содержание

ВВЕДЕНИЕ 2

1Расширенное техническое задание 3

1.1 Наименование и назначение изделия 3

1.2 Область применения 3

1.3 Технические характеристики 3

1.4 Требования надежности 3

1.5 Условия эксплуатации и транспортирования 3

1.6 Конструктивные требования 3

2Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы 5

2.1 Анализ технического задания и электрической схемы 5

3 Разработка конструкции 14

3.1 Предварительная разработка конструкции 14

3.1.1 Определение габаритных размеров блока. 14

3.2 Выбор типа электрического монтажа 17

1Конструкторские расчеты 18

4.1 Расчет печатного монтажа 18

4.1.1 Конструктивно – технологический расчет элементов конструкции ПП. 18

2 Расчет теплового режима 28

5.1 Описание конструкции блока. 31

5.2 Способ защиты устройства от внешних воздействий. 31

5.3 Защитные и защитно-декоративные покрытия. 32

5.4 Способ маркировки деталей и сборочных единиц. 32

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34

ВВЕДЕНИЕ

Задача курсового проекта: развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭАВТ.

Цель курсового проекта: научиться пользоваться нормативно-технической документацией при разработке изделия, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

В двигателях внутреннего сгорания большинства современ­ных автомобилей текущим углом опережения зажигания (ОЗ) уп­равляет в основном механический центробежный регулятор, ко­торому присущи такие недостатки, как нестабильность характе­ристики и сложность ее изменения, инерционность, нестабиль­ность угла ОЗ, вызванная трением и люфтами в механизме. Предлагаемое вниманию читателей электронное устройство практически свободно от этих недостатков. Благодаря "гибкости конструкции" оно может заменить любой центробежный регуля­тор.

Кстати, актуальность этой темы сейчас неожиданно возросла. Дело в том, что в последние годы в Россию ввезено много авто­мобилей, оснащенных электронными блоками управления зажи­ганием, которые время от времени выходят из строя. Их замена в наших условиях не всегда технически возможна, не говоря уже о том, что она крайне дорога.

Выходом из такого рода затруднений в некоторых случаях мо­жет стать установка самодельных блоков.

1. Расширенное техническое задание

1. Наименование и назначение изделия

Цифровой автомат-регулятор угла опережения зажигания предназначен для коррекции времени запаздывания искры на свече относительно угла поворота вала двигателя.

2. Область применения

В автомобилестроении и в автомастерских.

3. Технические характеристики

Напряжение питания, В 5;

Относительная погрешность, % 5;

Потребляемый ток, мА 5;

Пределы изменения часты входного сигнала, мин^-1 0…6500;

Температурный диапазон, С -40+85.

4. Требования надежности

Минимальная наработка прибора на отказ, ч 5000;

Срок сохраняемости, лет 12.

5. Условия эксплуатации и транспортирования

а) Климатические условия транспортирования не должны выходит за пределы:

Температура окружающего воздуха, С -20+70;

Относительная влажность воздуха, % 85.

б) Устройство допускает транспортирование всеми видами транспорта.

в) Условия эксплуатации :

Температура окружающего воздуха, С -25+80;

Относительная влажность воздуха, % 80;

6. Конструктивные требования

Элементная база – интегральная и дискретная;

Монтаж – печатный и объемный;

Габаритные размеры – в процессе проектирования;

Номенклатура конструкторской документации:

• Цифровой регулятор схема электрическая принципиальная - А2;

• Печатная плата сборочный чертеж– А2;

• Цифровой регулятор сборочный чертеж – А1;

• Печатная плата – А1.

2. Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы

1. Анализ технического задания и электрической схемы

Был проведен литературный поиск аналогов разрабатываемого устройства: «Цифровой автомат-регулятор угла опережения зажигания»[1]. Разрабатываемый цифровой регулятор имеет нелинейную характеристику по сравнению с аналогом [2], отличается универсальностью, что приводит к расширению области его применения, имеет более низкую относительную и абсолютную погрешность, отличается простотой элементной базой.

Сравнительный анализ аналогов.

