62263 (Блок интерфейсных адаптеров), страница 11

Частоту собственных колебаний резисторов с, закрепленных по способу Б (рис.8.4) можно определить по номограммам [рис.7.7, 22]. Значение собственной частоты резистора f₀ = 7 кГц.

Рис. 8.4. Схема крепления резисторов.

При расчете частоты собственных колебаний микросхемы ее представляют в виде консольной конструкции (рис. 8.5).

Рис.8.5 Эквивалентная схема микросхемы.

В этом случае расчет собственной частоты колебаний микросхемы можно произвести по (8.32)

, (8.32)

где:

Е - модуль упругости материала балки, Н/м². В нашем случае Е = 0,710¹¹ Н/м²;

М - сосредоточенная масса. В нашем случае М = 3г.

I - момент инерции балки, м⁴. Момент инерции для выводов микросхемы рассчитывается по (8.33)

, (8.33)

где:

D - диаметр вывода ИМС. D = 0,5 мм.

м⁴.

m - приведенная погонная масса. В нашем случае m = 0,015 г/мм.

Подставляя значения в (8.33), получим

кГц.

Так как полученные значения частот собственных колебаний резистора и ИМС на много больше верхней частоты воздействующих вибраций (150 Гц), то можно сделать вывод о том, что элементы не будут усиливать колебания (коэффициент динамичности в этом случае равен 1).

8.4.2 Расчет собственной частоты печатной платы

Применительно к печатной плате используется следующая формула для расчета собственной частоты:

Гц, (8.34)

где:

K_m - коэффициент, учитывающий материал, из которого выполнена плата;

K_b - коэффициент, учитывающий наличие ЭРЭ;

В - коэффициент, зависящий от варианта закрепления пластины и соотношения сторон ;

h - толщина пластины.

, (8.35)

где:

Е - модуль упругости материала, из которого выполнена плата;

- плотность материала, из которого выполнена плата;

Е_S - модуль упругости для стали;

_S - плотность стали.

, (8.36)

где:

m_Э - масса элементов;

m_n - масса платы.

Печатная плата адаптера АРЛС выполнена из стеклотекстолита. Его плотность равна: = 2 г/см³. Коэффициент, учитывающий материал K_m = 0,74. Размеры платы (240х160х1,5)мм. Масса элементов - 87г.

По (8.37) определяем массу платы:

, (8.37)

Подставляя значения в (8.37), находим:

г.

Подставляя данные в (8.36), получим:

.

Значение коэффициента В для способа закрепления платы, представленного на рис. 8.6, равно 93.

Рис. 8.6. Способ закрепления платы.

Подставляя значения в (8.34), получим значение собственной частоты платы адаптера АРЛС.

Гц.

Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибраций. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний плат удовлетворяла условию:

, (8.35)

где:

- безразмерная постоянная, выбирается в зависимости от величины частоты собственных колебаний и воздействующих вибраций, 35.

b - размер короткой стороны платы, 160мм.

n_bmax - вибрационные перегрузки в единицах g, 3...10.

Гц.

Условие (8.35) выполняется: , таким образом, плата будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибраций.

8.4.3 Расчет и выбор упаковочных виброизоляторов

Защита РЭС от механических воздействий при транспортировке является довольно сложной задачей, поскольку трудно учитывать случайные толчки, удары, определяемые профилем дороги, колебания отдельных частей транспортных средств и т.п. РЭС, размещаемые в кузове автомобиля, испытывают преимущественно вертикальные, а перевозимые по железной дороге - пространственные колебания (при трогании, торможении и движения состава амплитуда колебаний примерно одинакова по всем трем координатным осям) [23].

Защита РЭС при их транспортировании в упаковочной таре осуществляется с помощью упаковочных виброизоляционных прокладок из различных материалов, пружин или стандартных виброизоляторов. При использовании упаковочных виброизоляционных прокладок необходимо осуществлять выбор их оптимальных геометрических размеров, так как, например, при недостаточной толщине прокладки возможно повреждение упакованного РЭС при воздействии удара, а выбор толщины прокладки больше необходимой для обеспечения защиты приведет к удорожанию упаковки из-за перерасхода виброизоляционного материала.

