Проектирование РЭС - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Grmв=0,003[pic]9,8[pic]?2=2,6
Grmб=0,003[pic]9,8[pic]?2=0,09
Grmн=0,003[pic]9,8[pic]?2=2,6
Определяем число Прандтля Рч, Рч=0,701
Находим режим движения газа, обтекающего каждую поверхность корпуса:
(Gr[pic]Рч)mв=(Gr[pic]Рч)mн=1,8
(Gr[pic]Рч)mб=0,06
Так как (Gr[pic]Рч)m[pic]5[pic]102, то режим переходный к ламинарному.
Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой
поверхности корпуса блока [pic]кi:
|[pic]кi=1,18[pic](Gr[pic]Рч)1/8m[pic]Ni |(2.4) |
где [pic]m — теплопроводность газа, [pic]m=2,68[pic]10-2 Вт/м[pic]К
Ni – коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса:
Ni=[pic]
[pic]кв=1,18[pic][pic]3,81/8[pic]1,3=0,53
[pic]кб=1,18[pic][pic]0,311/8[pic]1=0,69
[pic]кн=1,18[pic][pic]3,81/8[pic]0,7=0,28
Определяем тепловодную проводимость между поверхностью корпуса и
окружающей средой Gк:
|Gк=([pic]кн+[pic]лн)?Sн+([pic]кб+[pic]лб)?Sб+([pic]кв+[pic]лв)?Sв|(2.5) |
где Sн, Sб, Sв — площади нижней, боковой и верхней поверхностей
корпуса соответственно
Sн=Sв=L[pic]B=0,0015 м2
Sб=2H (L+B) = 2[pic]0,05 (0,115+0,03)=0,0084 м2
При расчете получилось:
Gк=0,332
Рассчитываем перегрев корпуса блока во втором приближении [pic]tко:
|[pic]tко = (Ро/Gк) Ккп[pic]Кн1 |(2.6) |
где Ккп — коэффициент зависящий от коэффициента перфорации корпуса
блока,
Ккп=0,6
Кн1—коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды,
Кн1=1
Расчет: [pic]tко=(0,6/0,332)[pic]0,6[pic]1=1,8оС
Определяем ошибку расчета:
|[pic]=[pic]/[pic]tко |(2.7) |
Так как [pic]<0,1, то расчет можно закончить.
Рассчитываем температуру корпуса блока:
|tк=to+[pic]tко |(2.8) |
tк = 25+1,8=61,8oC
Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны.
Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока
q3.
|q3=[pic] |(2.9) |
где Р3 — мощность, рассеиваемая в нагретой зоне, Р3=Ро-Рк
q3=[pic]=14,8 Вт/м2
Перегрев нагретой зоны относительно температуры, окружающей блок среды
в первом приближении:
[pic]tз=3оС
Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними [pic]злн,
верхними [pic]злв и боковыми [pic]злб поверхностями нагретой зоны и
корпуса:
|[pic]злi=Eпi[pic]5,67[([pic])4–([pic])4]/([pic]tз-[pic]tко) |(2.10) |
где Eпi — приведенная степень черноты i-й поверхности нагретой зоны и
корпуса:
|Eпi=[[pic]+([pic]-1) [pic]]-1 |(2.11) |
E3i и S3i — степень черноты и площадь i-й поверхности нагретой зоны.
Епв=0,933
Епб=1,98
Епн=0,933
Отсюда: [pic]злв=5,9
[pic]злб = 13,9
[pic]злн=5,9
Для определяющей температуры tm=(tк+to+[pic]tз)/2=(61,8+60+4)/2=62,9
oC
Находим числа Грасгофа и Прандтля:
Grmн =Grmв=6,4,Grmб=2,1
Рч=0,701
Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой
зоной и корпусом для каждой поверхности:
для нижней поверхности:
|[pic]зкн=[pic]m /hн |(2.12) |
для верхней поверхности:
[pic]зкв=[pic]m /hв,
для боковой поверхности:
[pic]зкб=[pic]m /hб
При расчетах получилось:
[pic]зкн =[pic]зкв=5,36
[pic]зкб=4,87
Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:
|Gзк=К?[pic]([pic]злi+[pic]зкi)·Sзi |(2.13) |
где К?– коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, К?=0,09
При расчете получилось:
?зк = 0,54
Рассчитываем перегрев нагретой зоны [pic]tзо во втором приближении:
|[pic]tзо=[pic]tко+[pic] |(2.14) |
где Кw — коэффициент, учитывающий внутреннее перемещение воздуха, Кw=1
Кн2 — коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, Кн2=1
Расчет: tзо=1,8+[pic]=2,8
Определяем ошибку расчета:
[pic]=[pic]
[pic]=[pic]=0,06
Так как [pic]<0,1, то расчет может быть закончен.
Рассчитываем температуру нагретой зоны:
|t3=to+[pic]tзо |(2.15) |
Получаем:
t3=60+2,8= 62,8 оС
Так как самый нетермостойкий элемент выдерживает температуру до +70
оС, то полученный тепловой режим работы подходит.
3.1.2.3. Расчёт системы на механические воздействия
Целью расчета является определение действующих на элементы изделия
перегрузок при действии вибрации и ударов, а также максимальных
перемещений. Для выполнения расчета механических воздействий необходимы
следующие исходные данные:
геометрические размеры платы, l[pic]b[pic]h, м:
0,080[pic]0,040[pic]0,0015
диапазон частот вибрации, [pic]fвиб=40 — 80 Гц
длительность удара, ?=5 — 10 мс
амплитуда ускорения при ударе, Ну=20,1 g
предельное ускорение, выдерживаемое элементами блока без разрушения:
при вибрации 8g
при ударах 45 g
при линейных ускорениях 25 g
Расчет на действие вибрации. Расчет собственных колебаний конструкции
является трудоемкой задачей. Поэтому заменим конструкцию эквивалентной
расчетной схемой. Определяем частоту собственных колебаний отдельных
конструкционных элементов.Частота собственных колебаний равномерно
нагруженной пластины вычисляется по формуле:
|fo=[pic][pic][pic][pic][pic] |(3.1) |
где a и b — длина и ширина пластины, м
D — цилиндрическая жесткость пластины, Н[pic]м
|D=?[pic]h3/12 (1-[pic]) |(3.2) |
где Кa — коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон платы,
определяется по формуле:
|Кa=[pic] |(3.3) |
? — модуль упругости, Н/м2;
h — толщина пластины, м;
m — масса пластины, с элементами, кг.
D=[pic]=9,9 Н[pic]м;
Кa=24,24
Для первой платы:
fo=[pic][pic][pic][pic][pic]=96,4 Гц
Для второй платы:
fo=[pic][pic][pic][pic][pic]=85,7 Гц
Для печатного узла должно выполняться условие fo>fв. Так как fo>fв, то
обеспечивается защищенность конструкции велоодометра от вибрационных
воздействий, за счет отстройки собственной частоты печатного узла от
максимальной частоты внешних вибрационных воздействий.
2) Расчет на действие удара
Движение системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия
этой силы определяется законом вынужденных колебаний. После прекращения
действия ударной силы, движение системы подчиняется закону свободных
колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость
движения в момент прекращения действия удара.
а) Определяем условную частоту ударного импульса:
|[pic] |(3.4) |
где [pic] — длительность ударного импульса, с.
[pic]
b) Определяем коэффициент передачи при ударе:
|Ку=2 sin [pic] |(3.5) |
где [pic] — коэффициент расстройки,
|[pic]=[pic] |(3.6) |
Для первой платы:
[pic]=314,16 /2?[pic]96,4=0,519
Ку=2·sin[pic]=0,106;
Для второй платы:
[pic]=314,16 /2?[pic]85,7=0,583
Ку=2·sin[pic]=0,094;
c) Рассчитываем ударное ускорение:
|[pic]=Hу[pic]Кy |(3.7) |
где Ну — амплитуда ускорения ударного импульса
Для первой платы:
[pic]=20,1g[pic]0,106=2,13 g
Для второй платы:
[pic]=20,1g[pic]0,094=1,89 g
d) Определяем максимальное относительное перемещение:
|Zmax=[pic]·sin[pic] |(3.8) |
Для первой платы:
Zmax=[pic]·sin[pic]=0,003 м
Для второй платы:
Zmax = [pic]·sin[pic]=0,004 м
e) Проверяется выполнение условий ударопрочности по следующим
критериям:
ударное ускорение должно быть меньше допустимого, т.е. [pic]<[pic],
где [pic] определяется из анализа элементной базы, [pic]=45 g.
Zmax<0,03 b2
где b — размер максимальной стороны ПП.
Zmax < 0,00067,
Так как условия ударопрочности выполняются для ЭРЭ и печатной платы,
считаем что велоодометр защищен от воздействий удара.
3.1.2.4 Расчет линейных перегрузок.
В ходе расчета определяются возникшие в ПП напряжения и необходимый
запас прочности ПП при воздействии линейных ускорений или одновременном
воздействии вибрации и линейных перегрузок.
