Розрахунок контактної пружини

3.2 Розрахунок контактної пружини

В якості матеріалу контактної пружини виберемо сплав золота (80%) і міді (20%), який має високу твердість і електропровідність, стійкий до корозії і зварювання.

Конструкцію виберемо у вигляді консольно закріпленої пружини круглого перетину (рисунок 3.2):

Рисунок 3.2 – Конструкція контактної пружини

Визначення діаметра пружини проводиться згідно формули [1.81]:

, (3.12)

де d_пр – діаметр пружини, мм;

 F_к – мінімальне контактне зусилля, г;

 Е – модуль пружності, кг/мм²;

 σ – напруження в матеріалі пружини, кг/мм²;

 γ – густина матеріалу пружини, г/см³ [1.43];

ƒ – прогин пружини, мм, який визначається з формули:

, (3.13)

де l_пр - довжина пружини, мм.

Задаємо довжину пружини як половину від діаметрукаркасу резистивного елемента, що складає 18 мм. Тоді l_пр = 9 мм. Отже:

, (3.14)

 ;

.

3.3 Теплотехнічний розрахунок

Визначення температури перегріву резистивного елемента при встановленому тепловому режимі проводиться згідно формули [1.106]:

 , (3.15)

де J – температура перегріву резистивного елемента, град;

 P – потужність розсіювання, Вт;

 μ – середнє значення коефіцієнта тепловіддачі [1.106],

Вт/мм²·град;

 S_{р.е .}– площа поверхні резистивного елемента, мм², що визначається за формулою:

, (3.16)

де d – діаметр проводу, мм;

 L – довжина проводу, мм;

;

.

3.3 Розрахунок частотних характеристик

1 Розрахунок індуктивності резистивного елемента з прямо-лінійним каркасом прямокутного перетину проводиться згідно формули [1.111]:

, (3.17)

де L – індуктивність резистивного елемента, Гн;

 n – кількість витків резистивного елемента;

 b – ширина каркасу, мм;

 h – висота каркасу,мм;

 l – довжина каркасу, мм;

 k₄ – поправочний коефіцієнт, що залежить від геометричних розмірів каркасу, який для випадку h/l<1 виражається формулою:

, (3.18)

де k₅ і k₆ – коефіцієнти, що залежать від співвідношення b/h, наведені на графіках [1.112].

Для співвідношення b/h = 0.1: k₅ = 0.18, k₆ = 0.025;

,

.

2 Розрахунок власної ємності резистивного елемента з каркасом круглого перетину з діелектрика проводиться за формулою [1.111]:

 , (3.19)

де С – власна ємність, пФ;

 k₁ – коефіцієнт, що залежить від співвідношення між кроком намотки t_н і діаметром резистивного проводу;

 k₂ – коефіцієнт, що залежить від співвідношення між довжиною намотки резистивного елемента l₀ і діаметром каркасу резистивного елементу d_к;

 d_к – діаметром каркасу резистивного елементу, мм.

Приведемо перетин резистивного елемента з прямокутного до круглого і визначимо діаметр цього круглого перетину. Для цього визначаємо площу прямокутного перетину резистивного елемента S_П:

, (3.20)

де b – ширина резистивного елемента, мм;

h – висота резистивного елемента, мм;

.

Діаметр резистивного елемента круглого перетину визначається за формулою:

, (3.21)

де S – площа перетину резистивного елемента, мм², у даному випадку S = S_п. Тоді:

.

Для співвідношення t_н/d_k = 1.25 і l₀/d_k = 18.4 коефіцієнти k₁ і k₂ згідно графіка [1.111] відповідно становитимуть:

k₁ = 0.2,

k₁ = 6;

.

4. ЕСКIЗНЕ ОПРАЦЮВАННЯ ЕЛЕМЕНТА I ОБГРУНТУВАННЯ ПРИЙНЯТИХ РIШЕНЬ

У курсовому проектi розробляється проволочний резистор змiнного опору з плоским прямолiнiйним резистивним елементом. Резистивний провiд намотаний на каркас, який зiгнутий у пiдковоподiбну форму так, що струмознiмання проходить в результатi колового обертання ковзаючого контакту. Плоский резистивний елемент вибирається виходячи з середньої потужностi (1 Вт) i з того, що плоский каркас займає менше мiсця, нiж круглий.

Струмознiмання проводиться за допомогою контакта, виконаного iз сплава золота i мiдi в формi плоскої пружини круглої форми, що на одному кiнцi переходить в сам контакт, який у перерiзi утворює дугу. Конструкцiя контактної пружини круглого перетину у формi консольно закрiпленої балки була вiдхилена iз-за низької технологiчностi виконання i трудоємностi її закрiплення.

Фiксацiя встановленого опору, утворення необхiдного контактного зусилля i одночасно струмознiмання вiд рухомого контакту досягається за допомогою плоскої контактної шайби, яка переходить у зовнiшнiй контакт i притискається до контактноi системи цилiндричною пружиною з круглої проволоки з однiєї сторони i стопорних шайб з другої. Це дозволяє легко регулювати контактне зусилля i не потребує великих зусиль при перемiщеннi контактної системи.

Втулка з рiзьбою, запресованa в корпус, дозволяє легко та зручно розмiстити резистор у схемi.

У загальному конструкцiя проста i разом з тим надiйна, що не потребує великих витрат, а також зручна в серiйному виробництвi.

5. УТОЧНЕННЯ I ОПИС КОНСТРУКЦIЇ

Основним елементом у змiнному проволочному резисторi є резистивний елемент i контактна система. Тому їм надається особлива увага.

Кiнцi резистивного проводу закрiплюються на контактах методом контактного зварювання разом iз зварюванням кiнця контакту пiсля обтискування резистивного елементу.

Закрiплення резистивного елементу проводиться за допомогою клею. Додатково жорсткiсть конструкцiї досягається за рахунок контактiв, що виводяться назовнi через додаткову iзоляцiйну панель.

Вiсь перемiщення контактної системи здiйснює свої рухи в металiчнiй втулцi iз зовнiшнью рiзьбою М8, довжина якої 10 мм. Втулка має 4 поздовжнiх вирiзи для створення сили тертя i щоб зменшити знос вiсi. На кiнцях вiсь має проточки: одна для надiйного закрiплення тримача контакта, а друга - для стопорних шайб, що створюють вiдповiдне контактне зусилля.

Контактна система складається iз самого контакту, закрiпленого на тримачi, та контактної шайби, що притискається до контакту з допомогою цилiндричної пружини, друга сторона якої зафiксована у спецiальному заглибленнi корпусу. Вивiд контактної шайби проходить через iзоляцiйну панель i виходить назовнi.

Iзоляцiйна панель виконується iз того ж матерiалу що i корпус, i має форму частини цилiндра з вирiзами, що вiдповiдають вирiзам корпусу, i центрального потовщення, що грає роль упору для перемiщення контактної системи в межах заданого кута.

Кришки на корпусi немає, так як умови експлуатацiї резистора всерединi примiщення.

ВИСHОВКИ

У результаті проектування був отриманий проволочний резистор змінного опору типу А. Його характеристики наведені у паспорті.

Резистор має невеликі габаритні розміри, що зручно в експлуатації. Кріпиться резистор у схемі за допомогою гайок, що накручуються на втулку, тому не потрібні ніякі інші кріплення.

У результаті електричних розрахунків параметри резистора були покращені, зокрема зменшена розділювальна здатність. Власна ємність та індуктивнсіть є незначними, тому вони не будуть значно впливати на параметри схеми, у якій встановлюється резистор.

Отримана конструкція резистора зручна при серійному виробництві, так як не потребує складного технологічного обладнання і технологічних операцій. Разом з тим конструкція надійна, а строк її роботи може бути продовжений за допомогою ремонту, так як резистор легко розбирається.

Вартість конструкції не дуже висока і в основному визначається вартістю проводу, матеріалу корпусу та контакту.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1 Проволочные резисторы. Под ред. М.Т. Железнова и Л.Т. Ширшева. – М.: Энергия, 2000. – 240 с.

2 Справочник конструктора-приборостроителя. Проектирование. Основные нормы / В.Л. Соломахо, Р.И. Томилин, Б.В. Цитович, Л.Г. Юдовин. – Мн.: Выш. Шк., 2008. –272 с.