4 Конструкторские расчеты

4.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства

Прежде, чем проводить расчет компоновочных параметров, определим размер печатной платы устройства. Площадь печатной платы рассчитаем, исходя из площади установочной поверхности элементов. Площади установочных поверхностей приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Площади установочной поверхности элементов

Элементы	Площадь 1-го элемента, мм^2	Количество элементов	Общая площадь,мм^2
Микросхема DD1 Микросхема DD2-DD4 Конденсаторы С1- C3 Конденсатор С4 Резисторы R1-R7 Диоды VD1-VD9 Транзистор VT1 Транзистор VT2 Кварцевый резонатор ZQ1	146,25 150 60,125 225 22 23,75 69,498 21,84 172,8	1 3 3 1 7 9 1 1 1	146,25 450 180,375 225 154 213,75 69,498 21,84 172,8

Общую площадь печатной платы найдем, используя следующую формулу:

S= SDD+ SC+SR+SVD+SVT+SZQ, где

SDD - площадь, необходимая для установки микросхем на ПП;

SC - площадь, необходимая для установки конденсаторов на ПП;

SR – площадь, необходимая для установки резисторов на ПП;

SVD - площадь, необходимая для установки диодов на ПП;

SVT - площадь, необходимая для установки транзисторов на ПП;

SZQ - площадь, необходимая для установки кварцевого резонатора на ПП.

Общая площадь, занимаемая ЭРЭ на печатной плате:

S_общ=(146,25+450)+(180,375+225)+154+213,75+(69,498+21,84)+172,8= 1633,513мм².

Площадь печатной платы рассчитаем по формуле:

S_ПП = S_общ / 0,6 = 1633,513 / 0,6 =2722,5 мм².

Было рассмотрено несколько вариантов соотношения сторон печатной платы (60×80, 60×60, 50×75), выбран размер 6080 мм по ГОСТ10317-79.

Объем печатной платы определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ плюс толщина основания ПП (высота кварцевого резонатора ZQ1, равная 25,7 мм, плюс толщина платы, равная 1,5 мм). То есть полный объем платы:

V_п.п=608027,7=132960 мм³.

Определим внутренние объемы элементов: батарейного отсека, кнопки и светодиода.

V_б.от =53155 =3975 мм³;

V_К=17x14x25 =5950 мм³;

V_С =6x6x17 =612 мм³;

На рисунке 1 было представлено два варианта компоновки блока. Определяем габаритные размеры блоков обоих вариантов в зависимости от расположения органа коммутации. В первом варианте кнопка расположена на верхней стороне корпуса (рисунок 1, а). С учетом этого и зазоров между печатной платой и стенками корпуса, а также толщиной стенок корпуса, получаем габаритные размеры первого варианта блока: длина A1=90 мм, ширина B1=70 мм и высота H1=70 мм (V1=90x70x70).

Во втором варианте кнопка расположена с боковой стороны корпуса (рисунок 1, б). Тогда габаритные размеры второго варианта блока: длина A₂=90 мм, ширина B₂=70 мм и высота H₂=60 мм (V₂=90x70x60).

Для выбора рациональной компоновки блока электронного ключа используют три параметра [6, страница 4]:

1) приведенная площадь наружной поверхности;

2) коэффициент приведенных площадей;

3) коэффициент заполнения объема.

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

V₁ = A₁·B₁·H₁=90·70·70 = 441000 мм³;

V₂ = A₂·B₂·H₂=90·70·60 = 378000 мм³

Площадь наружной поверхности блоков:

S₁ = 2·(A₁·B₁+B₁·H₁+A₁·H₁)= 2·(90·70+70·70+90·70)=35000 мм²;

S₂ = 2·(A₂·B₂+B₂·H₂+A₂·H₂)= 2·(90·70+70·60+90·60)=31800 мм².

Приведенная площадь наружной поверхности

.

Коэффициент приведенных площадей

где S_пр.ш - приведенная площадь шара.

где d - диаметр шара, мм.

Т.к. , следовательно .

Для первого варианта d₁=94,5 мм, для второго варианта d₂=90 мм. Тогда

.

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен

следовательно, второй вариант блока более оптимальный по площади наружной поверхности.

Коэффициент заполнения объема.

Для определения коэффициентов заполнения объема определим объем, занимаемый аппаратурой

V_а= V_п.п+V_К+V_С+V_б.от =132960+5950+ 612+3975=143497 мм³

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока:

;

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

В результате расчета основных компоновочных характеристик блоков, было получено, что второй вариант компоновки блока предпочтительнее, чем первый, так как его объем используется наиболее эффективно. Но, несмотря на это, мы принимаем первый вариант компоновки блока, т.к. он удобнее в эксплуатации.