Построим тепловую характеристику для определенной точки(10; 3,22) (рисунок 7)

Рисунок 7

По характеристике определим тот перегрев, который вызывает выделяемая в корпусе мощность. Р_п=2,189 Вт – мощность, рассеиваемая конструкцией [п.3.2]. Δt=6,8C, t_К=66,8C.

Найдем температуру нагретой зоны. Предположим, что перегрев корпус – нагретая зона Δt=10C, т.е. t_н.з.=76,8C.

Определим значение коэффициента теплопроводности лучеиспускания по номограмме. α_0,8луч=7,5 Вт/(м²⋅К).

Находим коэффициент теплопроводности конвекции для параметров Δt=10C, t_ср=81,8C, .

По номограмме α_К = 4 Вт/(м²⋅К).

Определим площадь поверхности блока .

Теплопроводность лучеиспускания σ_Л = α_Л⋅ S_ср=0,555 Вт/К. Теплопроводность конвекции σ_к = α_к⋅ S_ср=0,296 Вт/К. σ_Σ = σ_К + σ_Л =0,851 Вт/К. P= σ_Σ⋅ Δt=8,51 Вт.

Построим тепловую характеристику для определенной точки(10; 8,51) (рисунок 8).

Рисунок 8

Тогда перегрев корпус – нагретая зона составляет 2,6C, t­_н.з.=76,8C +2,6C =79,4C<t_{max эл}.

Полученная температура поверхности нагретой зоны соответствует рабочему температурному режиму выбранной элементной базы. Тепловой режим выполняется.

4.2 Расчет вибропрочности

Рисунок 9 – Схематическое изображение ПП и способа ее монтажа

Для того, чтобы представить схематичное изображение печатной платы и, в частности, способа ее монтажа обратимся к рисунку 10.

Конструкция считается вибропрочной, если в ней отсутствуют механические резонансы. Отсутствие в конструкциях механических резонансов характеризуется следующим соотношением частоты свободных колебаний f₀ любого элемента конструкции и верхней частоты диапазона внешних вибрационных воздействий:

.

В нашем случае = 150 Гц [пункт 1.5.7].

Таким образом, оценка вибропрочности конструкции сводится к расчету частоты свободных колебаний f₀.

Для расчета вибропрочности изделия воспользуемся Рэлеевской моделью, так как

распределение элементов на печатной плате можно считать равномерным.

Плотность и модуль упругости материала ПП (стеклотекстолит СФ):

ρ=1,85 г /см³

E=30.2⋅10⁻⁹ Па

Плотность и модуль упругости стали: ρ_с=7,82 г /см³_,­ E_с=200⋅10⁻⁹ Па

Поправочный коэффициент на материал платы:

Поправочный коэффициент на нагрузку платы равномерно размещенными на

ней элементами:

,

где m_э – масса элементов, m_э=120,064 г.; m_п – масса платы, m_п=30г;

Получаем, Кэ=0.5

Значение частотной постоянной для случая, когда все стороны закреплены жестко

(плата закрепляется по углам четырьмя винтами): С=234

Частота свободных колебаний: ,

где a – большая сторона ПП, а=150 мм; h – толщина платы, h=1.5 мм.

Получаем, f₀=974 Гц, что с запасом покрывает частоты вибрации, возникающие при эксплуатации прибора.

Zдоп=11мм=0,011 м – допустимая стрела прогиба платы.

μ=10 – коэффициент динамичности конструкции;

g=9,8 м/с² – ускорение свободного падения.

Допустимая величина вибрационной перегрузки:

.

n_зад=58,9 [пункт 1.5.7], n_доп>n_зад , а значит, конструкция является вибропрочной.

4.3 Расчет надежности

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности элементов и условиям эксплуатации.

Расчет надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы РЭС. При составлении модели предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и в целом РЭС могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособном. Используются две логические схемы надежности: последовательная, когда отказ любого элемента ведет к отказу РЭС, и параллельная, когда отказ элемента не вызывает отказа РЭС. Последовательные логические схемы надежности характерны для не резервированных РЭС, параллельные - для РЭС с резервированием.

Основными количественными характеристиками надежности являются вероятность безотказной работы РЭС и среднее время наработки на отказ T=1/_э, где t - время непрерывной работы изделия, _э - эксплуатационное значение интенсивности отказов РЭС.

Для последовательной логической схемы надежности:

,

где - эксплуатационное значение интенсивности отказов i-го элемента, учитывающее внешние воздействия, влияние тепловых и электрических нагрузок элементов, n - число элементов.

Расчет производится по формуле:

,

где - интенсивность отказов элемента в номинальном режиме работы [1, прил.10.1],

- поправочный коэффициент на температуру и электрическую нагрузку элемента [1,прил.10.2],

k₁ - коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий [1, прил.10.4],

k₂ - поправочный коэффициент на воздействие климатических факторов (температура, влажность) [1, прил.10.5],

k₃ - коэффициент, отражающий условия работы при пониженном атмосферном давлении [1, прил.10.6].

Значения , , , , приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1

Подставляя данные таблицы 4.1 в вышеуказанную формулу для э, получаем э = 8.8*10^-6,1/ч.

Вероятность безотказной работы изделия P(t) =exp(-э*t), где t=8ч – время непрерывной работы ШИМ-преобразователя, P(t) =0,998;

Среднее время наработки на отказ Т=1/э, Т=1/8.8*10^-6=113948ч.

Cравнивая полученные значения вероятности безотказной работы фазового детектора и среднего времени наработки на отказ с данными значениями в ТЗ [пункт 1.5.4], можем убедиться в том, что поставленные перед нами требования к надежности мы выполнили.

5 Заключение

В результате исследования была разработана конструкция блока 16-канального ШИМ-преобразователя, отвечающего части требований стабильности работы в рассматриваемой области эксплуатации.

Расчёты завершены. По их результатам можно говорить о том, что техническое задание было выполнено на данной элементной базе и при данной конструкции блока. Тепловой расчёт показал работоспособность изделия при максимальной по техническому заданию температуре окружающей среды, расчёт вибропрочности показал работоспособность устройства при заданных в техническом задании максимальных перегрузках. Расчёт надёжности показал, что среднее время наработки на отказ для даннойконструкции превышает заданное в техническом задании.

6 Список литературы

1. Проектирование РЭС: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию /Авт.: В. Ф. Борисов, М. Ф. Митюшин, А. А. Мухин, А. Н Шишков, Ю. В. Чайка. – М.: Изд-во МАИ, 2007 год.

1. Элементы РЭУ Б. И. Горошков. 1988 год.

1. Конструирование радиоэлектронных средств В.Б. Пестряков, Б.Г. Гаврилов.-М.: Радио и связь, 1992 год.

1. Справочник конструктора РЭА Р. Г. Варламов-М.: Сов . Радио, 1980 год.

1. Акимов Н.Н., Ващунов Е.П. И др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА (справочник). - Минск: Беларусь, 1994. МАИР.758700.326