 4.010.124-79.