Курсовая работа: Телефонный аппарат специального назначения

Курсовая работа: Телефонный аппарат специального назначения

Московский Государственный Технический Университет

имени Н.Э. Баумана

Калужский филиал

Факультет: ЭИУК

Кафедра: ЭИУ1-КФ

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по курсу

«Конструкторско-технологическое проектирование»

Тема: «Телефонный аппарат специального назначения»

Калуга 2009

Введение

Целью курсового проекта является ознакомление с конструкцией и разработка технологического процесса сборки субблока. В качестве изделия для данного курсового проекта возьмем телефонный аппарат специального назначения.

Конструкторская часть включает в себя построение схемы электрической принципиальной и функциональной схемы, сборочный чертеж субмодуля. Так же конструкторская часть включает необходимые расчеты: на действие удара, на вибрацию, расчет теплового режима радиатора, расчет надежности.

Технологическая часть представлена разработкой технологического процесса сборки субблока с описанием применяемой технологической оснастки.

В заключении проделанной работы проводят аттестацию разработанного технологического процесса.

1 Конструкторская часть

1.1 Назначение устройства

Изделие ТАС предназначено для использования в качестве абонентского оконечного устройства в системах закрытой связи, обеспечивающего работу по двухпроводным и четырехпроводным абонентским линиям.

Основным узлом изделия ТАС является аналоговый телефонный аппарат специального применения.

В состав изделия входит также блок ХОФ 09, предназначенный для защиты телефонного аппарата от высокочастотных помех в абонентской линии и цепях сигнализации. Изделие имеет два варианта конструктивного исполнения в зависимости от типа телефонного аппарата (ТА):

а) изделие с номеронабирателем .

б) изделие без номеронабирателя - для работы с ручным коммутатором.

1.2 Основные технические характеристики

Изделие сохраняет свои параметры:

- при температуре окружающей среды от 278 до 313 К ;

- при относительной влажности до 80% при температуре 298 К;

- после воздействия предельных температур от 233 до 323 К;

- после воздействия пониженного атмосферного давления до 22,7 кПа (170 мм.рт.ст.) при авиатранспортировании;

- после воздействия механических нагрузок при транспортировании.

Изделие обеспечивает непрерывную круглосуточную работу.

Электропитание изделия осуществляется от центральной питающей батареи напряжением 48 (+9, -6) В, 60 (+6,-2) В или 120 (+12, -4) В с применением мостов электропитания. При этом параметры абонентских линий в зависимости от напряжения источника питания следующие:

- при напряжении источника питания 48 В и 60 В сопротивление двухпроводной линии от 0 до 600 Ом, четырехпроводной линии от 0 до 900 Ом;

- при напряжении источника питания 120 В сопротивление двухпроводной линии от 500 до 1500 Ом, четырехпроводной линии от 800 до 3000 Ом.

Ток, потребляемый изделием от сети питания, имитирующей центральную питающую батарею, через мост питания с сопротивлением 900 Ом не более:

- 45 мА при напряжении питания 57 В,

- 50 мА при напряжении питания 66 В,

- 100 мА при напряжении питания 132 В.

Срок службы изделия составляет 10 лет.

1.3 Описание принципа функционирования

Рассмотрим работу изделия в двухпроводном режиме. При опущенной телефонной трубке изделие ТАС1 находится в режиме ожидания вызывного сигнала из телефонной линии. Контакты рычажного переключателя SA1…SA6 находятся в положении, изображенном на принципиальной схеме.

Постоянное напряжение из телефонной линии через высокоомные резисторы R4, R5 и диодный мост VD1, предназначенный для распознавания полярности подключения к линии, поступает на выводы питания VDD и VSS микросхемы DA1. Стабилитрон VD4 ограничивает поступающее напряжение до 5 В. Это напряжение позволяет микросхеме DA1 хранить последний набранный номер, а также программированные установки по выбору громкости и типа мелодии сигнала вызова. Состояние высокого импеданса, присутствующее на входе HS/ DP микросхемы DA1, соответствует ее режиму работы «трубка опущена». Поступающий из телефонной линии сигнал вызова, который имеет частоту от 25 до 50 Гц и амплитуду не менее 50 В, проходит на вход моста VD1 через контакты переключателя SА2, контакты 5 – 6 вилки соединительной Х3 и низкоомную цепь С3, R3, R6. Выпрямленное напряжение с выхода моста VD1 поступает на питание усилителя сигнала вызова, выполненного на транзисторе VT1. Сам же переменный вызывной сигнал проходит через R7, VD10, VD11 на вход FCI микросхемы DA1, который является входом определителя вызывного сигнала. Определитель вызывного сигнала, представляющий собой полосовой фильтр с полосой пропускания от 13 до 70 Гц, не допускает формирование мелодии сигнала вызова при поступлении на вход FC1 сигнала другой частоты (например, сигнала набора телефонного номера частотой 10 Гц, поступающего с параллельного телефонного аппарата). Сигнал мелодии формируется на выходе МО микросхемы DA1 и поступает на вход усилителя сигнала вызова (транзистор VT1). Выход усилителя нагружен на акустический преобразователь ВF1.

