Плата 65х110;

1 плата 65х110;

Определение габаритных размеров ячеек. На горизонтально расположенной плате длина и ширина платы будут соответственно равны длине и ширине ячейки:

В = 65 мм, L = 110 мм;

Высота ячейки равна:

Н = max H_э + h_n.n , (1.3)

где max H_э – высота самого высокого элемента на плате,

H – толщина печатной платы.

Н = 9 + 1,5 = 10,5 мм,

Определение массы ячеек.

Масса каждой ячейки состоит из массы печатной платы и массы элементов, расположенных на ней.

Масса каждого элемента m_i представлена в приложении 1 в таблице 1.

m_яч = m_nn + m_i , (1.4)

где m_nn = ρхV – масса печатной платы, кг,

ρ – плотность материала платы, кг/м³

V – объем ячейки, м³

m_nn = 2,4х10³9,9х10^-6 = 0,02376 кг.,

m_яч = 0,04025 + 0,02376 = 0,06401 кг.,

Вывод: найдены массо-габаритные размеры ячеек.

3.1.1.4. Выбор способов крепления плат.

Горизонтально расположенную плату крепят на двух П-образных скобках с помощью 4 винтов и гаек, причем винты проходят через плату, скобки и основание.

Скобки изготовлены из алюминия.

3.1.2. Анализ и уточнение варианта.

3.1.2.1. Определение компановочных характеристик корпуса частотомера включает в себя 2 этапа:

Определение габаритных размеров корпуса блока,

Определение общей массы конструкции блока.

Габаритные размеры корпуса блока определяются исходя из конструкторских соображений.

Определяем ориентировочный объем проектируемой конструкции:

V_ = V_устi, (1.5)

где К_v – обобщенный коэффициент заполнения объема,

V_устi – установочный объем i-го элемента.

В качестве установочного объема i-го элемента выбираем объем ячейки. Тогда формула примет вид:

V_ = V_{яч i} (1.6)

V_ячi = H_iL_iB_i (1.7)

V_яч1 = 6511010,5=75075 мм³ = 750,710^-6м³,

V_ = 750,710^-6 = 93810^-6м³.

Высота корпуса блока определяется по формуле:

H = H_яч +Х₁+Х₂, (1.8)

где H_яч – высота ячейки,

H_яч=95 мм,

Х_1, Х₂ – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок,

Х₁ = 5,5 мм, Х₂ = 5 мм.

H = 10,5 + 5,5 + 5 = 21 мм.

Ширина корпуса блока определяется по формуле:

B = B_яч + Y₁ + Y₂, (1.9)

где B_яч – размер ячейки,

B_яч = 65 мм,

Y₁,Y₂ – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок,

Y₁ = 2,0 Y₂ = 3 мм

B = 65 + 2,0+3 = 70 мм.

Длина корпуса блока определяется по формуле:

L = L_яч + Z₁ + Z₂, (1.10)

где L_яч – размер ячейки, L_яч = 110 мм

Z₁, Z₂ – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячеек в блок,

Z₁ = Z₂ = 2,5 мм

L = 110 + 2,5 + 2,5 = 115 мм

Масса конструкции блока определяется по формуле:

m = m_яч + m_к + m_осн + m_доп, (1.11)

где m_яч– масса ячейки, кг,

m_к – масса корпуса блока, кг,

m_осн – масса основания блока, кг,

m_доп – масса дополнительных элементов, кг.

m = 0,06401 + 0,102 + 0,076 + 0,0165 = 0,25 кг.

Вывод: Определены габариты блока HLB,

2111570,

и масса m = 0,25 кг.

3.1.2.2. Расчет теплового режима блока.

Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа:

определение температуры корпуса блока t_к;

определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны t_н.з.

Для выполнение расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные:

размеры корпуса:

- ширина B = 0,070 м;

- длина L = 0,115 м;

- высота H = 0,050 м;

размеры нагретой зоны lbh, 0,1100,0600,01;

величина воздушных зазоров между

нагретой зоной и нижней поверхностью корпуса h_н = 0,005 м,

нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса h_в = 0,0055 м;

мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Р_о = 2,6 Вт;

мощность радиоэлементов, расположенная непосредственно на корпусе блока Р_к = 2 Вт;

температура окружающей среды t_о = 25^оС

Этап 1. Определение температуры корпуса.

Рассчитываем удельную поверхность мощность корпуса блока:

q_к = P_o/S_к, (2.0)

где S_к – площадь внешней поверхности корпуса блока,

S_к = 2(HB+BL+HL) (2.1)

S_к = 2(0,0500,070+0,0700,115+0,0500,115) = 0,0346 м²

q_к = 0,6/0,0346 = 17,3 Вт/м

Перегрев корпуса блока в первом приближении t_к = 2 ^оС

Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней _лв, боковой _лб, нижней _лн поверхностей корпуса:

_лi = Е_i5,67[()⁴ – ()⁴] /t_к , (2.2)

где Е_i – степень черноты i-й наружной поверхности корпуса, для боковой и верхней поверхностей Е = 0,92

При расчете получилось:

_лв = 5,4;

_лб = 5,4;

_лн = 5,4.

Для определяющей температуры t_m= t_o+ 0,5t_к = 30^oC рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса:

Gr_mi = _m g t_к , (2.3)

где L_опрi – определяющий размер i-й поверхности корпуса,

_m – коэффициент объемного расширения, для газов

_m = (t_m+ 273)^-1= 0,003,

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 мс^-2;

V_m – кинетическая вязкость газа, V_m = 16,9610^-6 м²/с;

Gr_mв= 0,0039,82 = 5,5

Gr_mб= 0,0039,82 = 0,45

Gr_mн= 0,0039,82 = 5,5

Определяем число Прандтля Рч, Рч = 0,701

Находим режим движения газа, обтекающего каждую поверхность корпуса:

(GrРч)_mв = (GrРч)_mн = 3,8

(GrРч)_mб = 0,315

Так как (GrРч)_m510², то режим переходный к ламинарному.

Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока _кi:

_кi = 1,18(GrРч)^1/8_mN_i, (2.4)

где _m – теплопроводность газа, _m = 2,6810^-2 Вт/мК,

N_i – коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса:

N_i =

_кв = 1,183,8^1/81,3 = 0,42

_кб = 1,180,31^1/81 = 0,54

_кн = 1,183,8^1/80,7 = 0,22

Определяем тепловодную проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой G_к:

G_к = (_кн+_лн) S_н+(_кб+_лб) S_б+(_кв+_лв) S_в, (2.5)

где S_н, S_б, S_в – площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса соответственно;

S_н = S_в = LB = 0,0080 м²

S_б = 2H (L+B) = 20,05 (0,115+0,03) = 0,0185 м²

При расчете получилось:

G_к = 0,235

Рассчитываем перегрев корпуса блока во втором приближении t_ко:

t_ко = (Р_о/ G_к) К_кпК_н1, (2.6)

где К_кп – коэффициент зависящий от коэффициента перфорации корпуса блока,

К_кп = 0,6

К_н1 – коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды,

К_н1 = 1

Расчет: t_ко = (0,6/0,235)0,61 = 1,8^оС

Определяем ошибку расчета:

= / t_ко (2.7)

Расчет: = = 0,05

Так как < 0,1, то расчет можно закончить.

Рассчитываем температуру корпуса блока:

t_к = t_o + t_ко (2.8)

t_к = 25+1,8= 26,8^oC

Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны.

1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока q_3.

q₃ = (2.9)

где Р₃ – мощность, рассеиваемая в нагретой зоне, Р₃ = Р_о- Р_к

Расчет: q₃ = = 39,7 Вт/м²

2. Перегрев нагретой зоны относительно температуры, окружающей блок среды в первом приближении:

t_з = 4^оС

3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними _злн, верхними _злв и боковыми _злб поверхностями нагретой зоны и корпуса:

_злi = E_пi5,67[()⁴ – ()⁴] / (t_з - t_ко)] (2.10)

где E_пi – приведннная степень черноты i-й поверхности нагретой зоны и корпуса:

E_пi = [ + (- 1) ]^-1, (2.11)

E_3i и S_3i – степень черноты и площадь i-й поверхности нагретой зоны.

Е_пв= 0,933

Е_пб=1,98
Е_пн= 0,933

Отсюда: _злв = 5,9

_злб = 13,9

_злн = 5,9

Для определяющей температуры t_m=(t_к+t_o+t_з) / 2 = (26,8+25+4) / 2 = 27,9 ^oC

Находим числа Грасгофа и Прандтля:

Gr_mн = Gr_mв = 6,4 , Gr_mб = 2,1

Рч = 0,701

5. Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности:

для нижней поверхности:

_зкн = _m / h_н, (2,12)

для верхней поверхности:

_зкв = _m / h_в,

для боковой поверхности:

_зкб = _m / h_б,

При расчетах получилось:

_зкн = _зкв = 5,36

_зкб = 4,87

Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:

G_зк = К_σ (_злi + _зкi) S_зi, (2,13)

где К_σ– коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, Кσ= 0,09

При расчете получилось:

σ_зк = 0,54

Рассчитываем перегрев нагретой зоны t_зо во втором приближении:

t_зо = t_ко + , (2,14)

где К_w – коэффициент, учитывающий внутреннее перемещение воздуха, К_w = 1

К_н2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, К_н2 = 1

Расчет: t_зо = 27+ = 3,953^оС

Определяем ошибку расчета:

= ,

= = 0,004

Так как < 0,1, то расчет может быть закончен.

Рассчитываем температуру нагретой зоны:

t₃ = t_o + t_зо (2,15)

Получаем: t₃ = 25 + 3,953 = 28,953^оС

Так как самый нетермостойкий элемент выдерживает температуру до + 70 градусов цельсия, то полученный тепловой режим работы устраивает нас.