Катушка (вид сверху) с сердечником ступенчатого сечения

Рис. 5.2

1 – сердечник; 2 – гильза каркаса; 3 – щека каркаса.

Когда сердечник определен, находят габариты каркаса катушки, который изготавливается по форме сердечника.

Расчет электромагнита-индуктора необходимо начинать с задания размеров индуктора, задания намоточных характеристик.

Необходимо задаться расчетной частотой исходя из данных представленных в пункте 2, принимаем 8. Для изготовления провода принимаем материал провода медный, так как он при одинаковых прочих условиях он обеспечивает большие магнитные поля, чем алюминиевый. Диаметр провода принимаем равным 1,5 мм.

Внутренний радиус обмотки принимаем равным 10 мм. Внешний радиус – 26 мм. Средний диаметр индуктора рассчитывается по формуле:

D=Rвнеш + Rвнутр, (5.48)

где Rвнеш – внешний радиус обмотки, равный как было указано выще 26 мм, Rвнутр – внутренний радиус, равный 10 мм.

Dср =10+26=36 мм

Средний диаметр обмотки является важной характеристикой индуктора-электромагнита и в при дальнейших расчетах будет использоваться как нормировочная характеристика.

Также важным параметром является толщина обмотки, определяемая по формуле:

T= Rвнеш – Rвнутр (5.49)

T = 26 –10 = 16 мм

Выше было указанно, что индуктор круглый в сечении, поэтому средний радиус обмотки будет определяться по формуле:

L=pDср (5.50)

L= 3,14 * 36 = 113.04 мм

Дальше по предложенной методике расчета необходимо провести нормирование толщины и длинны обмотки относительно толщины, чтобы в дальнейшем использовать экспериментально полученные кривые. Нормированная толщина равна:

t = 2T/Dср (5.51)

Получим:

t = 2*16/36 = 0.8

Нормированная длинна равна:

l = 2L/Dср (5.52)

l = 2*113.04/36 = 6,28

Рассчитаем некоторые намоточные характеристики индуктора-электромагнита. Так как провод имеет круглое сечение, то его диаметр определим по формуле:

d = p*Dср² (5.53)

Подставив в формулу значение константы p равной 3,14 и значение среднего диаметра обмотки получим:

S = 3,14*36² =4069.4 мм²

Коэффициент заполнения обмотки проводником как рекомендовала методика выбираем из диапазона (0,5...0,7), принимаем – 0,5.

Для упрощения дальнейших расчетов необходим параметр называемый площадь осевого сечения обмотки, заполненная проводником. Он расчитвается как:

g = l*T*L, (5.54)

где l - коэффициент заполнения обмотки проводником, как было указано выше принимаем – 0,5.

g = 0,5*16*113.04 = 904.3 мм²

Определим масса провода (без изоляции):

Mпр = a*D*g*10^-2, (5.55)

где а – постоянная зависящая от материала провода, для меди она равна 2,8.

Мпр = 2,8*36*904.3*10^-2= 0.0431 кг

Определим количество витков индуктора по формуле:

w = l*10^-2/S (5.56)

w = 0,5*10^-2/4.07» 4000 витков

Длинна провода необходимая для получения 4000 витков на катушке принятых размеров определим как:

L = p*Dср*w*10^-2 (5.57)

L = 3,14*3.6*4000*10^-2 = 452,14 см

Активное сопротивление провода:

Rc = b*L*10^-2/S, (5.58)

где b – постоянная зависящая от материала провода, для меди принимаем равной 1,7.

Rc = 1,7*452.14*10^-2/4069,4= 0.164 Ом

Далее необходимо определить коэффициент, который при известных нормированной толщине обмотки и нормированной длинне определяется по экспериментально полученным графикам представленным а приложении. Постоянная времени соленоида определяется по формуле:

t = Dср²*l*z (5.59)

t = 3.6²*0,5*0,6 = 3,88 мс

Индуктивность соленоида определяется как:

Lн = Rc * t (5.60)

Lн = 0.164*3.88 = 63.76 мГн

Для проведения дальнейших расчетов необходимо определить множитель y. Он определяется по формуле:

y = , (5.61)

где w - циклическая частота.

