ПРИКЛАДИ АЛГОРИТМІВ РОЗРАХУНКУ ДЕЯКИХ ЕЛЕМЕНТІВ

5.1 Алгоритм розрахунку резистора змінного опору

5.1.1 Розрахунок резистивного елемента

Перед початком проектування резистора необхідно вивчити лекційний матеріал [11, с. 7–38].

Вхідні дані для розрахунку резистора змінного опору:

– максимальне значення опору;

– номінальна потужність;

– залежність опору від кута повороту осі;

– електрична роздільна здатність;

– програма випуску;

– умови експлуатації та ін.

Залежно від параметрів, заданих у ТЗ, розрахунок резистивного елемента можна здійснити за одним із двох нижченаведених алгоритмів, які викладено у п. 5.1.1, інші пункти цього розділу розраховуються в обов’язковому порядку.

Перший варіант розрахунку резистивного елемента.

1. Визначення площі плоского каркасу резистивного елемента виконується згідно з формулою:

,                                         (5.1)

де S – площа каркаса, мм²;

P – електрична потужність розсіювання, Вт;

J– перегрів обмотки, що дорівнює різниці між максимально допустимою температурою на обмотці і номінальною температурою навколишнього середовища, ˚C;

μ – середній коефіцієнт тепловіддачі резисторів, що лежить у рамках (5÷20)·10^-5 Вт/мм²·град.

2. Визначення діаметра дроту:

,                                    (5.2)

де d –діаметр дроту, мм;

ρ – питомий електричний опір, Ом·мм²/м;

R – опір резистора, Ом;

к – коефіцієнт, що чисельно дорівнює відношенню кроку намотки до діаметра проволоки. Для резистивних елементів, з ізольованим проводом к=1,05÷1,2.

3. Визначення довжини проводу L, мм:

.                                            (5.3)

4. Визначення кроку намотки дроту t_н, мм:

.                                            (5.4)

5. Визначення довжини каркаса.

Площа плоского каркаса визначається за формулою:

,                                        (5.5)

де l₀ –довжина активної частини каркаса, мм;

a – висота каркаса, мм;

b – ширина каркаса, мм.

Тоді:

.                                       (5.6)

6. Визначення кількості витків резистивного елемента:

.                                         (5.7)

7. Визначення кроку намотки t_н через L, a, b:

.                                        (5.8)

Якщо результат приблизно дорівнює минулому розрахунку, крок намотки обрано правильно.

Із конструктивних міркувань задаємо кут оберту .

8. Визначення довжини каркаса, якщо б він мав форму замкнутого кола:

.                                        (5.9)

9. Визначення діаметра каркаса:

.                                           (5.10)

10. Визначення роздільної здатності резистора:

.                                      (5.11)

Після визначення роздільної здатності її необхідно порівняти з величиною, заданою у ТЗ, та зробити висновки.

Другий варіант розрахунку резистивного елемента.

1. Струм, який протікає через резистивний елемент, визначається згідно з формулою:

,                                          (5.12)

де I – струм, А;

Р – потужність, Вт;

R – опір, Ом.

2. Визначення діаметра дроту за формулою:

,                                            (5.13)

де j – щільність струму,  

3. Визначення довжини дроту, який забезпечить необхідний максимальний опір резистора:

,                                                    (5.14)

де ρ – питомий електричний опір матеріалу, з якого виготовлено дріт, Ом·мм²/м.

4. Визначення матеріалу дроту.

5. Визначення довжини дроту для кріплення його виводів за формулою:

.                                           (5.15)

6. Обрання розмірів каркаса:

D_в – внутрішній діаметр каркаса;

b – товщина каркаса.

7. Визначення корисної довжини намотки дроту на каркасі за формулою:

.                                     (5.16)

8. Обчислення довжини одного витка виконується за формулою:

                                                                       (5.17)

де D_н – зовнішній діаметр каркаса.

9. Обчислення кількості витків:

                                      (5.18)

10. Визначення кроку намотування дроту на каркас з урахуванням ізоляції дроту [3]:

                                   (5.19)

11. Обчислення кількості витків, які можна розташувати на визначеній довжині.

                                       (5.20)

12. Визначення активної довжини каркаса:  

                             (5.21)

13. Визначення висоти каркаса резистивного елемента.

Для визначення висоти каркаса резистивного елемента необхідно скористатися рівнянням, яке забезпечує потрібну функціональну залежність опору резистора:

,                                   (5.22)

де Н – значення висоти каркаса.

14. Перше значення висоти Н₁ можна визначити за формулою:

,                             (5.23)

де  – кут укладання дроту на каркас;

коефіцієнт, який враховує особливості вигину дроту на каркас.

15. Визначення кількості витків у секції резистивного елемента:

,                                (5.24)

де Ку – коефіцієнт укладання проводу.

16. Визначення роздільної здатності резистора.

                                  (5.25)

5.1.2 Теплотехнічний розрахунок

1. Визначення температури перегріву резистивного елемента при установленому тепловому режимі проводиться згідно з формулою:

,                                           (5.26)

де ΔТ – температура перегріву резистивного елемента, град;

P – потужність розсіювання, Вт;

μ – середнє значення коефіцієнта тепловіддачі, Вт/мм²·град;

S_р.е – площа поверхні резистивного елемента, мм².

2. Визначення максимальної температури перегріву резистивного елемента проводиться за формулою:

,                                        (5.27)

де Т₀ –температура навколишнього середовища.

5.1.3 Розрахунок контактної пружини

Перед початком виконання розрахунків пружини необхідно визначитися з деякими параметрами, а саме обрати матеріал та конструкцію пружини.
Як матеріал пружини обираємо сплав, який має високу твердість і електропровідність та стійкий до корозії; як приклад конструкції пружини обираємо консольну пружину круглого перерізу. Далі виконуємо розрахунки.

1. Визначення діаметра пружини:

 ,                                       (5.28)

де d_пр – діаметр пружини, мм;

F_k – мінімальне контактне зусилля, г;

Е - модуль пружності матеріалу пружини, кг/мм²;

s - напруга в матеріалі пружини, кг/мм²;

f_в - максимальна частота вібрацій,1/с;

g - густина матеріалу пружини.

Визначення довжини пружини

 .                               (5.29)

3. Визначення вигину пружини під дією контактного зусилля

.                                  (5.30)