Блок управления подогревателем жидкостным

Блок управления подогревателем жидкостным

Московский Государственный Технический Университет

им. Н.Э. Баумана

Калужский филиал

Факультет: ЭИУК

Кафедра: ЭИУ1 - КФ

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по курсу:

«Конструкторское проектирование РЭС»

на тему:

«Блок управления подогревателем жидкостным»

Калуга 2007

Содержание

Введение

Конструкторская часть

Назначение устройства

Основные технические характеристики

Описание принципа функционирования

Обоснование выбора элементной базы

Расчет на действие механических нагрузок

Тепловой расчет

Расчет надежности

3. Технологическая часть

Разработка технологического процесса сборки субблока

Описание специальной технологической оснастки

Аттестация разработанного технологического процесса

Заключение

Список литературы

Приложение

1. Введение

Целью курсового проекта является ознакомление с конструкцией печатного узла и разработка технологического процесса сборки субблока. В качестве изделия для данного курсового проекта взят блок управления подогревателем жидкостным 3142.3761, применяемый при предпусковом подогреве двигателей и отопления салона автомобилей МАЗ, КАМАЗ, автобусов ПАЗ, ЛиАЗ, НефАЗ и других транспортных средств.

Конструкторская часть включает в себя изучение схемы электрической принципиальной и построение функциональной схемы, а также сборочного чертежа субмодуля и разводку ПП с помощью средств САПР - P-CAD 2002. Так же конструкторская часть включает необходимые расчёты: на действие удара, на вибрацию, расчёт теплового режима радиатора, расчет надёжности.

Технологическая часть представлена разработкой технологического процесса сборки субблока с описанием применяемой технологической оснастки.

В заключении проделанной работы проведена аттестация разработанного технологического процесса.

2.Конструкторская часть

2.1 Назначение блока управления подогревателем

Блок управления предназначен для управления работой и диагностики неисправностей жидкостного подогревателя типа 14.8106, 15.8106 и их модификаций.

Блок управления предназначен для автоматического управления работой жидкостного подогревателя c потребляемой мощностью не более 250 Вт, применяемого при предпусковом подогреве двигателей и отопления салона автомобилей МАЗ, КАМАЗ, автобусов ПАЗ, ЛиАЗ, НефАЗ и других транспортных средств поставляемых на экспорт, в страны с умеренным климатом, а также для поставки в запасные части к ним.

Блок управления по условиям эксплуатации относится к изделиям категории размещения 2 и выпускается в климатическом исполнении «У» по ГОСТ15150-69 для работы при температурах от минус 50 до плюс 65С.

По общероссийскому классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП) блоку управления 3142.3761 присвоен код ОКП 45 7311 1327.

2.2. Характеристики

2.2.1 Потребляемая мощность не более 5 Вт.

2.2.2 Режим работы продолжительный номинальный S1 по ГОСТ Р52230-2004.

2.2.3 Габаритные и присоединительные размеры должны соответствовать габаритному чертежу 3142.3761 000 ГЧ. Т.е. не должны превышать размеров: 128,8*39,3*110,5 мм (В*Т*Ш).

2.2.4 Масса блока управления должна быть не более 0,4 кг.

2.2.5 Показатель безотказности - 90%, наработка до отказа не менее 6000 моточасов или 50000 включений.

2.2.6 Диапазон рабочего напряжения 20-30 В.

2.2.7 Блок управления должен обеспечивать номинальные значения параметров при нормальных значениях климатических факторов внешней среды:

а) температура окружающего воздуха (2510)С;

б) относительная влажность 45-80%;

в) атмосферное давление 84,0-106,7 кПа (630-800 мм.рт.ст.).

2.2.8 При температуре окружающей среды от минус 50 до плюс 65С блок управления должен сохранять свои параметры: время начальной продувки tн, предохранительное время tпр, время продувки tв и время инерционного выбега двигателя подогревателя tи.

2.2.9 Степень защиты от проникновения посторонних тел, пыли и воды IР54 по ГОСТ14254-96.

2.3.Описание принципа функционирования

Блок управления работает по следующему алгоритму:

а) при подаче напряжения питания на контакт I разъема ХР2 блока управления при замкнутых контактах 1 и 7 разъема ХР3 (холодном теплоносителе) и напряжении между контактом 4 разъема ХР2 и контактом 6 разъема ХР3 (неосвещенном датчике пламени) блок управления должен подать напряжение на контакт 1 разъема ХР1, на контакт 3 разъема ХР2 и на контакт 2 разъема ХР3, обеспечивая включение циркуляционного насоса, двигателя подогревателя и начать отсчет времени tн;

б) после отработки алгоритма по пункту а) блок управления должен подать напряжение на контакты 4 и 8 разъема ХР3, обеспечивая включение электромагнитного клапана, системы зажигания, и начать отсчет времени tпр;

в) при уменьшении напряжения между контактом 4 разъема ХР2 и контактом 6 разъема ХР3 до значения менее 2,5 В, что соответствует освещенному датчику пламени, после отработки алгоритма по пунктам а), б) до истечения tпр блок управления должен снять напряжение с контакта 8 разъема ХР3, обеспечивая выключение системы зажигания и прекратить отсчет tпр;

г) при увеличении напряжения между контактом 4 разъема ХР2 и контактом 6 разъема ХР3 до значения более 2,5В (переходе датчика пламени из освещенного состояния в неосвещенное), после отработки алгоритма по пункту в) блок управления должен подать напряжение на контакты 4 и 8 разъема ХР3, обеспечивая включение электромагнитного клапана и системы зажигания, и начать отсчет времени tпр;

д) при размыкании контактов 1 и 7 разъема ХР3 (из-за нагревания теплоносителя), после отработки алгоритма по пунктам а) - в) блок управления должен снять напряжение с контакта 4 разъема ХР3, обеспечивая выключение электромагнитного клапана, и начать отсчет времени tи, по истечении которого блок управления должен снять напряжение с контакта 2 разъема ХР3, обеспечивая выключение двигателя подогревателя;

е) при замыкании контактов 1 и 7 (из-за остывания теплоносителя), после отработки алгоритма по пунктам а) - д) блок управления должен снова начать работать по алгоритму пунктов а) - д);

ж) при отключении от контакта 1 разъема ХР2 напряжения питания, блок управления должен снять напряжение с контактов 4 и 8 разъема ХР3, подать напряжение питания на контакт 3 разъема ХР2, обеспечивая формирование кода в соответствии с пунктом 1 таблицы 1 и начать отсчет времени tв, по истечении которого блок управления должен снять напряжение питания с контакта 2 разъема ХР1, с контакта 3 разъема ХР2 и с контакта 2 разъема ХР3, обеспечивая выключение циркуляционного насоса, сигнальной лампы и двигателя подогревателя;

з) при напряжении между контактом 4 разъема ХР2 и контактом 6 разъема ХР3 более 2,2В (неосвещенном состоянии датчика пламени) непрерывно в течение времени tпр, блок управления должен снять напряжение с контактов 4 и 8 разъема ХР3, обеспечивая выключение системы зажигания и электромагнитного клапана, подать напряжение на контакт 3 разъема ХР2, обеспечивая формирование кодов в соответствии с пунктом 3 таблицы 1 и начать отсчет времени tв, по истечении которого блок управления должен снять напряжение питания с контакта 2 разъема ХР1 и с контакта 2 разъема ХР3;

и) после отработки алгоритма по пунктам б), в), г) (при переходе датчика пламени из неосвещенного состояния в освещенное и обратно) более 8 раз в течение (322)с, подать напряжение на контакт 3 разъема ХР2, обеспечивая формирование кодов в соответствии с пунктом 2 таблицы 1 и начать отсчет времени tв, по истечении которого блок управления должен вновь начать отработку алгоритма по пунктам а), б). При повторении условий по пункту и) блок управления должен отработать алгоритм по пункту з).

2.4. Обоснование выбора элементной базы

При изготовлении данного устройства использовалась технология смешанного монтажа (поверхностный, штыревой). Использование штыревого монтажа явилось необходимостью.

Технологии поверхностного монтажа предпочтительнее по ряду причин:

более высокие технические характеристики (расширение полосы частот при снижении паразитных составляющих индуктивности и емкости), компактность (технология поверхностного монтажа позволяет устанавливать самые миниатюрные компоненты), повышенная надежность (технология поверхностного монтажа минимизирует участие человека в создании печатной платы, скажем при пайке).

Конечная продукция, с использованием поверхностного монтажа, обладает более постоянными характеристиками.