Расчет прогиба ПП при линейных ускорениях в наихудшем случае:
|Zб=Az[pic] [pic] |(3.9) |
где Az — коэффициент, зависящий от способа закрепления концов полоски
ПП, Az=0,031;
a,b – соответственно длина и ширина ПП, м;
Е — модуль упругости ПП, Н/м2;
hnn — толщина ПП, м;
V — величина линейного ускорения, м/с2;
g — ускорение свободного падения, м/с2;
mэ — масса элементов на ПП, кг;
mn — масса ПП, кг;
l — либо длина a, либо ширина b ПП, м
Из полученных двух значений выбирается Zб = max {Zб1, Zб2}
Должно выполняться условие Zб[pic][pic],
где [pic] — допустимый размер прогиба ПП на длине 1 м, [pic]=0,03 м.
В результате расчета получены следующие значения:
[pic];
[pic]
Выбираем [pic]
Условие [pic]выполняется Zб<243[pic]10-6 м
Расчет максимального напряжения в опасных точках ПП при линейном
ускорении:
G=[pic],
где А? — коэффициент, зависящий от способов закрепления сторон ПП,
А?=16
l — либо длина а, либо ширина в ПП, м.
Из полученных двух значений выбирается ?=max{?1, ?2}
?1=2151 Па,
?2=4840 Па.[pic]
Выбираем ? = 4840 Па.
Определение запаса прочности ПП при линейном ускорении:
n=?n/?,
где Gn — предельное допустимое напряжение, МПа
Для того чтобы гарантировать работоспособность, запас прочности должен
быть более некоторой величины:
[pic],
где n1=1,2 — 1,5 — коэффициент достоверности определения расчетных
нагрузок и напряжений, n=1,4;
n2=1 — 1,5 — коэффициент ответственности детали, n=1,2;
n3=1,2 — 3,0 — коэффициент неоднородности свойств материала, n3=1,8.
[pic]
[pic]26860
n>3,024
Определение прогиба ПП при одновременном воздействии линейных
ускорений и вибраций:
Z=Zб +Zв ,
где Zв – максимальная амплитуда колебаний ПП при вибрации,
Zв=0,3[pic]10-6м
Z=22[pic]10-9+0,3[pic]10-6=0,322[pic]10-6м
Условие Z<0,003[pic]a выполняется Z<0,322[pic]10-6м
Расчет напряжения в материале:
[pic],
Из двух полученных значений выбирается ?=max {?1, ?2}
Из расчета определили: ?1=314844 Па,
?2=708400 Па
Выбираем ?=708400 Па.
Задание предела выносливости материала платы для знакопеременных
нагрузок:
?в=0,2?n — для стеклотекстолита
?в=0,2[pic]130=26 Мпа
Определения запаса прочности:
n=?в/?
Для того чтобы гарантировать работоспособность, запас прочности должен
быть более некоторой величины:
[pic],
[pic]
[pic]36,7
n>3,024
Поскольку при расчетах выполняются все необходимые условия, то
обеспечивается защищенность блока при воздействии линейных ускорений или
одновременном воздействии вибраций и линейных перегрузок.
Приложение 1
Перечень элементов схемы и их характеристики.
|Название|Кол|Габариты мм |Конструктивны|Допустимые условия эксплуатации |
|элементо|иче| |е параметры | |
|в |ств| | | |
| |о, | | | |
| |шт.| | | |
| |Длина |Ширина |Высота |Масса, г |Мощность рассеивания, Вт
|Интенсивность отказов 10-6 (1/ч) |Влажность 98%при t °C |Температура, °C
|Вибрация |Ударная нагрузка g |Линейное ускорение g | | | | | | | | | |
|min |max |Частота, Гц |Ускорение g | | | |Конденсаторы К53 |4 |7,5 |3,2
|4,5 |1,2 |0,2 |0,04 |40 |-40 |+125 |1-600 |18 |40 |150 | |Резисторы МЛТ |5
|6 |2 |1,2 |0,15 |0,125 |0,01 |40 |-60 |+125 |10-2000 |18 |35 |200 |
|Микросхемы серии К176 |13 |19,5 |7,5 |10,5 |1,5 |0,3 |1 |35 |-30 |+100 |5-
600 |18 |40 |150 | |Житкокристаллический экран |1 |21,3 |9,5 |1,2 |2 |0,2
|1 |35 |-5 |+70 |5-600 |8 |45 |25 | |Переключатель П2К |1 |20 |8 |10 |2
|0,05 |0,005 |35 |-50 |80 |1-600 |20 |50 |200 | |
Приложение 2
Схема электрическая принципиальная
-----------------------
МГАПИ
Расчетно-графическая работа
Группа ПР-7
Специальность 2008
Студент
2002 г.
|
