Расчет механической прочности и системы виброударной защиты

Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкции достигается усилием конструктивной основы: контроля болтовых соединений, повышение прочности узлов методами заливки и обволакивания. Во всех случаях нельзя допустить образование механической колебательной системы.

При расчете частот собственных колебаний конструкцию радиоэлектронного средства условно заменяют эквивалентными расчетными схемами, для которых известны аналитические зависимости. Основное условие замены состоит в том, чтобы расчетная схема возможно ближе соответствовала реальной конструкции и имела минимальное число степеней свободы.

Собственная частота поверхностно монтируемых элементов мало отличается от частоты платы, поэтому проведем расчет частоты колебаний самой крупногабаритной детали со штыревыми выводами разрабатываемого устройства – микросхема DA4. При расчете частоты собственных колебаний элемента его представляют в виде консольной конструкции. [13]

Значение частот собственных колебаний электро-радиоэлементов, приводимых к балочным моделям рассчитывается по формуле:

(4.24)

где Е – модуль упругости материала выводов, E = 10·10¹⁰ Н·м²;

– момент инерции сечения выводов ЭРЭ;

m – масса ЭРЭ, m=0,001 кг.

l – длиннавывода ЭРЭ (l=5 мм);

d – диаметр вывода ЭРЭ(d=0,5 мм).

Момент инерции сечения выводов ЭРЭ равен

Собственная частота колебаний элемента будет равна:

При закреплении плат по углам в четырёх точках собственную частоту определяют по формуле:

(4.25)

где - цилиндрическая жесткость платы, Н/м;

– распределенная по площади масса платы и элементов, размещенных на плате.

Е - модуль упругости материала платы, E = 3,3·10¹⁰ Н·м²;

h - толщина платы, h = 1,5·10^-3м;

m - масса платы с ЭРЭ, m=36 г.

a - длина платы, a=0,055 м;

b - ширина платы, b =0,090 м;

γ - коэффициент Пуассона.

Цилиндрическая жесткость платы равна:

(4.26)

Распределенная по площади масса платы и элементов, размещенных на плате:

(6.27)

Собственная частота колебаний платы будет равна:

Собственная частота не попадает в диапазон внешних частот колебаний 35…65 Гц, выбранной толщины печатной платы будет достаточно..

Полный расчет надежности

При ориентировочном расчете учет электрического режима и условий эксплуатации элементов выполняется приближенно, с помощью обобщенных эксплуатационных коэффициентов.

Ориентировочный расчет выполняется на начальных стадиях проектирования РЭУ, когда еще не выбраны типы и эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция и отсутствуют результаты конструкторских расчетов.

Ориентировочный расчет производится для периода нормальной эксплуатации РЭУ (для периода, когда общая интенсивность отказа устройства примерно постоянна во времени).[13]

При ориентировочном расчете пользуются допущениями:

– отказы элементов случайны и независимы;

– для элементов РЭУ справедлив экспоненциальный закон надежности;

– принимаются во внимание только внезапные отказы

– учитываются только элементы электрической схемы, а также монтажные соединения, если вид соединения заранее определен;

– учет электрического режима и условий эксплуатации элементов выполняется приближенно.

Формируем группы однотипных элементов и по справочным данным определяем среднегрупповое значение интенсивности отказов.

Данные об интенсивности отказов представлены в таблице 4.3. Учитывается также и количество функциональных узлов.

Число паек определяется как суммарное число выводов элементов и внешних выводов каскада. В данном случае пайки рассматриваются как элементы.

Таблица 4.3 – Данные для ориентировочного расчета

Группа элементов	Количество элементов в i-й группе	Интенсивность отказов для элементов i-й группы , × 1/ч	Произведение , × 1/ч
Преобразователь ультразвуковой УМ-1		0,23	0,46
Конденсатор керамический		0,022	0,176
Конденсатор электролитический		0,173	0,692
Микросхема аналоговая		0,028	0,168
Микросхема цифровая		0,017	0,068
Резисторы		0,044	1,408
Вилка штыревая		0,0041	0,0041
Светодиоды		0,03	0,03
Соединители		0,0041	0,0082
Диоды		0,091	0,182
Пайка		0,000017	0,001751
∑	-	-	3,198051

С помощью обобщенного эксплуатационного коэффициента, найденного по справочным таблицам для лабораторных условий, скорректируем величину , учтя тем самым приближенно электрический режим и условия работы элементов. Согласно справочным данным =1,07 (наземные стационарные условия). Тогда:

(4.28)

По общепринятым формулам для экспоненциального закона надежности подсчитываем другие показатели надежности:

а) наработка на отказ:

(4.29)

б) вероятность безотказной работы за время :

(4.30)

в) гамма-процентная наработка до отказа (при γ=0,99):

(4.31)

Как видно из проведенных расчетов видно, проектируемое устройство способно безотказно работать на протяжении долгого периода времени, о чем говорит высокий показатель надежности (P(t_з)=0,97 за времени 10000 ч).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: