Электрический и конструктивный расчет

3. Электрический и конструктивный расчет

 

3.1 Расчет резистивного элемента

Определим ток, протекающий через наш резистивный элемент, по формуле:

 (3.1.1)

где I – ток, А; Р – мощность, Вт; R – сопротивление, Ом.

Зная ток, определим диаметр проволоки по формуле:

 (3.1.2)

Для стабильных резисторов рекомендуемое значение j<1-2 A/mm². Поскольку этот резистор будет применятся в измерительной аппаратуре значит j=1 A/mm².

Из конструктивных соображений диаметр провода резистивного элемента выбираем d=0.2мм.

При таком диаметре проволоки ее длина должна равняться:

 , (3.1.3)

где ρ – удельное электрическое сопротивление, Ом·мм²/м.

Провод выберем из манганина, потому что он обеспечивает стабильность необходимую для проектируемого резистора. Для манганина ρ составляет 0,45 Ом·мм²/м.

Подбираем размеры каркаса[1,стр.33]:

D=8 мм

в=2 мм

Определяем полезную длину намотки по формуле:

Lп = 0.85 ; (3.1.4)

Lп = 0.85

Определим шаг намотки провода на каркас, с учетом того что его диаметр с изоляцией составляет dи=0.24 мм, так как толщина изоляции равна 0.4 мм [2,таблица П6], по формуле:

 (3.1.5)

Количество витков, которое можно разместить на этой длине, определяется по формуле:

; (3.1.6)

N= витков

Высоту каркаса определим по формуле:

 (3.1.7)

где - длина провода; k – коэффициент, учитывающий особенности изгиба проволоки на углах каркаса; α – угол укладки провода на каркасе.

3.2 Теплотехнический расчет

 

Определение температуры перегрева резистивного элемента при установленном тепловом режиме проводится согласно формулы:

 (3.2.1)

где J – температура перегрева резистивного элемента, град;

P – мощность рассеяния, Вт;

μ – среднее значение коэффициента теплоотдачи=;

S_{р.е .}– площадь поверхности резистивного элемента,

из формулы 3.1.7

Тогда:

Максимальная температура нагрева резистивного элемента определяется по формуле:

; (3.2.2)

Т₀ –температура окружающей среды Т0=40С

С

Рабочая температура манганина составляет 100-200 ˚С [1,стр.25]

Максимальная температура нагрева меньше рабочей температуры материалов, входящих в рассчитываемый резистор.

4. Описание конструкции и технологии

В данной работе разрабатывается проволочный резистор переменного сопротивления с прямоугольным резистивным элементом. Резистивная проволока намотана на каркас и согнута в подковообразную форму так, что съем тока происходит в результате кругового движения скользящего контакта. Круговое перемещение обусловлено тем, что при таком изготовлении резистор будет иметь меньшие габаритные размеры. Плоский резистивный элемент выбирается по тому, чтобы обеспечить линейную зависимость R угла поворота оси.

Токосъем производится с помощью контактной пружины, выполненной из бронзы (БР.12) в виде консольной балки. Форма объясняется тем, что этот резистор рассчитан на большой ресурс работы, а эта конструкция позволяет создать небольшие и стабильные контактные усилия.

Выбранная резистивная проволока из манганина имеет минимальный ТКС, что значительно повышает стабильность установленного сопротивления. Такая проволока обеспечивает нужное сопротивление (R=30 Ом), при диаметре проволоки d=0,2 мм.

Токосъем производится с помощью плоской и тонкой пружины, одним концом припаянной к выводу резистора, а другим – к концу контактной пружины. Её конструкция рассчитана на большой срок службы.

Сама пружина жестко закреплена на держателе, который в свою очередь соединен с осью вращения. приводящей в вращение всю контактную систему.

Фиксация установленного сопротивления и образование необходимого контактного усилия достигается с помощью контактных шайб, расположенных на оси вращения. Такая конструкция обеспечивает легкую регулировку контактного усилия, надежную фиксацию сопротивления, не требует больших усилий для перемещения контактной пружины.

Ещё одно достоинство такой конструкции заключается в том, что резистор поддается ремонту, в частности замене стержня пружины на оси. А такая замена существенно продлевает строк службы резистора.

Держатель с контактной пружиной и резистивный элемент помещаются в пластмассовый корпус, обеспечивающий изоляцию и защиту от механических воздействий, и удобное крепление резистора.

Поскольку данный резистор проволочный то он предусматривает намоточные работы. Программа выпуска согласно технического задания составляет 12 000 шт. в год, а расчетная толщина провода резистивного элемента составляет 0,24 мм, то рекомендуется автоматизировать производство данного ЭРЭ.

Паспорт

Данный резистор предназначен для электрического моделирования физических процессов.

Электрические данные:

Номинальное сопротивление R_H=30Ом

Номинальная мощность P_H=0.9Вт

Конструктивные данные:

Высота каркаса Н =8.1мм

Толщина каркаса в =2мм

Диаметр проволоки d =0,2мм

Длина проволоки L =17.63м

Шаг намотки t_ш =0,31мм

Количество витков n =86

Диаметр контактной пружины d_пр=0.8мм

Длина контактной пружины l_пр =6мм

Условия эксплуатации:

Климатические УХЛ 4.2. ГОСТ 15150-69

Механические по ГОСТ 16019-82

Заключение

В результате проектирования был получен проволочный резистор переменного сопротивления.

Максимальное сопротивление разработанного резистора составляет 30 Ом, номинальная рассеиваемая мощность 0,9 Вт, зависимость сопротивления от угла поворота оси линейная, максимальный угол поворота оси составляет 300⁰ .Сконструированный резистор полностью отвечает требованиям технического задания.

Разработанный резистор состоит из таких основных элементов как

подковообразный резистивный элемент, контактная пружина выполненная в виде консольной балки, ось и корпус. Все эти элементы конструкции рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить минимальные размеры, минимальную стоимость и высокую стабильность конструируемого резистора. Небольшие габаритные размеры обеспечивают удобную регулировку этого резистора.

Максимальная температура нагрева резистора 72,61⁰С, а рабочая температура манганиновой проволоки 100 – 200 ⁰С, поэтому можно увидеть то, что разработанный резистор имеет температурный запас, т.е. очень маленькую вероятность перегрева при соблюдении условий эксплуатации, это особо важно при долговременном использовании элемента.

Полученная конструкция очень удобна при массовом производстве. Она проста и не требует очень сложного оборудования. Между тем конструкция надежна и долговечна. Подлежит ремонту и замене.

Стоимость конструкции не высока и определяется стоимостью бронзы и манганиновой проволоки.

Список использованных источников

 

1. Мальков М.Н., Свитенко В.Н. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы.Консп. лекций, часть I.- Харьков: ХИРЭ,- 2002. – 140с.

2. Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры,Изд.2-е, перераб. и доп. М.:”Энергия”,2007.-656с.

3. Проволочные резисторы. Под ред. М.Т.Железнова, Л.Г.Ширшева.- М.:Энергия.2000.-240с.

4. Справочник конструктора-приборостроителя. В.Л.Соломахо и др.-М:Высш.шк,2008.-271с.

5. Белинский Б.Т., Гондол В.П. и др. Практическое пособие по учебному конструированию РЭА. – К: Вища шк.,2002 – 494с.