Таблица 1 – Сравнительный анализ аналогов

Критерии выбора	Устройство
	Аналог	Разрабатываемое
1	2	3
1 Способ корректирования	Корректировка статичная, не зависящая от скороти вращения вала	Подсчет числа тактовых импульсов, количество которых пропорционально скорости вращения вала

1	2	3
2 Вид характеристики	Линейная	Нелинейная
3 Напряжение питания	12 В	5 В

Разрабатываемое устройство по сравнению с аналогом имеет более совершенный алгоритм управления запаздыванием, имеет меньшее энергопотребление.

Разрабатываемое изделие состоит из одного модуля (схема электрическая принципиальная УИТС.453117.029 Э3).

2.2 Описание работы устройства.

Технические характеристики описан­ного ниже цифрового автоматического регулятора угла ОЗ отличаются высокой стабильностью и не зависят от температу­ры окружающей среды. Возможные коле­бания угла при фиксированной частоте вращения коленчатого вала двигателя не выходят за пределы ±0,25 град. Коррек­ция угла происходит через каждые пол оборота коленчатого вала двигателя, что практически обеспечивает безынерционность устройства. Цифровой регулятор предназначен для работы совместно с цифровым октан-корректором, но может работать и самостоятельно. Принцип работы цифрового регуля­тора основан на заполнении реверсивного счетчика импульсами, частота следо­вания которых зависит от частоты вра­щения коленчатого вала двигателя, и вы­читании из него импульсов фиксирован­ной частоты. Запись в счетчик начинает­ся в момент искрообразования, а вычи­тание из него — в момент размыкания контактов прерывателя. При переходе счетчика в состояние 0 формируется вы­ходной импульс, запускающий систему зажигания, после чего процесс повторя­ется. Время вычитания и определяет время задержки выходного импульса от­носительно момента размыкания контактов прерывателя, т. е. угол задержки, вносимый регулятором.

Принципиальная схема цифрового регулятора изображена на чертеже УИТС.453117.029 Э3 Уст­ройство состоит из узла VT3, DD3.1, DD3.4, устраняющего влияние "дребез­га" контактов прерывателя, кварцевого таймера DD1, VT1, VT2, DD2, DD4, DD5, шиф­раторов на диодах VD6—VD15, которые определяют характеристику регулятора, генератора прямоугольных импульсов DD3.2, DD3.3, счетчика DD8 с перемен­ным коэффициентом счета, RS-триггера DD7.1, DD7.2, реверсивного счетчика DD9—DD11 и элементов управления. При показанной на чертеже УИТС.453117.029 Э3 схеме включе­ния диодов VD6—VD15 регулятор по характеристике аналогичен механическому центробежному регулятору Р-147А, уста­навливаемому на часть автомобилей М-2140 и М-2141.

После включения зажигания RS-триггер DD7.1, DD7.2 может установиться в любое состояние. Предположим, что на выходе элемента DD7.2 будет высокий уровень. Тогда импульсы с частотой око­ло 50 кГц с выхода генератора DD3.2, DD3.3 после деления счетчиком DD8 по­ступят на вход +1 реверсивного счетчика DD9—DD11.

При появлении на выходе 8 счетчика DD11 сигнала высокого уровня элемент DD6.1 запретит прохождение импульсов на выход Y счетчика DD8 и заполнение реверсивного счетчика прекратится. Число импульсов, учтенных реверсив­ным счетчиком, определит максималь­ное время задержки выходного сигнала относительно момента размыкания кон­тактов прерывателя.

После размыкания контактов преры­вателя одновибратор DD3.1, DD3.4 сформирует импульс низкого уровня длительностью около 500 мкс, необходи­мый для устранения влияния "дребезга" контактов прерывателя при их размыка­нии. Продифференцированный цепью С6, R20, R21, этот импульс переключит триггер DD7.1, DD7.2. Высокий уровень, появившийся на выходе элемента DD7.1, разрешит прохождение импульсов гене­ратора DD3.2, DD3.3 на вход -1 реверсивного счетчика, а низкий уровень на выходе элемента DD7.2 запретит их прохождение на вход +1.

Дифференцирующая цепь C15 R28 R29 служит для синхронизации генератора с контактами прерывателя. При переклю­чении реверсивного счетчика DD9— DD11 из состояния 0 в состояние 15 на выходе <0 счетчика DD11 сформируется импульс низкого уровня.