=1,58

Полное сопротивление индуктора рассчитываем по формуле:

Z = Rc*y (5.62)

Z = 0.164*1,58 = 0.26

Плотность тока в индукторе принимаем априорно из диапазона 2..3,5 А для меди и 1,5-2 А для алюминия. Принимаем 3А так как провод медный.

Сила тока в индукторе рассчитываем как:

I = j*S, (5.63)

где j –плотность тока, как ранее было указанно принимаем равным 3А.

I = 3*4069.4 = 12,28 A

Напряжение на индукторе по формуле:

U_L = Z*I (5.64)

U_L = 0.26*12,28 = 3.19» 3 Вт

Рассчитаем полную мощность потребляемую индуктором при постоянном токе:

Р= U_L*I (5.65)

Эта максимальная потребляемая мощность индуктора.

P = 3*12.28 = 36.8 Вт

Пронормируем расстояние на рабочей поверхности индуктора-электромагнита. Зная толщину пластмассового корпуса – 1 см по формуле:

x = 2*X/Dср (5.66)

Магнитная индукция постоянного поля (f=0) по формуле:

В = 1,4*Dср*t*l*j*K, (5.67)

где К – коэффициент определяемый по экспериментально полученным графическим зависимостям приведенным в приложении, зная нормированную длину обмотки и нормированное расстояние на котором рассчитывается магнитная индукция.

В = 1,4*3.6*3.88*0,5*3*0,65 = 19,063 мТл

Амплитудное значение магнитной индукции переменного поля как:

Ва = 2* Dср*t*l*j*K (5.68)

Ва = 2*3.6*3.88*0,5*3*0,65 = 27,23 мТл

6. Технологическая часть

6.1 Расчет комплексного показателя технологичности печатной платы

Под технологичностью конструкции (ГОСТ 18831-73) понимают совокупность её свойств, проявляющихся в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий того же назначения при обеспечении заданных показателей качества.

Отработка конструкций на технологичность в соответствии с ГОСТ 14.201-73 ЕСТПП включает:

1) комплекс работ по снижению трудоёмкости и себестоимости изготовления изделий:

- повышение серийности посредством стандартизации, унификации и группирования изделий и их элементов по конструктивным признакам;

- ограничения номенклатуры элементов и применяемых материалов;

- преемственность освоенных в производстве конструктивных решений;

- снижение массы изделий; -применение высокопроизводительных типовых технологических процессов и средств технологического оснащения;

2) комплекс работ по снижению трудоёмкости, цикла и стоимости ремонта при эксплуатации:

- рациональным выполнением конструкций, обеспечивающим удобство технического обслуживания и ремонта;

- повышением надёжности и ремонтопригодности конструкции.

Вид изделия, объём выпуска, тип производства и уровень развития науки и техники являются главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции изделия. Для оценки технологичности конструкции используются многочисленные показатели, которые делятся на качественные и количественные. К качественным относятся взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность и инструментальную доступность конструкции. Количественные показатели согласно ГОСТ 14.201-73 ЕСТПП классифицируются следующим образом:

1) базовые (исходные) показатели технологичности конструкций, регламентируемыми отраслевыми стандартами;

2) показатели технологичности конструкций, достигнутые при разработке изделий;

3) показатели уровня технологичности конструкций, определяемые как отношение показателей технологичности разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей.

При выборе показателей технологичности согласно ГОСТ 14.202-73 ЕСТПП учитывают, что они могут быть:

1) по значимости - основными и дополнительными;

2) по количеству характеризуемых признаков - частными и комплексными;

3) по способу выражения - абсолютными и относительными.

Номенклатура показателей технологичности конструкций выбирается в зависимости от базы изделия, специфики и сложности конструкции, объёма выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации. Значения относительных частных показателей технологичности должны находиться в пределах 0 < k < 1.

Номенклатура показателей технологичности сборочных единиц и блоков РЭА установлена отраслевым стандартом. В соответствии с ним все блоки РЭА условно разбиты на четыре класса:

- радиотехнические, к которым относятся приёмно-усилительные приборы и блоки, источники питания генераторы сигналов, телевизионные блоки;

- электронные, к которым относятся логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники, где число ИМС больше или равно числе ЭРЭ;

- электромеханические, к ним относятся механизмы привода, отсчётные устройства, кодовые преобразователи;

- коммутационные - к этим устройствам относятся соединительные, распределительные блоки, коммутаторы.

В нашем случае устройство относится к радиотехническому. Анализ устройства на технологичность проводится с целью проверки, насколько изделие обеспечивает следующие требования:

- максимальное использование в конструкции изделия стандартных, нормализованных и заимствованных деталей и узлов;

- механизацию и автоматизацию отдельных технологических операций и всего процесса в целом;

- применение наиболее прогрессивных методов выполнения заготовительных, сборочных и контрольных операций;

- обоснованное определение классов чистоты и точности изготовления деталей и узлов;

- минимальное количество применяемых марок и типоразмеров материалов;

- применение типовых технологических процессов;

- использование стандартной и нормализованной технологической оснастки и оборудования.

Анализ и отработка конструкции изделия на технологичность должны проводится с учётом программы его выпуска и конкретных условий завода-изготовителя. Для оценки технологичности конструкции применяется система относительных частных показателей и комплексный показатель , рассчитываемый по средневзвешенной величине относительных частных показателей с учётом коэффициентов , характеризующих весовую значимость частных показателей, т.е. степень их влияния на трудоёмкость изготовления изделия.

Для каждого блока определяется семь показателей технологичности. Затем на основании расчёта всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности:

, (6.1)

где - рассчитываемые показатели; - степень влияния.

Коэффициент технологичности должен находится в пределах 0< <1. Устройство управления газонатекателями относится к классу радиотехнических блоков, так как число микросхем, входящих в него, меньше, чем электрорадиоэлементов.

Произведём расчёт следующих показателей технологичности, свойственных для аппаратуры данного класса:

1) Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

, (6.2)

где - количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способом; - общее количество монтажных соединений.

2) Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

, (6.3)

где - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется механизированным или автоматизированным способом; - общее количество ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.

3) Коэффициент освоенности деталей и сборочных единиц:

, (6.4)

где - количество типоразмеров заимствованных деталей и сборочных единиц, ранее освоенных на предприятии; - общее количество типоразмеров деталей и сборочных единиц.

4) Коэффициент применения микросхем и микросборок в блоке:

, (6.5)

где - общее количество дискретных элементов, заменённых микросхемами (ИМС) и установленных на микросборках (МСБ); - общее число ИЭТ, не вошедших в ИМС.

5) Коэффициент повторяемости печатных плат:

, (6.6)

где - число типоразмеров печатных плат; - общее число печатных плат.

6) Коэффициент применения типовых технологических процессов:

, (6.7)

где и - число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых технологических процессов; и - общее число деталей и сборочных единиц в РЭС, кроме крепежа.

7) Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

, (6.8)

где - количество операций контроля и настройки, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способом; - общее количество операций контроля и настройки.

Исходные данные для расчета технологичности устройства приведены в таблице 6.1

Таблица 6.1

Исходные данные для расчета технологичности

1	2
Количество автоматизированных монтажных соединений	314
Общее количество монтажных соединений	345
Количество ИЭТ, подготавливаемых к монтажу механизированным способом	84
Общее количество ИЭТ	102
Общее число элементов, заменённых ИМС	420
Общее количество ИЭТ, не вошедших в микросхемы	516
Число деталей, изготавливаемых с применением типовых техпроцессов	3
Число сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых техпроцессов	5
Общее количество деталей	11
Общее количество сборочных единиц	11
Количество автоматизированных операций контроля и настройки	1
Общее количество операций контроля и настройки	4
Количество типоразмеров заимствованных деталей и сборочных единиц	5
Общее количество типоразмеров деталей и сборочных единиц	11
Число типоразмеров печатных плат	1
Общее число печатных плат	1
Заданный показатель технологичности	0,6