В настоящее время для изготовления прокладок, используемых в упаковочной таре, применяется гофрированный картон, пенополистирол, пенополиуретан и др. [ 20 ].

К характеристикам прокладок, определяющим эффективность защиты аппаратуры, относят их механические свойства, геометрические параметры (толщину и площадь), а также показатели ползучести материалов прокладок под нагрузкой с течением времени [24].

В качестве материала прокладки выбираем пенополиуретан ППУ-ЭМ-1.

Определение оптимальных размеров прокладок можно выполнить по методике [20]. Исходными данными при расчете являются:

• величина максимального ударного ускорения, м/с² (g) 147 (15);

• предполагаемая высота падения в РЭС в упаковке, мм 500;

• масса РЭС, кг 5;

• геометрические размеры РЭС, м 0,483х0,295х0,264;

Упаковочные прокладки располагают снизу РЭС, а если необходимо, то сверху и с боковых сторон (рис.8.7).

1

2

3

н

Рис.8.7. Расположение прокладок при проектировании упаковки: 1- упаковываемый аппарат; 2 - прокладка; 3 - внешний контейнер.

Для расчета упаковочных прокладок используют номограммы [рис.6.23,20], разработанные для различных материалов.

Расчет оптимальных размеров прокладок производится по номограммам в следующей последовательности [20].

1. Определяется толщина прокладки Т.

2. Определяется требуемая площадь прокладки S. В нашем случае S = 900см². Находим площадь опорной грани упаковываемого изделия S_о.г. S_о.г = 1424,85см². Так как расчетное значение площади лежит в пределах S_о.гS0,5S_о.г, то изготавливаем четыре одинаковые прокладки, общая площадь которых равна S, поместив их по углам опорной грани.

Полученное значение толщины прокладки Т=90мм.

После определения размеров прокладок проверяем возможность местного выпучивания прокладки. Она осуществляется проверкой неравенства

. (8.36)

Подставляя полученные значения в (8.36), получим

Так как неравенство (8.36) выполняется, то можно сделать вывод о том, что рассчитанные размеры и выбранный материал прокладки обеспечат защиту от транспортируемого изделия механических воздействий.

8.5 Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы

8.5.1 Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы

Метод изготовления печатной платы выбран на основании ОСТ 4 ГО 054. 043 и ОСТ 4 ГО 054. 058. В соответствии с ними существуют следующие методы: комбинированный (позитивный и негативный), химический, металлизация сквозных отверстий для изготовления многослойных печатных плат.

Исходя из особенностей электрической схемы, элементной базы разрабатываемого устройства и конструктивных характеристик печатных плат, изготавливаемых различными методами, выбираем комбинированный позитивный метод изготовления печатных плат.

Как было отмечено в техническом задании, схема электрическая принципиальная блока интерфейсных адаптеров разделена на семь функциональных блоков. Каждый блок размещен на отдельной печатной плате. Трассировка плат ведется по двум сторонам, что упрощает разводку проводников и позволяет уменьшить размеры печатной платы. Монтажные отверстия должны иметь металлизацию.

При разработке печатной платы следует учитывать следующие рекомендации:

• питающие проводники и «земля» должны иметь минимальное сопротивление и длину;

• «сигнальные» проводники должны иметь минимальные участки, где они проходят параллельно;

• размещение проводников на разных сторонах печатной платы желательно перпендикулярно или под углом 45.

Особые требования при разработке печатных плат предъявляются к контактным площадкам и ширине проводников.

8.5.2 Расчет конструктивно-технологических параметров печатного монтажа

В данном разделе проводится расчет параметров печатного монтажа платы адаптера АРЛС. Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом и имеет 3-й класс точности. Исходными данными являются: толщина фольги 35 мкм, максимальный ток через проводник 423 мА, максимальная длина проводника 0,6 м, допустимое падение напряжения на проводнике 0,2 В, максимальный диаметр выводов микросхем 0,5 мм, размеры платы 160х240 мм², расстояние между выводами микросхемы 2,5 мм.

1.Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

, (8.37)

где:

I_max - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;

j_доп - допустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода изготовления [ табл. 4.5, 25]. В нашем случае j_доп = 48 А/мм²;

t - толщина проводника, мм.

Подставляя значения в (8.37), получим:

мм.

2.Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем: