Компоновочный расчет блока

Расчет будем проводить, учитывая коэффициент заполнения по объему, равный 0,6. Значения объемов элементов приведенные в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Значения объёмов элементов

С учетом вышеуказанных данных и конструкции печатной платы подбираем размер блока: 135х87х47 мм.

5.3 Расчет элементов печатного монтажа

Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы будем производить в следующем порядке:

– выбираем класс точности изготовления – 3;

– определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

(5.2)

где – максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;

− допустимая плотность тока;

– толщина проводника, мм.

– определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из до­пустимого падения напряжения на нем:

(5.3)

где – удельное объемное сопротивление;

– допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы.

– определяем номинальное значение диаметров монтажных отвер­стий, (мм):

(5.4)

где d_э – максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

а) для электролитического конденсатора:

Исходя из значений предпочтительного ряда примем, мм.

б) для переменного резистора:

Исходя из значений предпочтительного ряда примем, мм.

в) для микросхемы:

Исходя из значений предпочтительного ряда примем, мм.

Определим номинальный диаметр контактной площадки, (мм):

(5.5)

где – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (0,05 мм.);

− ширина печатных проводников;

– верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

− значение подтравливания проводников;

− значение позиционного допуска расположения центра отверстия от­носительно узла координатной сетки;

− значение позиционного допуска расположения центра отверстия от­носительно номинального положения;

− нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки.

Отсюда, для отверстий рассчитанных по формуле 5.4 имеем:

− для микросхемы со штыревыми выводами, конденсаторов, дроссели, разъемов:

мм

Определяем ширину проводников.

Минимальная ширина проводников, мм, для ДПП, изготовляемых комбинированным позитивным методом:

(5.6)

где b_min1 – минимальная эффективная ширина проводника.

Максимальная ширина проводника, мм:

(5.7)

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что для из­готовления печатной платы рациональнее всего будет использовать комбинированный метод [6].

В результате проведения расчетов элементов печатного монтажа была спроектирована печатная плата автомобильного мультиметра изображенная на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Печатная плата автомобильного мультиметра

5.4 Оценка теплового режима и выбор способа охлаждения

Расчет теплового режима РЭС заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации [7].

Расчёт начинается с определения средней температуры воздуха в блоке.

Исходными данными для расчета служат:

1. Габаритные размеры:

2. Давление окружающей среды:

кПа

3. Давление внутри корпуса:

кПа

4. Температура окружающей среды:

6. Коэффициент заполнения:

7. Мощность рассеиваемая в блоке:

Тепловой режим РЭС в герметичном корпусе рассчитывается в следующем порядке [8]:

1. Поверхность корпуса блока, , м², вычисляется по формуле:

, (5.8)

где , – соответственно ширина и длина корпуса, м;

– высота корпуса, м.

м²

2. Условная поверхность нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.9)

м²

Удельная мощность корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.10)

Вт/м²

Удельная мощность нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.11)

Вт/м²

Коэффициент Q₁ в зависимости от удельной мощности корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.12)

Коэффициент Q₂ в зависимости от удельной мощности нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.13)

Коэффициент К_Н1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.14)

Коэффициент К_Н2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.15)

9. Перегрев корпуса блока, вычисляется по формуле:

(5.16)

10. Перегрев нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.17)

11. Средний перегрев воздуха в блоке, вычисляется по формуле:

(5.18)

12. Удельная мощность элемента:

(5.19)

13. Перегрев поверхности элемента:

(5.20)

14. Перегрев среды около элемента:

(5.21)

Температура корпуса мультиметра, вычисляется по формуле:

(5.22)

°С

15. Температура нагретой зоны, вычисляется по формуле:

(5.23)

°С

16. Средняя температура воздуха в блоке, вычисляется по формуле:

(5.24)

°С

17. Температура поверхности элемента:

(5.25)

°С

18. Температура среды, окружающей элемент:

(5.26)

°С

Температурный режим блока рассчитан для =20 ° С.

Из анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого мультиметра обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие температуры не превышают предельно допустимых величин для компонентов.

Таким образом, выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путем конвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Такой способ охлаждения является наиболее легко реализуемым и требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению с другими способами охлаждения РЭС, и наиболее прост.

5.5 Расчет механической прочности платы

Любая печатная плата обладает своей собственной частотой. При совпадении или приблизительном равенстве собственной и воздействующих частот может наступить резонанс, что приведет к серьезным механическим повреждениям. При расчётах необходимо, чтобы собственная частота платы была не менее определенной для заданных условий. При несоблюдении такого условия необходимо принять определенные меры. Все способы виброзащиты можно разделить на пассивные и активные. Активные требуют для своей реализации источник дополнительной энергии, что не всегда выгодно и затруднительно по различным соображениям. Такие методы используются весьма редко. К пассивным способам относят следующие:

– увеличение собственной частоты конструкции;

– увеличение деформирующих свойств конструкции;

– применение различных виброизоляторов.

Третий способ является самым эффективным.

Так как создаваемый прибор относится к наземной РЭС, то при транспортировке, случайных падениях, влиянии соседнего оборудования он может подвергаться динамическим воздействиям. Изменения обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭС находятся в пределах:

– вибрация от 10 до 70 Гц, виброперегрузка от 1 до 4 g ;

– ударные сотрясения от 10 до 15 g, длительность от 5 до 10 мс;

– линейные перегрузки от 2 до 4 g .

Используя эти данные, проведем проверочный расчёт платы на виброустойчивость. Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибрации. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний печатной платы f_min, Гц, удовлетворяла условию

f_min ³ (g×n×g / 0,003×b)^2/3 (5.27)

где g - безразмерная постоянная, числовое значение которой зависит от значения частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений;

n - вибрационные перегрузки , g;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

b - размер короткой стороны платы, мм.

Принимаем значения величин g = 20 при n = 2g, f₀= (100 до 400)Гц. Тогда:

f_min = (20 × 2 × 9.81 / 0,003 × 60)^{2 / 3} = 197 (Гц)

Собственную частоту платы (первую гармонику) f₀, Гц, вычислим по формуле Pелея-Ритца

(5.28)

где D - отношение меньшей стороны платы к большей;

l_К – коэффициент, зависящий от способа крепления печатной платы;

Н_П – толщина платы, мм;

Е – модуль Юнга материала платы, Н/м²;

r_П – плотность материала платы, кг/ м³;

L_Б – большая сторона платы, мм;

m_Э – масса элементов, г;

m_П – масса платы, г.

Конструктивные параметры платы:

– а = 120 мм, b = 60 мм, Н_П = 1,5 мм;

– материал – стеклотекстолит фольгированный СФ2-35-2 ( Е= 3,3×10¹⁰ Н/м², r_П = 1,85×10^-3 кг/ м³);

– масса платы m_n = 22 г;

– масса ЭРЭ, размещенных на плате m_ЭРЭ = 60г.

l_К для крепления платы в четырёх точках равен 1. Тогда:

Условие (5.27) выполняется:

(f_min = 197) > 53

Таким образом, расчёт показал, что плата будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.

5.6 Полный расчет надежности

Необходимо оценить показатели безотказности ПС, предназначенной для эксплуатации в требуемых условиях. Предполагается, что устройство будет изготовлено с использованием печатного монтажа. Заданное время работы – t = 1500 ч.

Таблица 5.3 – Максимальные значения интенсивностей отказов элементов

Скорректируем lS, учитывая электрический режим и условия работы элементов (Кэ=4):

lS(n)= 15,19*10^-6*2= 30,38*10^-6 1/ч

Наработка на отказ:

Т_о=1/ (67,72*10^-6)=32 916 ч.

Вероятность безотказной работы за время t_з:

Р(t₃)=е ^-1500/32916 = 0,95

Так как рассчитанное значение вероятности безотказной работы за время t_з удовлетворяет заданным показателям (t_з>0,92), делаем вывод о том, что наше устройство достаточно надежно.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: