Расчёт механической прочности

3.4.3 Расчёт механической прочности

Современная РЭС испытывает целый ряд механических воздействий, которые, влияя на работу радиоаппаратуры, снижают её надежность. К этим факторам, в частности, как наиболее проявляющимся, относятся вибрационные и ударные нагрузки. Вибрации и удары, воздействующие на РЭА, вызывают:

-   изменение выходных параметров радиоаппаратуры;

-   отказ РЭА из-за коротких замыканий и обрывов соединений;

-   усталость материала несущих конструкций и его разрушение;

-   раскручивание крепежа, обрыв защелок;

-   механические повреждения электромонтажных соединений и установочных элементов;

-   отслаивание фольги печатных плат;

-   искажение диаграмм направленности антенн и т.п.

Уменьшение частоты отказов РЭА, работающей в условиях повышенных вибраций, достигается комплексом мероприятий, в число которых входят:

-   разработка схемы и конструкции с учетом возможных условий эксплуатации;

-   применение ЭРЭ и материалов, отвечающих заданным условиям эксплуатации;

-   разработка методики контроля и испытаний, соответствующих условиям эксплуатации;

-   строгое соблюдение технологии изготовления РЭА и ее совершенствование.

Кроме того, для борьбы с вибрациями применяют следующие меры:

-   ужесточение конструкции с целью повышения собственных частот колебаний (заливка, вакуумированная герметизация и т.п.);

-   применение прижимающих и антивибрационных устройств;

-   правильное закрепление РЭА в отсеках на борту и в помещениях (в местах наименьшей амплитуды вибраций);

-   применение различного рода амортизирующих прокладок из резины, поролона и других материалов.

В практических случаях элементы конструкции блоков РЭА имеют сложную конфигурацию. При расчетах сложный элемент заменяют его упрощенной моделью в виде балки, стержня, пластины, мембраны.

Рассчитав собственные частоты элементов конструкции и всего блока, сравнивают их с частотами возмущающих колебаний.

В правильно сконструированной аппаратуре собственная частота конструкции не должна находиться в спектре частот внешних воздействий. Хотя любая конструкция обладает несколькими значениями собственных частот, расчет выполняется только для низших значений. Если нижнее значение частоты входит в диапазон внешних воздействий, то конструкцию блока дорабатывают, ужесточая ее, с целью увеличения собственной частоты и выхода из спектра частот внешних воздействий, либо переходят на её амортизацию и производят соответствующие расчеты.

Многие конструктивные элементы РЭС могут быть представлены в виде пластин. К пластинам можно отнести печатные платы (ПП), днища шасси, элементы экранов, панели и т.п.

Пластиной называют плоское тело, ограниченное двумя поверхностями, расстояние между которыми мало, по сравнению с размерами поверхностей. В конструкциях РЭС обычно используются прямоугольные и круглые пластины с различными способами закрепления.

В математическом отношении задача динамического расчета пластин, т.е. расчета на вибрационные и ударные воздействия, достаточно сложна. Для этих целей используются точные (аналитические), приближенные и численные методы расчета.

Практическое применение аналитических методов решения задач динамики конструкций сопряжено с рядом трудностей. Конструкции современной аппаратуры представляют собой сложные механические системы с множеством упругих и жестких связей, с неклассическими способами крепления отдельных конструктивных элементов. Для такой механической системы сложно построить расчетную модель, достаточно простую и в то же время хорошо отражающую физические и динамические свойства, тем более что конструкция содержит множество неконтролируемых параметров, например усилия затяжки соединений при сборке плат в пакет, коэффициенты механических потерь материалов элементов. Поэтому широко используют приближенные и численные методы расчета. [26]

Для начала расчёта необходимо отметить, что ПП с одной стороны имеет закрепление защелками, а противоположная сторона крепко прижата к корпусу устройства.

Данная ПП имеет размеры: а=0,102м, b=0,088 м, h=1∙10^-3м.

Материал ПП – стеклотекстолит марки FR-4

Плотность r=2,4∙10³ кг/м³;

Общая масса ЭРЭ Мэ=0,0205 кг;

Модуль Юнга Е=3∙10¹⁰ Н/м²=0,3*10⁵ МПа;

Коэффициент Пуассона m=0,28;

Максимальной амплитудой ускорения корпуса Ś_max=2g;

Логарифмический декремент колебания σ=0,12.

1)         Находим массу ЭРЭ, приведённую к единице площади платы:

 (3.26)

2)                Находим массу единицы площади ПП:

 (3.27)

3)                Находим коэффициент, учитывающий массу ЭРЭ:

 (3.28)

4)                Находим коэффициент частоты для первой формы колебаний пластины (ПП):

 (3.29)

 (3.30)

5)                Находим цилиндрическую жёсткость ПП:

 (3.31)

6)                Находим собственную частоту колебаний:

 (3.32)

7)                Находим первую собственную частоту колебаний:

 (3.33)

Следовательно, собственная частота платы не попадает в диапазон воздействующих частот f=1..60 Гц в режиме работы.

8)         Найдем виброперемещение Z. Рассчитаем для заданного вида закрепления платы в корпусе максимальное перемещение точки А с координатами Х=0,102 и У=0,088

 (3.34)

где ψ_1х и ψ_1у =0,5098 − коэффициенты вовлечения форм собственных колебаний; Х1(х)=1 и У2(у)=1 − значения балочных функций;

К_1дин −коэффициент динамичности:

 (3.35)

9)    Теперь полученное значение необходимо проверить на условие виброжесткости:

 (3.36)

где ∆_adm− допустимый прогиб для данной пластины.

 (3.37)

где ∆_{adm норм} =30 мм − допустимая стрела прогиба; l_норм=1м − нормированная длина.

Вывод: Плата удовлетворяет условию виброжесткости, поэтому никаких дополнительных конструкторских мер не требуется. Выбранный вариант закрепления платы соответствует условиям эксплуатации изделия. Однако необходимо учитывать ряд ограничений при транспортировке устройства:

-           устройство нельзя перевозить в самолётных, ракетных и космических видах транспорта;

-           транспортировочная тара должна быть снабжена элементами, амортизирующими вибрационные воздействия (пенопласт, пленка и др.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании технического задания и схемы электрической принципиальной в данном курсовом проекте рассмотрены основные вопросы проектирования генератора «воющего» шума.

Исходя из проведенной работы по анализу определяющих факторов и требований, предъявляемых к конструкции, выполнена компоновка устройства, выбраны технически обоснованные технологические процессы изготовления основных элементов и материалы, с учетом применяемых методов обработки.

Результаты расчета надежности показывают, что выбранные электрорадиоэлементы, входящие в схему электрическую принципиальную, и заданные режимы работы и эксплуатации полностью обеспечивают надежную работу устройства в период, заданный техническим заданием.

В технологической части дипломного проекта проведена оценка технологичности конструкции печатного узла генератора, приведена маршрутная карта технологического процесса сборки, которая показывает этапы подготовительных и основных операций сборки печатного узла, а также необходимый инструмент для выполнения данной работы.

Графическая часть курсового проекта позволяет представить конструкцию разработанного устройства, его основных составных частей и выполнена в полном объеме, заданном техническим заданием.

1.      «ДАРТ Электроникс»: Электронный каталог.- http://www.dart.ru

2.      «Остек»: Электронный каталог.- http://www.ostec-smt.ru

3.      «Платан»: Электронный каталог.- http://www.platan.ru

4.      «Промэлектроника»: Электронный каталог.- http://www1.promelec.ru

5.      «Радиотех-Трейд»: Электронный каталог.- http://www.rct.ru

6.      «Симметрон»: Электронный каталог.- http://www.symmetron.ua

7.      «Чип и Дип»: Электронный каталог.- http://www.chipdip.ru

8.      «Чип индустрия»: Электронный каталог.- http://www.chipindustry.ru

9.      P-CAD 2006. Разработка печатных плат / Уваров А.С. − М.: СОЛОН-Пресс, 2007 – 544 с.

10.    Web сайт ЗАО «Топ Системы» - http://www.tflex.ru

11.    ГОСТ 12.0.002-80 80 «Основные понятия. Термины и определения».

12.    ГОСТ 2.301 − ГОСТ 2.321 «ЕСКД. Общие правила выполнения чертежей».

13.    ГОСТ 23594-79 «Маркировка».

14.    ГОСТ 23751-86 «Платы печатные. Основные параметры конструкции».

15.    Допуски и посадки / Белкин И.М. - М.: Машиностроение, 1992, 306с.

16.    Допуски и посадки: Справочник, под ред. Мягкова - М.: Машиностроение, 1982.

17.    Конструирование радиоэлектронных средств: Методические указания к курсовому проектированию / Румянцев В.П. - Рязань: РРТИ, 1993, 24с.

18.    Методы расчета теплового режима приборов / Дульнев Г.Н. - М.: Радио и связь, 1990, 312с.: ил.

19.    Надежность зарубежной базы. Зарубежная радиоэлектроника: Каталог / Борисов А.А., Горбачева В.М., Карташов Г.Д., 2000 №5, с.34-53

20.    Основы конструирования радиоэлектронных приборов / Аксенова И.К., Мельников А.А. - М.: Высшая школа, 1986.

21.    ОСТ 4Г0.091.219 – 76 «Узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры. Методика оценки и нормативы показателей технологичности конструкций».

22.    ОСТ 4.ГО.054.010 «Сборка и пайка узлов на печатных платах. Типовые технологические процессы».

23.    Полупроводниковые приборы и их аналоги: Справочник, под общ. ред. А.М. Пыжевская – М.: РОБИ, 1992.

24.    Проектирование и технология печатных плат / Пирогова Е.В. − М.: «Форум «ИИФРА-М», 2005, 560 с.

25.    Расчет надежности радиоэлектронной аппаратуры / Цветков А.Ф. - Рязань: РРТИ, 1973, 159с.

26.    Расчет пластинчатых конструкций РЭС на вибрационные воздействия: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / РГРТА; Сост. В.И. Дыкин. Рязань, 1995, 28с.

27.    Резисторы: Справочник / под общ. ред. И.И. Четверкова, В.М. Терехова – М.: Радио и связь, 1987.

28.    Элементы схем бытовой РА. Диоды. Транзисторы / А.И. Аксёнов, А.В. Нефёдов, А.М. Юшин, М: «Радио и связь», 1993.

29.    Марти Браун «Источники питания», Киев, «МК-Пресс», 2007.

30.    Богдан Грабовски «Справочник по электронике», Москва, «ДМК», 2009

31. «Сварка, резка, контроль», справочник под редакцией Н.П.Алешина, Г.Г. Чернышева, том1, Москва, «Машиностроение», 2004.

32. «Сварка и резка материалов», под редакцией Ю.В. Казакова, издание 5, стереотипное, Москва, «Академия», 2006.

33. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов / А.М. Дольский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под ред. А.М. Дольского. – М.: Машиностроение, 2005. – 448с.

34. Медведев А.М. Технология производства печатных плат. - М.: Техносфера, 2005.