63632 (588990), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Всі перелічені розміри мають однаковий порядок і близькі за значеннями, тому згрупуємо їх та оберемо єдиний розмір монтажного отвору для кожної з груп.

Отже, нехай монтажні отвори першої групи радіоелементів мають розмір D=0,6 мм., другої - D=1,1 мм, третьої - D=1,3 мм.

При виробництві ДП для створення отворів використовується ряд стандартних розмірів свердел за СТ СЭВ 235 (1-1935).

Діаметр всіх монтажних отворів повинен бути більше мінімального, який розраховується за формулою:

,

де γ - відношення мінімального діаметру металізованого отвору до товщини плати (для 3-го класу точності γ=0,33), h – товщина ДП.

мм.

Для всіх монтажних отворів виконується нерівність .

Розрахуємо мінімальний діаметр контактної площадки навколо монтажного отвору для кожної з груп:

де d - діаметр виводу елементів;

- верхнє граничне відхилення діаметра отвору;

- верхнє граничне відхилення діаметра контактної площадки;

- нижнє граничне відхилення діаметра контактної площадки.

Для першої групи отворів:

=0,9 мм.

Для другої групи отворів:

=1,4 мм.

Для третьої групи отворів:

=1,6 мм.

Окремо для забезпечення електричного зв’язку передбачимо наскрізні (перехідні) металізовані отвори у шарі металізації діаметром d = 0,5 мм. та d = 1 мм.

1. Розрахунок друкованих провідників і відстаней між ними

Розрахуємо номінальне значення ширини провідника за формулою:

,

де - мінімальне значення номінальної ширини провідника, - нижнє відхилення ширини провідника.

Мінімальне значення номінальної ширини провідника:

,

де ρ- питомий електричний опір провідника (для міді ),

- довжина провідника, м;

- максимальний струм в провідниках кіл живлення ДП;

- максимальний струм в інших колах ДП;

=35мкм - товщина фольги ДП;

напруга живлення в колах живлення ДП;

В - напруга живлення в інших колах ДП;

Номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного рисунку, мм:

де - мінімальна відстань між провідниками, - верхнє відхилення ширини провідника.

Мінімальне значення номінальної ширини провідника становитиме:

1. Для кіл живлення:

мм.

1. Для інших кіл:

мм.

Номінальне значення ширини провідника становитиме:

1. Для кіл живлення:

мм.

1. Для інших кіл:

мм.

Номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного рисунку:

мм.

4.3.5 Розрахунок маси

Розрахунок проводимо за формулою:

,

де - густина склотекстоліту, a, b, h – відповідно довжина, ширина та товщина ДП.

г.

Для розрахунку маси радіоелементів скористаємося даними таблиці 4.3.3

г.

Масу друкованого вузла розраховуємо за формулою:

г.

1. Розрахунки, що підтверджують працездатність виробу

1. Розрахунок теплового режиму

Конструктивно розроблений пристрій має вигляд алюмінієвого корпусу з жорстко закріпленою всередині друкованою платою. Проведемо аналіз теплового режиму розробленого радіоелектронного засобу (РЕЗ).

Бокові стінки пристрою мають отвори, тобто розроблений пристрій відноситься до РЕЗ у перфорованому корпусі.

Для проведення аналізу використаємо спрощену теплову модель за. Друкована плата (шасі) з розташованими на ній компонентами має горизонтальну орієнтацію і жорстко закріплена у корпусі з двох боків (останні дві сторони сперті на стінки корпусу). Таким чином конвективні потоки розвиваються тільки у верхньому напрямку, у нижньому відсіку (під шасі) конвекція практично відсутня (рух прошарків повітря затримується поверхнею шасі). При вертикальній орієнтації шасі висхідні та низхідні конвективні потоки розвиваються в обох відсіках. Через високу щільність компонування, променистий теплообмін між компонентами і корпусом РЕЗ пов’язаний лише з поверхнями, які безпосередньо зорієнтовані до корпусу. Теплова модель корпусу представлена на Рис.4.1.

Рис.4.1. Схематичне зображення розробленого РЕЗ (а), його теплова модель (б), теплова схема (в): 1 – корпус; 2 – шасі; 3 – елементи; 4 – нагріта зона. На рисунку позначено:

Р – потужність, яка виділяється в нагрітій зоні;

R_ЗК – тепловий опір нагріта зона-корпус РЕЗ;

R_К – тепловий опір стінки корпусу;

R_КС – тепловий опір корпус-середовище;

t_З – температура нагрітої зони;

t_КВ – температура внутрішньої поверхні корпуса;

t_КН – температура зовнішньої поверхні корпуса;

t_С – температура середовища.

Обравши найгірший випадок умов роботи пристрою, визначимо вихідні дані для терміналу:

• Термінал встановлений на транспортному засобі під панеллю приладів:

• Максимальна температура середовища t_с=55^°С;

• Максимальна напруга живлення U_ж=35 В;

• Максимальний споживаний струм I=250 мА;

• Матеріал корпусу – алюміній;

• Характер навколишнього середовища – повітря.

• Тиск повітря Н₁ = Н₂ = 0,1 МПа;

• Коефіцієнт заповнення К_З = 0,6;

• Габаритні розміри корпуса дорівнюють 135х70х30 мм.

Розраховуємо поверхню корпуса блоку за формулою:

S_к = 2∙L₁L₂ +L₁+L₂)L₃ =2∙(0,135∙0,07+(0,135+0,07) 0,03)=0,031 м²

Визначаємо умовну поверхню нагрітої зони за формулою:

S_з=2∙L₁L₂+(L₁+L₂)L₃K_з=2∙(0,135∙0,07+(0,135+0,07) 0,03∙0,6)=0,026 м²

Визначаємо питому потужність, яка розсіюється корпусом блоку за формулою:

q_к = Р_З/S_К,

де Р_З=U_ж·I= 1,32– максимальна потужність, яку споживають всі елементи пристрою.

q_к = (12·110·10^-3)/ 0,031 = 42,31 Вт/м²

Визначаємо питому потужність нагрітої зони за формулою:

q_З = Р_З/S_З = 1,32/0,026 = 50,21 Вт/м²

В загальному випадку перегрів корпусу визначається залежністю:

υ₁=0,1472∙q_к-0,2962∙10^-3 q_к²+0,3127∙10^-6∙q_к³,

де q_к – питома потужність корпусу приладу, Вт/м²

υ₁=0,1472∙42,31 -0,2962∙10^-3∙42,31²+0,3127∙10^-6∙42,31³= 5,72°С

Перегрів нагрітої зони визначається аналогічною залежністю

υ₂=0,1390∙q₃-0,1223∙10^-3∙q₃²+0,0698∙10^-6∙q₃³,

де q₃ – питома потужність нагрітої зони, Вт/м²

υ₂=0,1390∙50,21 -0,1223∙10^-3∙50,21²+0,0698∙10^-6∙50,21³=6,69°С

Зміна атмосферного тиску зовні корпусу впливає на перегрів корпусу приладу відносно температури навколишнього середовища, а в середині корпусу – на перегрів нагрітої зони відносно температури корпусу приладу. Виходячи з цього перегрів нагрітої зони в загальному випадку визначається як:

υ_з=υ₁ К_Н1+( υ₂- υ₁) К_Н2·K_П,

де перший доданок є перегрів корпусу:

υ_к=υ₁ К_Н1,

коефіцієнт К_Н1 визначається тиском повітря зовні приладу:

К_Н1=0,82+1/(0,925+4,6∙10^-5∙Н₁),

а коефіцієнт К_Н2 залежить від тиску середовища у середині приладу та визначається за формулою:

К_Н2=0,80+1/(1,25+3,8∙10^-6∙Н₂),

де Н₁ та Н₂ – атмосферний тиск, МПа, зовні та у середині приладу відповідно.

Виходячи з цього маємо:

К_Н1=0,82+1/(0,925+4,6∙10^-5∙0,1)=1,9

К_Н2=0,80+1/(1,25+3,8∙10^-6∙0,1)=1,6

K_П – коефіцієнт, який враховує перфорацію корпусу:

K_П=0,82·0,32·(S_отв/S_пп),

де S_отв – плаща отворів на вході блоку, S_пп – площа поперечного перерізу порожнього блоку.

K_П=0,06

υ_к=5,72 1,9=10,87°С

υ_з=5,72 1,9+(6,69-5,72)∙1,6·0,06=10,96°С

По отриманим значенням визначаємо перегрів повітря у приладі:

υ_п=0,5∙( υ_к +υ_з),

де υ_з – перегрів нагрітої зони.

υ_п=0,5∙(10,87+10,96)=10,92°С

Визначаємо середню температуру повітря у приладі за формулою:

T_п= υ_п+t_c,

де t_c – температура оточуючого середовища;

T_п=10,92+55=65,92°С

Визначаємо температуру корпусу приладу за формулою:

T_к= υ_к+ t_c

T_к=10,87+55=65,87°С

Визначаємо температуру нагрітої зони за формулою

T_з= υ_з+ t_c

T_з=10,96+55=65,96°С

Гранично допустима температура для спроектованого пристрою визначається на основі аналізу гранично допустимих температур його елементів. В результаті аналізу гранично допустимих температур всіх складових елементів обирається найменше значення температури. Воно приймається за гранично допустиму температуру. Таким чином серед елементів, які входять до складу розробленого терміналу найнижчу допустиму температуру має GSM модуль, робочий діапазон температур якого складає мінус 30..+80°С. Визначена в результаті розрахунків температура нагрітої зони в найбільш екстремальних умовах теплового навантаження T_з< T_GSMдоп. Отже отримані значення температури нагрітої зони задовольняють вимогам до умов експлуатації пристрою.

4.4.2 Оцінка вібростійкості ДП

1. Розрахунок частоти власних коливань

Для оцінки вібростійкості друкованої плати терміналу скористаємося методикою розрахунку для багатошарових друкованих плат (розроблена плата двостороння).

Сформуємо вихідні дані для розрахунків власної частоти двосторонньої плати:

• Габаритні розміри:

a=0,128 м; b=0,065м; h=0,0015 м;

• Матеріал основи плати – склотекстоліт СФ1,5-35-30 з параметрами:

Е₂=5,7·10¹⁰ Н/м², ρ₂=2,67·10³ кг/м³, ε₂=0,24;

• Матеріал плакування – мідна фольга товщиною h₁=h₃=35·10^-6м з параметрами Е₁=Е₃=13,2·10¹⁰ Н/м²; ρ₁=ρ₃=8,9·10³ кг/м³; ε₁=ε₃=0,3;

• Маса ЕРЕ m=0,045 кг.

Розрахуємо величину ефективних модулів пружності:

(Н/м²);

(Н/м²)

Розрахуємо приведений коефіцієнт поперечного стискання:

Розрахуємо відстань до нейтральної зони з урахуванням симетричності структури:

Визначимо значення приведеної жорсткості з урахуванням , h₁=h₃:

Визначимо приведену щільність плати:

Визначимо приведене значення модуля пружності:

,

де M - масса плати, m - маса ЕРЕ.

Характеристики

Список файлов ВКР