Каждая матричная система проходит тщательное тестирование по внешнему управлению и связи с периферийными устройствами. При этом тестируются скорость и точность обмена данными между системой и внешними управляющими устройствами. Если матричная система не прошла хотя бы один из этих тестов, она не покидает производственное здание.

Кроме того, поверхностный монтаж позволяет использовать новые корпуса интегральных схем с малым шагом между выводами (0,5-0,65мм), корпуса с шариковыми выводами (BGA), новые малогабаритные дискретные компоненты и соединители. Повысить точность изготовления печатных плат, увеличились возможности для разводки сложных устройств в малых габаритах. Появление новой элементной базы позволяет говорить о возможности воплощения сложных систем на одной плате и даже на одном кристалле (system-on-chip). Это означает, что на одной и той же типичной плате устройства обработки сигналов, в малых габаритах размещаются высокочувствительный аналоговый тракт, аналого-цифровой преобразователь, высокоскоростная схема цифровой обработки на процессоре, а на программируемых логических интегральных схемах - буферные элементы и драйверы линий связи, элементы стабилизаторов напряжения питания и преобразователей уровня, а также другие узлы. Естественно, это накладывает отпечаток на методологию разработки платы.

Микросхема PIC16F73 - I/SO

Микроконтроллеры семейств PIC (Peripheral Interface Controller) компании Microchip объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые пользователем ППЗУ, минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архитектуру, функциональную законченность и минимальные размеры.

Основным назначением микроконтроллеров семейств PIC, как следует из аббревиатуры PIC (Peripheral Interface Controller), является выполнение интерфейсных функций. Этим объясняются особенности их архитектуры:

· RISC-система команд, характеризующаяся малым набором одноадресных инструкций (33, 35 или 58), каждая из которых имеет длину в одно слово (12, 14 или 16 бит) и большинство выполняется за один машинный цикл. В системе команд отсутствуют сложные арифметические команды (умножение, деление), предельно сокращен набор условных переходов;

· высокая скорость выполнения команд: при тактовой частоте 20 МГц время машинного цикла составляет 200 нс (быстродействие равно 5 млн. операций/сек);

· наличие мощных драйверов (до 25 мА) на линиях портов ввода/вывода, что позволяет подключать непосредственно к ним довольно мощную нагрузку, например, светодиоды;

· низкая потребляемая мощность;

· ориентация на ценовую нишу предельно низкой стоимости, определяющая использование дешевых корпусов с малым количеством выводов (8, 14, 18, 28), отказ от внешних шин адреса и данных (кроме PIC17C4X), использование упрощенного механизма прерываний и аппаратного (программно недоступного) стека.

Таблица №2

Основные технические характеристики	Чип резисторы 0805	Чип резисторы 2512
Номинальная мощность при 70°С Рабочее напряжение Максимально допустимое напряжение Диапазон рабочих температур Температурный коэффициент сопротивления	1Вт 200В 400В -55 +125°С 100ppm/С	0.125Вт 300В 500В -55 +125°С 100ppm/С

2.5 Расчет на действие механических нагрузок

2.5.1. Расчет печатной платы на действие вибрации

Целью расчета конструкции РЭА при действии вибрации является определение действующих на элементы изделия максимальных перегрузок и перемещений.

Периодическая вибрация характеризуется спектром (диапазон частот), виброускорением, перегрузкой. Коэффициент перегрузки п, амплитуда виброускорения а, и виброперемещения S, связаны между собой соотношениями:

Исходными данными при расчете на вибрацию являются: частота вибрации (диапазон частот), Гц; масса блока (части блока); коэффициент перегрузки.

При расчете ПП с ЭРЭ задается (определяется) масса ПП и масса ЭРЭ.

Исходные данные для расчета:

Диапазон вибрационных воздействий: ,;

Коэффициент перегрузки: ;

Длина платы: ;

Ширина платы: ;

Толщина платы: ;

Коэффициент Пуассона материала ПП: ;

Модуль упругости материала ПП:

Удельный вес материала ПП: ;

Плотность материала ПП: .

Последовательность расчета следующая:

1.Определяем частоту собственных колебаний. При условии равномерного нагружения ПП по ее поверхности ЭРЭ:

,

где:

-ускорение свободного падения;

-длина ПП;

-толщина ПП;

- удельный вес материала ПП;

,

где:

-масса ЭРЭ;

-масса ПП;

где:

-длина ПП;

-ширина ПП;

- толщина ПП;

-плотность материала ПП;

;

;

-коэффициент, зависящий от способа закрепления ПП;

Для случая защемления платы по контуру:

- цилиндрическая жесткость;

где:

- модуль упругости материала ПП;

- коэффициент Пуассона материала ПП;

;

.

2.Находим амплитуду колебаний (прогиб) ПП на собственной частоте при заданном коэффициенте перегрузки п по формуле:

;

где:

- коэффициент перегрузки;

- частота собственных колебаний ПП.

.

3.Определяем коэффициент динамичности , показывающий, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний на частоте отличается от амплитуды на частоте :

;

где:

- показатель затухания колебаний (для стеклотекстолита при напряжениях, близких к допустимым, принимают );

- коэффициент расстройки;

Вычислим при :

4.Находим динамический прогиб в геометрическом центре ПП при ее возбуждении с частотой :

;

;

5.Определяем эквивалентную этому прогибу равномерно распределенную динамическую нагрузку :

;

и максимальный распределенный изгибающий момент, вызванный этой нагрузкой:

;

где:

C1 и C2 - коэффициенты, зависящие от размеров ПП и способа ее закрепления.

Для защемления ПП по контуру на a/b3 значения C1 и C2 определяются по формулам:

C1=0,0012+0,04 lg(a/b)

C2=0,0513+0,108 lg(a/b).

;

;

;

;

6.Находим максимальное динамическое напряжение изгиба ПП:

;

;

7. Условия вибропрочности выполняются, если mах,

;

где:

-1 - предел выносливости материала ПП, для стеклотекстолита,

-1=105 Мпа;

n=1,8 -допустимый запас прочности для стеклотекстолита.

• ;
• Вывод: условие вибропрочности для ПП выполняется, так как mах<
• 2.5.2.Расчет печатной платы на действие удара
• Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса.
• Ударные импульсы могут быть полусинусоидальной, четвертьсинусоидальной, прямоугольной, треугольной и трапециевидной формы.
• Максимальное воздействие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы. Параметрами ударного импульса являются:
• - длительность ударного импульса (),
• - амплитуда ускорения ударного импульса (Ну).
• Целью расчета является определение ударопрочности конструкции при воздействии удара.
• Ударный импульс действует только в течение времени и величина =/ получила название условной частоты импульса.
• Исходными данными для расчета конструкции на ударопрочность являются:
• - параметры ударного импульса (и,Ну)
• - параметры конструкции
• - характеристики материалов конструкции или собственная частота колебаний механической системы.
• Исходные данные для расчета:
• Длительность ударного импульса:
• Амплитуда ускорения ударного импульса:;
• Собственная частота колебаний механической системы: (расчет данной величины выполнен в пункте 2.5.1. ).
• Расчет на ударопрочность проводим в следующей последовательности:
• 1.Определяем условную частоту ударного импульса:
• ;
• где:
• - длительность ударного импульса;
• ;
• 2.Определяем коэффициент передачи при ударе (для прямоугольного импульса):
• ;
• где:
• n - коэффициент расстройки
• ;
• fс - собственная частота колебаний механической системы.
• ;
• ;

3.Находим ударное ускорение:

;

где:

Ну -амплитуда ускорения ударного импульса.

;

4.Рассчитываем максимальное относительное перемещение (для прямоугольного импульса):

;

;

5.Проверяем выполнение условий ударопрочности по следующим критериям:

1.Для ЭРЭ ударное ускорение должно быть меньше допустимого, т.е. ау<аудоп, где аудоп определяется из анализа элементной базы изделия;

, следовательно ау<аудоп.

2.Для ПП с ЭРЭ Smах<0,003b, где b - размер стороны ПП, параллельно которой установлены ЭРЭ;

;

, следовательно Smах<0,003b.

Вывод: условия ударопрочности выполняются.

2.6 Тепловой расчет

Тепловой расчет элемента VT2

1) Определим мощность, рассеиваемую транзистором BC 847B. Рассматриваемый транзистор является полевым.

Рассеиваемая на нем мощность определяется как произведение квадрата тока, протекающего через транзистор, на сопротивление канала.

На графике зависимости сопротивления канала от температуры перехода выберем точку, соответствующую температуре перехода, ближайшей к максимально допустимой. Для рассматриваемого транзистора максимально допустимая температура перехода составляет .

Страницы: 1, 2