3. Разработка конструкции путевого велоприбора

1. Предварительная разработка конструкции

Для выбора компоновки разрабатываемого велоприбора рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением печатных плат, органов коммутации и индикации.

Рациональная форма блока определяется по трем параметрам:

а) приведенная площадь наружной поверхности;

б) коэффициент приведенных площадей;

в) коэффициент заполнения объема.

1. Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки.

Для сравнения по данным трем параметрам необходимо знать габаритные размеры (длина, высота и ширина) блоков рассматриваемых двух вариантов компоновки. Для их определения вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата П1, печатная плата П2).

Для определения объема печатной платы П1 найдем ее размеры, для этого воспользуемся таблицей 2.

Таблица 2 – Основные конструктивные параметры элементной базы

Элементы	Установочная площадь,мм^2	Количество элементов	Диапазон температур, С
1	2	3	4
Конденсаторы КМ4б М1500 КМ4б М47 КМ4б М75 КМ3б Н30 КМ4б Н30	75,5 93,5 75,5 49,5 93,5	1 2 1 1 2	-10..+60 -10..+60 -10..+60 -10..+60 -10..+60
Микросхемы: К176ЛП2 К176ИЕ1 К176ИЕ16 К176ЛИ1 К561ИЕ10 К561ЛА7	240 240 240 240 240 240	1 1 1 1 1 1	-10..+70 -10..+70 -10..+70 -10..+70 -10..+70 -40..+70
Резисторы: МЛТ-0,125	60	7	-60..+155
Диоды КД521А	60	2	-60..+125

Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате П1:

(1)

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П1

, (2)

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П1 (6565, 45100, 35125,), однако при трассировке столкнулись с определенными трудностями, и в результате были выбран следующие размеры: 60100 мм по ГОСТ10317-79.

Для определения объема печатной платы П2 найдем ее размеры. Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате:

, (3)

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П2

, (4)

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П2 (7070, 50100) и был выбран следующий: 50100 мм.

Для определения объемов печатных плат необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для ПП П1 она равна h₁=19,5 мм, а для ПП П2 h₂=5 мм. Тогда:

• объем печатной платы П1:

, (5)

- объем печатной платы П2:

, (6)

• общий объем, занимаемый аппаратурой:

, (7)

Поскольку модуль датчика конструктивно вынесен за пределы проектируемого блока, его объем в расчете объема аппаратуры не учитывается и в дальнейших расчетах участия не принимает.

По полученным габаритным размерам внутренней аппаратуры в зависимости от ее размещения были определены габаритные размеры рассматриваемых двух вариантов корпусов, которые представлены на рисунках 1а и 1б. В первом варианте плата П1 и плата П2 расположены горизонтально, органы индикации (плата П2) вынесены на верхнюю панель. Значение высоты блока будет складываться из высоты платы П1 и высоты платы П2, длина и ширина определяется шириной и длиной платы П1. Во втором варианте ПП П1 расположена горизонтально, а П2 вертикально. В этом случае длина блока будет складываться из длины ПП П1 и толщины ПП П2, высота будет равна ширине ПП П2, ширина равна ширине ПП П1. Тогда с учетом зазоров между печатными платами, между платами и стенками корпуса, получим габаритные размеры корпусов обоих вариантов компоновки.

Размеры блока для первого варианта: длина l₁=60 мм, ширина b₁=100 мм и высота h₁=19,5+10+5=34,5 мм.

Размеры блока для второго варианта: длина l₂=60+10+5=75 мм, ширина b₂=100 мм и высота h₂=50 мм.

а)

б)

Рисунок 1 – Варианты компоновки велоприбора

Определяем полный объем первого (рисунок 1а) и второго (рисунок 1б) вариантов:

, (8)

_, (9)

1. Приведенная площадь наружной поверхности

, (10)

, (11)

, (12)

2. Коэффициент приведенных площадей

, (13)

где S_пр.ш - приведенная площадь эквивалентного шара

, (14)

где d - диаметр эквивалентного шара, мм.

Вычислим диаметр эквивалентного шара через объем V_ш=V_ап=236666мм³:

, (15)

Тогда:

, (16)

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:

, (17)

, (18)

Составим отношение:

, (19)

следовательно второй вариант блока незначительно более оптимален по площади наружной поверхности.

3. Коэффициент заполнения объема.

Рассчитаем коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %

, (20)

, (21)

, (22)

Коэффициент заполнения объема для первого варианта компоновки блока больше, чем для второго варианта. Следовательно, в первом случае объем используется более эффективно.

Вывод. На основании результатов расчета основных компоновочных характеристик блоков, был выбран первый вариант компоновки (рисунок 1а), так как его объем используется наиболее эффективно и является не на много менее оптимальным по площади наружной поверхности.