Фронт этого импульса запускает од­новибратор, собранный на элементах DD6.4, DD6.3. Импульс высокого уровня с выхода элемента DD6.4 обнулит реверсивный счетчик и счетчики DD1, DD2, DD4, а импульс низкого уровня (длительностью около 20 мкс) с выхода элемента DD6.3 возвращает триггер DD7.2, DD7.1 в исходное состояние.

Так как счетчик DD4 находится в нуле­вом состоянии, на выходе 0 дешифрато­ра DD5 будет сигнал низкого уровня, ко­торый после инвертирования элементом DD6.2 обнулит счетчик DD8 и удержит его в этом состоянии. Следовательно, пока на выходе 0 дешифратора DD5 присутст­вует сигнал низкого уровня, заполнения реверсивного счетчика DD9—DD11 не произойдет, несмотря на высокий уро­вень на нижнем по схеме входе элемента DD7.3, и реверсивный счетчик будет находиться в состоянии 0.

Время, в течение которого дешифра­тор DD5 находится в каждом из состоя­ний 0,1,2,3 определяется коэффициен­том счета счетчика DD2, который, в свою очередь, определяется тем, в каком со­стоянии в текущий момент находится де­шифратор DD5, и схемой подключения диодов VD6—VD8. Коэффициент счета счетчика DD8 также определяется состо­янием дешифратора DD5 и схемой под­ключения диодов VD9—VD15.

Рис. 1 – характеристика цифрового регулятора ОЗ

Рассмотрим формирование характе­ристики регулятора, показанной на рис. 1. В электронном автоматическом ре­гуляторе угла ОЗ частота следования импульсов, заполняющих реверсивный счетчик, дискретно меняется в течение одного периода искрообразования, и график зависимости угла ОЗ от часто­ты вращения вала двигателя приобрета­ет вид кривой, состоящей из прямых от­резков. Положение точек излома 1,2,3 зависит от интервалов времени, в тече­ние которых дешифратор DD5 находится в каждом из состояний 0,1,2,3. Интер­валы определены коэффициентом счета счетчика DD2, который, в свою очередь, зависит от схемы включения диодов VD6 -VD8.

Частота следования импульсов, за­полняющих реверсивный счетчик во время нахождения дешифратора DD5 в каж­дом из состояний, зависит от коэффици­ента счета счетчика DD8, который опре­деляется схемой включения диодов VD9 —VD15.

В соответствии со схемой регулятора при частоте вращения вала двигателя более 5000 об/мин или периоде искрообразования менее 6 мс дешифра­тор DD5 будет находиться в состоянии 0. Следовательно, на входе R счетчика DD8 будет высокий уровень, импульсов на его выходе не будет, состояние реверсивного счетчика DD9—DD11 не изменяется, по­этому регулятор не задерживает выходной импульс относительно входного.

При уменьшении частоты вращения вала двигателя (см. точку 1 на рис. 1) де­шифратор DD5 переключится в состоя­ние 1, на входе R счетчика DD8 появится низкий уровень, начнется заполнение ре­версивного счетчика, следовательно, по­явится задержка выходного импульса от­носительно момента размыкания контак­тов прерывателя.

Изменяя схему включения диодов VD6—VD8 и VD9—VD15, можно в широ­ких пределах менять характеристику эле­ктронного регулятора.

2.3 Оценка элементной базы

Используемая элементная база широко применяется в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями, а также имеет много отечественных и зарубежных аналогов, что повышает ремонтопригодность изделия.

2.3.1 Микросхемы.

Микросхемы серий К155, К176 и К555 изготавливаются по технологии комплементальных транзисторов структуры металл – окисел – полупроводник (КМОП). Основной особенностью микросхем является ничтожное потребление тока в статическом режиме – 0,1…100мкА. Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах 201.14–1 и 238.16–2. Микросхемы работоспособны при напряжении питания 5-12 В. Диапазон рабочих температур -40...+60С.

2.3.2 Резисторы.

В качестве распределителей электрической энергии между цепями и элементами схемы проектируемого устройства применены металлопленочные резисторы общего назначения типа МЛТ-0.125 и МЛТ-2 постоянного сопротивления, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения. Диапазон рабочих температур -60...+125С.

2.3.3 Конденсаторы.

В проектируемом устройстве используются керамические конденсаторы, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Диапазон рабочих температур - 60…+155 ⁰С.

