Конструирование РЭА – Курсовой
Введение
Различного рода кнопкам и контактам принадлежит заметная роль в современной радиоэлектронной аппаратуре и средствах автоматики при решении широкого круга технических задач в приводных, программных, переключающих, тормозных, фиксирующих, блокировочных и многих других устройствах. На основе контактов построены самые разнообразные конструкции реле, контакторов, пускателей, клапанов, дистанционных. Они являются одним из основных элементов средств автоматики и автоматизации. Сегодня трудно назвать отрасль промышленности, где бы не использовались те или иные кнопки и контакты.
Относительная простота, компактность конструкций, широкие функциональные возможности этих устройств обусловили применение их в системах автоматики и телемеханики, управления, сигнализации, контроля, защиты, информационных и других отраслях техники, науки, производства.
С ростом уровня автоматизации и функциональным усложнением аппаратуры, с повышением плотности компоновки ее увеличивается число применяемых электрических устройств. К этим устройствам и их исполнительным элементам предъявляются все более высокие конструктивно-технологические, экономические и эксплуатационные требования (в частности, простоты и технологичности конструкций, уменьшения габаритных размеров, массы, потребляемой энергии, простоты обслуживания, удобства эксплуатации, сокращения сроков разработки).
Целью данного курсового проекта является разработка конструкции аэроконтакта.
1 Назначение и область применения конструкции
В любой конструкции которая должна содержать отдельно изготавливаемые электрические устройства между ними необходимо обеспечить электрическую связь. Эта связь обеспечивается с помощью электрических контактов, которая представляет собой конструктивно оформленное соединение токопроводящих частей.
Данная конструкции аэроконтакта предназначена для включения и регулировки охлаждения различных узлов и блоков. Аэроконтакт представляет собой датчик, который преобразует воздушный поток в электрический сигнал. Поэтому данный контакт может применяться в качестве датчика в различной радиоаппаратуре, в электронных устройствах, использующих преобразование “поток воздуха-электрический сигнал”.
Условия эксплуатации аэроконтакта предполагают его использование на воздухе при температурах (-30÷+40)м/span>С, влажности 90%. Условия эксплуатации также накладывают требования к материалам конструкции, которые должны обеспечить надежную работу устройства в течение всего периода эксплуатации.
2 Технические характеристики конструкции
Аэроконтакт обладает следующими техническими характеристиками:
– габаритные размеры аэроконтакта 72×40×51 мм;
– ток через контакты 20 А;
– напряжение питания 380 В(~);
– усилие 5 кг;
– равномерно распределенное давление 14730 Па;
– допускаемое напряжение [σ]=12 МПа;
– цилиндрическая жесткость D=0,043;
– напряжение среза τ=0.38 Па;
– диаметр контактов 6 мм;
– высота контактов 1 мм;
– раствор 1 мм;
– величины контактных усилий Рmin.констр=5,7 Н и Рmax=967 Н.
3 Описание и обоснование выбранной конструкции
Аэроконтакт состоит из корпуса 3, на котором шарнирно закреплена заслонка 16, электрического реле (1,2,9,10,11,12), муфты 17 с кулачком 5, жестко связанной с заслонкой, кожуха 4, стоек 7 и других деталей.
Нижний 1 и верхний 2 контакты состоят из контактных пружин и контактов-заклепок.
Охлаждение обеспечивается вытяжным вентилятором, который отсасывает по воздухопроводу нагретый воздух. Заслонка аэроконтакта 16 находится внутри воздухопровода. Если вентилятор включен, заслонка под действием воздуха отклоняется, поворачивает ось 18 и закрепленный на ней кулачек 5, который освобождает верхний контакт 2 и замыкает электрическую цепь накала ламп. При отсутствии напора воздуха (вентилятор неисправен или выключен) ось вместе с кулачком под действием пружины 12 размыкает контакт, в результате узел или блок выключается.
Регулировка зазора между контактами осуществляется поворотом кулачка 5 относительно муфты 17. кулачок фиксируется винтом 22. Наличие гребенки 20 позволяет регулировать упругость пружины 14.
Корпус 3, заслонка 16 изготавливается из сплава АЛ4 ГОСТ 2685-75. Сплав АЛ4 обладает наилучшими показателями среди алюминиевых сплавов. Они отличаются малой плотностью, хорошими литейными свойствами, свариваемостью и повышенной коррозийной стойкостью.
Кожух 4, кулачек 5, изолятор 13, трубка 12 – материал фторопласт-42-ЛД-1 ГОСТ 25428-82. Материал отличается повышенной прочностью и повышенными антифрикционными свойствами.
Фланец 6, стойка 7, планка 11, упор 15, муфта 17 изготавливаются из стали 40Х13. ГОСТ 5632-72. Это коррозийностойкая нержавеющая сталь, обладающая стойкостью против химической и электрохимической коррозии под напряжением.
Пружины 9, 10 и 14 – сталь 65Г ГОСТ 14959-79. Это сталь рессорнопружинная углеродистая и легированная.
Гайка 25, ось 18, гребенка 20 – из стали 45 ГОСТ 1050-74. Это среднеуглеродистая качественная сталь. Используется для средненагруженных деталей. Обладает хорошей обрабатываемостью резанием. Умеренная пластичность.
4 Расчеты подтверждающие работоспособность и надежность конструкции
4.1 Расчет прочности и жесткости конструкции
При расчете нужной толщины стенок в качестве расчетной модели принимается прямоугольная пластина размерами a×b постоянной толщины h с жесткой заделкой пластины по контуру и нагруженной по всей поверхности равномерно распределением давлением P(Па).
Определяем давление Р по формуле:
(1)
где m – масса, кг;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
(2)
При соотношении a/b≤3 – для случая защемления пластины по контуру определяются коэффициенты С1 и С2.
(3)
(4)
Определяем действующий в сечении пластины максимально распределенный изгибающий момент Мmax, Па∙м2:
Мmax=C2∙P∙b2 (5)
Мmax=74,6∙10-3∙14730∙(45∙10-3)2=2,23 Па∙м2
Определяем допускаемое напряжение [σ], Па
[σ]= σт/[n] (6)
где σт – предел текучести, Па;
[n] – запас прочности.
[σ]= 24∙106/2=12МПа
Из условий прочности минимальная толщина пластины, в мм, при допускаемом напряжении [σ], определяется по формуле:
(7)
Определяем цилиндрическую жесткость D:
(8)
где E – модуль упругости, Па;
μ – коэффициент Пуассона.
Определяем максимальный прогиб в центре пластины ωmax в метрах:
(9)
м
В результате расчета жесткости и прочности корпуса были получены следующие данные:
– минимальная толщина корпуса 0,0011м;
– жесткость 0,043;
– максимальный прогиб 0,014м.
4.2 Расчет резьбы на срез
Напряжение среза τ, Па, определяется по формуле:
(10)
где s – шаг резьбы, мм;
d – диаметр резьбы, мм.
Расчет резьбы на срез показал, что напряжение среза составляет 0,38Па.
4.3 Расчет площади контактов
Исходными данными для расчета контактов являются:
– номинальный продолжительный ток Iн = 20 А;
– напряжение на контактах Uн = 380 В.
В качестве материала для контактов выбираем Медь твердотянутую М1тв имеющую следующие параметры:
– плотность ρ=9,7⋅103 кг/м3;
– температура плавления tпл = 1083 м/span>С;
– удельное сопротивление ρуд = 3⋅10-6 Ом⋅см;
– удельная теплопроводность Cуд = 3,25 Вт/смм/span>С;
– твердость по Бринеллю (HB) = 45..75 Н/м2;
– температурный коэффициент сопротивления ТКС = 3,6 1/м/span>С⋅10-3;
– модуль упругости E = 11,2 Н/м2.
Из-за больших значений тока и напряжения контактов, они работают с образованием дуги при размыкании. При горении дуги происходит износ анода и катода, поэтому по форме контакты выбраны почти плоскими.
Из таблицы 1 выбираем диаметр контакта и высоту контакта.
Таблица 1 – Размеры цилиндрических контактов
Номинальный ток, А | Диаметр контакта, мм | Высота контакта, мм |
до 2 2-5 5-10 10-20 20-40 | 1-2 2-4 3-5 5-8 8-12 | 0,3-1,0 0,6-1,2 0,8-1,6 1,0-2,0 1,2-2,2 |
Номинальный ток составляет 20 А поэтому диаметр контакта выбран 6 мм, а высота – 1,0 мм.
При активной нагрузке, напряжении до 500 В дуга переменного тока гаснет при первом переходе тока через нуль при малых растворах до 0.5 мм. Исходя из выше сказанного выбираем раствор с запасом 1 мм.
Поверхность охлаждения определяется по формуле
м2. (11)
Рассчитываем контактное сопротивление
, (12)
где с – коэффициент охлаждения (при естественном охлаждении С=0,48);
Δt – допустимое превышение температуры (для неокисляющихся контактов Δt=50..75 м/span>С).
Ом.
Величину контактного усилия определяем по формуле
, (13)
где b – коэффициент, зависящий от характера деформации, вида и формы зоны контактирования (при плоском контакте b=3);
с – коэффициент шероховатости поверхности (для чисто обработан-ной поверхности с =1);
ρ – удельное сопротивление контакта. Определяется по формуле
, (14)
где ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления контактов.
(НВ) – твердость по Бринеллю наиболее мягкого контактного материала;
Н.
Определяем Pmin констр
, (15)
где kзап – коэффициент запаса, учитывающий износостойкость и изменение усилия Р от допусков на контактонесущую систему, а также статическую и динамическую стабильность RК (kзап=1,5..5);
kf – коэффициент частоты тока (при f = 0..2 кГц, kf = 1);
kT – температурный коэффициент, учитывающий уменьшение усилия Р от изменения жесткости контактирующей системы при колебаниях температуры (kT ≈ 1).
Н.
Находим верхнюю границу усилия Р
, (16)
где σk- определяется из условия σk<|σ|k/k (при I<0,35 А k=1, |σ|k = 20..25(НВ)), т.е. σk <25⋅60 =1500 Н/м2. Возьмем σk = 300;
rk – радиус контакта (rk = 16⋅10-3м).
Н.
Определяем повышение температуры контактной площадки контакта
, (17)
где Uk – падение напряжения на контакте. Uk=I⋅RK=20⋅2,2⋅10-5=0.44⋅10-3 В.
м/span>С.
Повышение температуры составляет 0,002м/span>С, что является незначительным.
В результате расчета площади контактов были получены следующие данные:
– диаметр контактов 6 мм;
– высота контактов 1 мм;
– раствор 1 мм;
– величины контактных усилий Рmin.констр=5,7 Н и Рmax=967 Н.
Заключение
В курсовом проекте разработана конструкция аэроконтакта, был произведен расчет жесткости и прочности корпуса, площади контактов и расчет резьбы на срез, выбраны материалы деталей в зависимости от условий эксплуатации.