Сигнал вызова сопровождается свечением светодиода VD1 блока комбинированного А3, на который во время вызывного сигнала поступает падение напряжения на резисторе R3.

Громкость и частота чередования тонов мелодии вызова может программироваться с помощью клавиатуры изделия ТАС1.

При снятии телефонной трубки контакты рычажного переключателя SA1…SA6 переключаются в положение, противоположное тому, которое изображено на принципиальной схеме. При этом напряжение из телефонной линии через контакты переключателей SA1 и SA2 напрямую проходит на вход моста VD1. Положительное напряжение с выхода моста через замкнутые контакты SA3 и резисторы R9, R13 открывает транзистор VT4, который в свою очередь открывает параллельно включенные транзисторы VT2, VT3.

Напряжение линии через открытые транзисторы поступает на вход LS (вход формирователя напряжения питания) и через низкоомный резистор R19 на вход LI (датчик состояния линии) микросхемы DA1.

Напряжение с выхода моста через резистор R9 поступает также на вход HS/DP этой микросхемы, переводя ее в режим работы «трубка снята». При этом транзистор VT5 с помощью управляющего выхода CS микросхемы DA1 вводится в активный режим, обеспечивая необходимый ток занятия линии. Установившееся напряжение в телефонной линии через вход LS датчика состояния линии микросхемы DA1 поддерживает такой режим транзистора VT5, чтобы напряжение в линии было достаточным для питания микросхемы DA1.

При разговоре сигнал с микрофона микротелефонной трубки, уровень которого регулируется цепочкой R41, С41, через конденсаторы С25, С26 поступает на входы М1, М2 микросхемы DA1.

Этот сигнал через встроенный микрофонный усилитель поступает на выход CS микросхемы DA1 и далее на базу транзистора VT5, обеспечивая модуляцию линейного тока и, следовательно, передачу речи в линию связи. При кратковременном нажатии клавиши МКФ встроенный микрофонный усилитель отключается, при этом на контакте 22 микросхемы DA1 появляются импульсы, которые разряжают конденсаторы С39, С35, что вызывает появление уровня логической единицы на контакте 12 микросхемы DD1.3. При повторном нажатии клавиши МКФ микрофонный усилитель снова включается. При отключенном микрофонном усилителе уровень логической единицы с контакта 12 микросхемы DD1.3 открывает транзистор VT7 и загорается светодиод МКФ, свидетельствующий об отключении микрофона.

Речевой сигнал, принимаемый из линии связи, через конденсатор С20 поступает на вход RI микросхемы DA1, связанный с внутренним дифференциальным усилителем устройства подавления местного эффекта. На один вход дифференциального усилителя поступает сигнал с входа RI. На другой вход дифференциального усилителя (вход STB микросхемы DA1) через конденсатор С27 поступает сигнал с микрофонного усилителя, откорректированный с помощью внешнего балансного контура, собранного на элементах R29, R31, C32. Дифференциальный усилитель производит вычитание этого сигнала из суммарного речевого сигнала, принимаемого из телефонной линии, благодаря чему на его выходе передающий

сигнал ослаблен по сравнению с приемным сигналом. Выход дифференциального усилителя проходит на выход RO микросхемы DA1 и далее через конденсатор С24 и контакты вилки соединительной Х5 на телефонный капсюль микротелефонной трубки. Таким образом, достигается необходимая степень подавления местного эффекта.

1.4 Обоснование выбора элементной базы

При комплектации ячейки используются микросхемы иностранного производства, что позволяет обеспечить наилучшее быстродействие, высокую. Большинство элементов предназначены для поверхностного монтажа – для как можно большей минимизации конструкции.

Микросхема AS2533.

Основные характеристики:

Напряжение Vdd=0.3 – 7.0 В;

Входной ток I=±25 А;

Входное напряжение на выходе LS не более 10 В;

LI,CS не более 8 В;

STB,RI не более 7.3 В;

MO не более 35 В;

Рабочая температура -65÷125 Со;

Выходной ток низкого уровня, мА

на выходах CS,HS,MO,LED не менее 1.5;

Ток потребления в режиме хранения 0,1 мА

Прототип IL2533N.

Основные характеристики

Микросхема MC74HC14.

