Проектирование высокочастотного переключателя кругового вращения Типы коммутационных (стр. 1 из 3)
ВВЕДЕНИЕ
Повышение качества выпускаемой продукции, снижение затрат на её производство, повышение срока службы и надёжности выпускаемых изделий, рациональное использование материалов, дальнейшее развитие унификации и нормализации являются основными задачами современной радиоэлектронной промышленности. Это тесно связано с повышением качественных показателей составляющих их электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Поэтому вопросы проектирования и рационального использования этих элементов очень важны для разработчиков радиоэлектронной аппаратуры.
Практически все исполнительные системы, в том числе и радиоэлектронные, содержат различные элементы коммутации. Их функциональные возможности обусловили широкое применение таких элементов в системах: автоматики и телемеханики; сигнализации; контроля и защиты; распределения электрической энергии; коммутации линий связи и передачи информации; резервирования и сопряжение устройств, работающих на различных принципах действия или энергетических уровнях; дистанционного управления исполнительными устройствами, а так же в системах ручного управления электронных аппаратов (ЭА). С ростом уровня автоматизации и функциональным усложнением ЭА непрерывно возрастает число применяемых коммутационных устройств и возрастает ответственность выполняемых ими функций.
Разнообразие требований, возникающих в процессе проектирования современных ЭА, привело к появлению большого числа разновидностей коммутационных устройств, различающихся по назначению, принципу действия, конструктивному исполнению, схемотехническим параметрам и другим признакам, определяющим их технические возможности и область применения. Развитие каждой разновидности коммутационных устройств отражает непрерывное повышение требований к их эксплуатационным и функциональным параметрам. Общие требования сводятся к снижению
энергии, используемой для управления, увеличению быстродействия, улучшению качества коммутации (недопустимость вибрации контактов, формирование импульсов с крутыми фронтом и срезом и т.п.), повышению надёжности, обеспечению конструктивно-параметрической совместимости с другими элементами ЭА.
Данный курсовой проект посвящен разработке кнопки, которая предназначена для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока низкой частоты. В ходе выполнения проекта на основе анализа требований технического задания, обзора аналогичных конструкций сформулированы дополнительные требования к будущему изделию и произведен выбор направления проектирования. Произведен расчет кнопки, выполнена эскизная проработка ее элементов и разработана общая конструкция изделия. Все принятые конструкторские решения подкреплены соответствующими расчетами.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Кнопка предназначена для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока низкой частоты в стационарных электронных аппаратах и относится к коммутационным устройствам ручного управления.
Согласно техническому заданию кнопка должна обеспечивать замыкание при следующих характеристиках:
- коммутируемое напряжение до 30 В;
- коммутируемый ток до 4 А;
- количество цепей 2.
Исходя из этих параметров, нужно обеспечить надёжную изоляцию между контактными парами, а также корпусом.
Высокочастотный переключатель предназначен для эксплуатации в радиоизмерительной аппаратуре, то есть в помещениях и на открытом пространстве. Климатическое исполнение переключателя должно соответствовать категории УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69, что предполагает следующие нормы воздействий [1]:
- воздействия температуры:
1) предельное верхнее значение+40°С;
2) верхнее значение+35°С;
3) среднее значение+20°С;
4) нижнее значение+10°С;
5) предельное нижнее значение+1°С.
- воздействия относительной влажности при +20°С:98%,
- атмосферное давление воздуха окружающей среды: 86-104 кПа.
Данные условия эксплуатации не предусматривают необходимости в особых конструктивных мерах по защите изделия от воздействий факторов внешней среды.
Габариты и масса разрабатываемого переключателя должны быть незначительные, что обусловлено не большими рабочими значениями коммутируемых токов и рабочих напряжений.
Запланированная программа выпуска 5000 шт. в год обусловливает изготовление переключателя в условиях мелкосерийного производства. При этом его конструкция должна быть не сложной, выполнена с учетом типовых технологических операций и при ее изготовлении должен быть использован распространенный сортамент конструкционных материалов [2].Также необходимо обеспечить минимальную стоимость изделия.
Таким образом использование при производстве кнопки операций типового технологического процесса изготовления призвано увеличить экономический эффект и снизить себестоимость производства.
2. ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Рассмотрим общие тенденции развития и существующие конструктивные решения относительно переключателей с ручным управлением.
Коммутационные устройства ручного управления предназначены для коммутации электрических цепей с помощью ручного привода. В зависимости от способа управления приводным механизмом они подразделяются на следующие группы [2]:
- нажимные (кнопочные);
- перекидные (тумблеры);
- поворотные (галетные и барабанные);
- движковые.
Каждый из способов управления имеет свои преимущества и недостатки. Например, с точки зрения оперативности (быстродействия) и удобства работы оператора предпочтение отдаётся нажимному способу управления. Однако при этом способе управления усложняются устройства надёжной фиксации кнопок в определённых положениях. В настоящее время более или менее чёткая фиксация обеспечивается не более чем в двух положениях, что является недостатком нажимного управления. Кроме того, для индикации фиксированного положения кнопок нужны специальные индикаторы и защита от случайного нажатия.
При перекидном способе управления в тумблерах обеспечивается более надёжная фиксация положения приводного механизма, а индикация состояния определяется положением рычага. Недостатками перекидного способа являются значительные усилия на рычаг для перевода тумблера из одного положения в другое, а также малое число положений (полюсов) при переключении (не более трёх).
Наибольшая многополюсность (множество положений) реализуется при
поворотном способе управления. Благодаря особенностям конструкции в поворотных переключателях обеспечивается малое и стабильное сопротивление контактов.
При движковом способе управления надёжная фиксация переключателя обеспечивается в двух положениях. Применяются движковые переключатели в аппаратуре, у которой выступающая часть приводного механизма должна быть малой.
Коммутационные устройства ручного управления бывают, как мгновенного действия, когда скорость их перехода из одного состояния в другое практически не зависит от скорости перемещения привода, так и обычного. К коммутационным устройствам мгновенного действия относятся кнопки и микротумблеры на базе микропереключателей.
В зависимости от степени защищённости от факторов окружающей среды коммутационные устройства ручного управления бывают:
- пылебрызгозащищенные;
- герметические;
- с применением герконов и др.
Для нормальных условий эксплуатации применяются обычные конструктивные меры обеспечения работоспособности.
Коммутационные устройства ручного управления в зависимости от рабочей частоты подразделяются на:
- низкочастотные;
- высокочастотные.
Рабочая частота определяет номенклатуру материалов, использующихся для изготовления переключателей, зазоры и размещение токоведущих элементов в конструкции.
К основным, контролируемым при проектировании, параметрам коммутационных устройств ручного управления относятся [3]:
- усилие или момент переключения;
- число положений переключения;
- способ фиксации;
- диапазон коммутируемых напряжений;
- диапазон коммутируемых токов;
- максимальная коммутируемая мощность;
- сопротивление электрических контактов;
- максимальное число переключений;
- сопротивление изоляции;
- электрическая прочность изоляции;
- ёмкость между соседними контактами;
- диапазон окружающей температуры;
- диапазон атмосферного давления;
- вибро- и ударостойкость;
- габаритные масса и размеры и др.
На основании вышесказанного для проектируемой кнопки в качестве способа управления приводным механизмом выбираем нажимный способ. Достоинством кнопок является их быстродействие и удобство работы оператора.
Особенностью кнопок является разъемный контакт, в конструкции которых нетрудно предусмотреть самозачистку контактов при замыкании и размыкании.
3. РАСЧЕТ КНОПКИ
3.1 Электрический и конструктивный расчет кнопки
После выбора материала определяют необходимое контактное усилие Fkопределяется по формуле согласно известной методике[1]:
, (3.1)где Iк – значение тока, протекающего через контакт.
(мм2).Контактное усилие.
, кгс (3.2) 
(кгс)Выбираем материал для контактов.
Согласно рекомендациям [5], для изготовления контактов разрабатываемого переключателя подходят следующие материалы [6]:
- бронза бериллиевая БрБ2 ГОСТ 18175-78;
- латунь Л62 ГОСТ 15527-70.
Бронза бериллиевая БрБ2 содержит 1,8-2,2% бериллия, 0,2-0,5% никеля, 0,5% примесей, остальное медь. Обладает хорошими упругими, механическими и антикоррозионными свойствами, более высоким сопротивлением усталости, высокой твёрдостью и электропроводностью по сравнению с другими бронзами, антимагнитна. Применяется для работы в магнитных и электрических полях и в агрессивных средах при нормальной температуре. Латунь Л62 обладает удовлетворительными упругими и механическими свойствами, хорошей электро- и теплопроводностью, повышенной коррозионной стойкостью. Основные характеристики данных материалов приведены в таблице 3.