2.3.4 Диоды.

Диод КД522А относится к маломощным выпрямительным диодам (максимальный прямой импульсный ток 2 А; обратное максимальное напряжение 50 В). Диапазон рабочих температур -50...+100 0С.

2.3.5 Транзисторы.

Транзистор КТ3102Б является маломощным высокочастотным структуры n-p-n с максимальным током коллектора 300 мА, с максимальным напряжением коллектор-база 30 В Диапазон рабочих температур -55...+85 0С.

Параметры элементной базы проектируемого блока управления экономайзером приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные конструктивные параметры элементной базы

Наименование элемента	Обозначение на схеме	Вариант установки	Установочная площадь, мм^2
Микросхемы: К176ИЕ5 К155ЛЕ5 К555ИЕ5 К155ИД4 К555ИЕ7 К1553ЛА3	DD1 DD2,DD8 DD4 DD5 DD9..DD11 DD3,DD6,DD7	VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a	220 490 220 245 735 660
Резисторы: МЛТ-0,125 МЛТ-2	R1..R12,R14..R32 R13	II-а II-а	1821,25 249,7
Конденсаторы: КЛС-2-МН7-62 пФ КЛС-2-МН7-22 пФ К73-11-Н20-0,022 мкФ К73-11-Н20-0,15 мкФ К73-11-Н20-0,33 мкФ КЛС-2-МН7-510 пФ К10-43а-М700-7500 пФ КМ3а-М700-0,01 мкФ К73-11-Н20-0,047 мкФ К53-18-Н20-100 мкФ	С1 С2 С3,С16 С4 С5 С6 С7 С15 С8..С13 С14	II-а II-а II-а II-а II-а II-а I-б II-а II-а II-а	80,4 73,1 380 190 190 80,4 172,5 110 1140 240
Диоды: КД522А	VD1..VD15	II-а	463
Наименование элемента	Обозначение на схеме	Вариант установки	Установочная площадь, мм^2
Транзисторы: КТ3102Б	VT1..VT3	II-в	321
Пьезоэлемент: ЭПКВ-35М	ZQ1	I-а	61

Таким образом, с учетом выбранной элементной базы диапазон рабочих температур устройства составит –40...+60С, что соответствует техническому заданию.

3 Разработка конструкции

1. Предварительная разработка конструкции

Для выбора компоновки разрабатываемого цифрового регулятора угла ОЗ рассматривается вариант компоновки с одной печатной платой.

Рациональная форма блока определяется по трем параметрам:

а) приведенная площадь наружной поверхности;

б) коэффициент приведенных площадей;

в) коэффициент заполнения объема.

1. Определение габаритных размеров блока.

Вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата П1).

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

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 (80110, 100100, 100110,) и был выбран следующий: 110100 мм по ГОСТ10317-79.

Для определения объема печатной платы необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для П1 она равна h₁=13,5 мм,

Тогда объем печатной платы П1:

, (3)

общий объем, занимаемый аппаратурой:

, (4)

По полученным габаритным размерам внутренней аппаратуры определяем размеры блока. Плата расположена горизонтально, значение высоты определяется высотой элемента с наибольшей высотой. Тогда с учетом зазоров между платой и стенками корпуса, получим габаритные размеры корпуса выбранного варианта компоновки.

Размеры блока: длина l₁=135 мм, ширина b₁=125 мм и высота h₁=35 мм.

а)

б)

Рисунок 2 –компоновки блока

Определяем полный объем блока:

, (5)

1. Приведенная площадь наружной поверхности

Площади поверхностей вариантов компоновки блока

(6)

Приведенная площадь наружной поверхности

(7)

2. Коэффициент приведенных площадей

, (8)

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

, (9)

где d - диаметр шара, мм.

Вычислим диаметр шара через объем шара V_ш=V_ап=148500мм³:

, (10)

Тогда:

, (11)

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:

, (12)

3. Коэффициент заполнения объема.

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %

, (13)

, (14)

Вывод:, был выбран вариант компоновки блока устройства (рисунок 2), и вычислены его основные компоновочные характеристики.

2. Выбор типа электрического монтажа

В разрабатываемой конструкции используется два типа монтажа: печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в функционально законченный узел – печатную плату. Объемный монтаж применяется для монтажа жгута выходных проводов.