Время задержки 110 нс(типовое),

мощность потребления 0,5 мкВт/вентиль,

напряжение питания -0,5÷7 В

Корпус: SOIC14

Отечественный аналог К561ТЛ1

Время задержки 50 нс(типовое),

мощность потребления 0,4 мкВт/вентиль,

напряжение питания 3-15 В

Корпус: 201.14-1 (DIP14)

PVT322 2-канальное реле AC/DC 250В 170мА

Технические параметры :

Электрические параметры твердотельных реле PRAB34S, PRAC34S

Вывод: Выбранная элементная база удовлетворяет параметрам изделия,

с одной стороны, она позволяет предоставить потенциальным покупателям и производителям возможность практически в любых экономических условиях обеспечить производство и ремонт, используя широко распространенные ЭРЭ, а с другой стороны полностью обеспечить все технические требования.

1.5 Расчет на действие механических нагрузок

Вибрация

Расчёт ПП на действие вибрации.

Исходные данные:

Размеры ПП: a´b´h = 170´130´1,5 мм;

Материал ПП – стеклотекстолит g = 2,05×104 Н/м3;

Коэффициент перегрузки n = 2;

Масса ЭРЭ mэ = 95 г.

Для текстолита: E = 3,02×1010 Па, m = 0,22, плотность стеклотекстолита r = 2050 кг/м3.

Диапазон частот вибрации 10 – 120 Гц.

1. Определяем частоту собственных колебаний при условии равномерного нагружения ПП по поверхности ЭРЭ:

 Гц

где g – ускорение свободного падения

mэ, mп – масса ЭРЭ и ПП соответственно

mп=a×b×h×r=0,170×0,130×0,0015×2050@68 г;

mэ=SmЭРЭi= 95г;

r – плотность стеклотекстолита;

a – коэффициент, зависящий от способа закрепления ПП;

a – наибольший размер длины платы.

ПП опёрта по всему контуру.

D – цилиндрическая жесткость

Н×м

где m – коэффициент Пуассона материала ПП;

E – модуль упругости материала ПП;

h – толщина материала ПП;

g – удельный вес материала ПП.

2. Находим амплитуду колебаний (прогиб) ПП на частоте f из диапазона частот воздействующих на плату, максимально близкой к fс при заданном коэффициенте перегрузки n:

f=120 Гц.

 м

3. Определяем коэффициент динамичности KD, показывающий во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний на частоте f отличается от амплитуды на частоте fс:

где e – показатель затухания колебаний (для стеклотекстолита при напряжениях, близких к допустимым, принимаем e=0,06).

4. Находим динамический прогиб ПП при ее возбуждении с частотой f:

 м.

5. Определяем эквивалентную этому прогибу равномерно распределенную динамическую нагрузку:

 Па

6. Определяем максимальный распределенный изгибающий момент, вызванный нагрузкой PD:

Mmax=C2×PD×b2 =0,068×249×0,132=0,286 Н

где C1, C2 – коэффициенты, зависящие от размеров ПП и способа её закрепления.

Для опирания ПП при a/b=1,04£3:

C1=0,00406+0,18×lg(a/b)= 0,00406+0,18×lg(170/130)=25×10-3

C2=0,0479+0,18×lg(a/b)= 0,0479+0,18×lg(170/130)=68×10-3

7. Находим максимальное динамическое напряжение изгиба ПП:

 МПа

8. Проверяем условие вибропрочности:

 МПа.

где s-1 – предел выносливости материала ПП, для стеклотекстолита s-1=105 МПа.

ns=1,8¸2 – допустимый запас прочности для стеклотекстолита.

Вывод: Условие вибропрочности выполняется.

Удар

Расчет модулей РЭС на действие удара.

Исходные данные:

1)  длительность ударного импульса: tи=5 мс;

2)  форма импульса: прямоугольная;

3)  амплитуда ускорения ударного импульса: Hу=10g;

4)  собственная частота колебаний механической системы: fc=116 Гц.

1. Определяем условную частоту ударного импульса:

 Гц

2. Определяем коэффициент передачи при ударе:

для прямоугольного импульса:

где n – коэффициент расстройки:

3. Находим ударное ускорение:

м/с2

Рассчитываем максимальное относительное перемещение:

 м

5. Проверяем выполнение условия ударопрочности:

для ПП с ЭРЭ: Smax<0,003×b, где b – размер стороны ПП, параллельно которой установлены ЭРЭ.

0,003×b=0,003×0,130=0,00039 м >  м

Вывод: Условие ударопрочности выполняется.

1.6  Расчет надёжности

Исходные данные:

1)  спецификация элементов на сборочный чертеж ПП;

2)  условия эксплуатации: стационарные);

3)  относительная влажность 98% (при Tc=35°С);

4)  Наработка на отказ: 20 000 часов;

5)  Рабочий диапазон температур: -30¸+50°С.

1.  Исходя из условий эксплуатации находим поправочные коэффициенты: k1;k2;k3;k4 Составляем таблицу: