Расчёт расстояния между элементами проводящего рисунка

а) наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка(между двумя проводниками) S определяют по формуле:

S = S_{min D} + ∆t_в.о.+ Т₁/2,

где Т₁=0,15 мм – позиционный допуск расположения печатных проводников;

∆t_в.о.= 0,15 мм – верхнее предельное отклонение ширины проводника;

S_{min D}= 0,45 мм -минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.

Тогда:

S = 0,45+0,15+0,15/2 =0,675 мм.

б) наименьшее номинальное расстояние для размещения двух КП номинального диаметра в узком месте в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,55 мм;

в) наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя КП в узком месте в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 3,55 мм;

г) наименьшее номинальное расстояние для прокладки n проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром D₁ и D₂ определяют по формуле:

l=tn+ S(n+1)+T₁+(D₁+D₂)/2,

Здесь t = 0,55 мм – наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника.

Примем n=2 – число проводников; S = 0,675 мм; Т₁=0,15 мм; D₁=D₂=1,8 мм, тогда:

l = 0,55·2+0,675(2+1)+(1,8+1,8)/2= 4,925 мм.

3.3 Поверочный конструкторский расчет ПП устройства

3.3.1 Расчет на действие вибрации

Боковые стороны ПП расположены в направляющих, считаем их опёртыми. На третьей стороне ПП расположена вилка разъёма, на четвёртой – панель, будем считать, что эти края ПП жёстко защемлены. Расчётная модель представлена на рис.2

Рис.2 Расчётная модель ячейки

Считаем, что вибрации действуют в плоскости, перпендикулярной плоскости ячейки. Возбуждение системы – кинематическое, так как источник вибраций внешний.

Диапазон действующих вибраций ∆f=10…70 Гц; вибрационное ускорение а₀=39,2 м/с².

Определение частоты собственных колебаний.

Считаем, что ячейка равномерно нагружена. Частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляем по следующей формуле:

,

Где а=76,2 мм – длина пластины;

  b=76,2 мм – ширина пластины;

  D – цилиндрическая жёсткость:

=8,926 Н∙м.

Здесь Е=3,02∙10¹⁰ Н/м² – модуль упругости материала платы;

  h = 1,5 мм – толщина платы;

  υ=0,22 – коэффициент Пуассона;

  М – масса пластины с ЭРИ, кг:

  М = M_пп + M_эри = 5,9*10^-3+44,6*10^-3=50,5*10^{-3 кг}

где M_пп – масса ПП:

M_пп=ρ_ппhab = 2,05∙10³∙1,5∙10^-3∙76,2∙10^-3∙35,4∙10^-3 =5,9*10^{-3 кг};

ρ_пп=2,05∙10³ кг/м³ – плотность материала платы СФ;

М_эри  - масса ЭРИ (см. табл.2.2.1).

= 44,6*10^{-3 кг}  ,

где m_i – масса i-го ЭРИ i-го типа;

N_i – количество ЭРИ i-го типа;

К_α – коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины, определяется по формуле:

Здесь k=9,87, α=1, β=3,57, γ=5,14 – коэффициенты, соответствующие заданному способу закрепления сторон ПП.

Таким образом собственная частота ПП:

Собственная частота f₀ = 306,97 Гц, что значительно превышает частоты действующих на конструкцию вибраций (∆f=10…75 Гц).

3.3.2 Рассчет на удар

Проверим выполнение условий ударопрочности.

Длительность удара τ = 5…10 мс; ускорение а = 100 м/с²; частота υ=40…120мин^-1.

Определение условной частоты ударного импульса

Определяем условную частоту ударного импульса для наихудшего случая (τ = 5 мс):

ω=π/τ= π/0,005 = 628,319 с^-1.

Определение коэффициента передачи при ударе

Коэффициент передачи при ударе для полусинусоидального импульса

где υ – коэффициент расстойки;

f₀=306,97 Гц – частота собственных колебаний.

Определение ударного ускорения

Ударное ускорение рассчитывается по следующей формуле:

а_у = | а×К_у |=|100·(-0,528)|=52,8 м/с²,

где а – амплитуда ускорения ударного импульса.

Выразим ударное ускорение в единицах g:

а_у=5,38g.

Определение максимального относительного перемещения

Максимальное относительное перемещение

Проверка выполнения условий ударопрочности

1. Для ЭРИ.

Минимально допустимая нагрузка для ЭРИ (см.табл. 1)

а_доп=20g,

а_доп=8g>а_у=5,38g.

Следовательно, условие ударопрочности выполняется.

2. Для ПП с ЭРИ

Условие ударопрочности:

Z_мах<0,003b

В нашем случае Z_мах= 0,14∙10^{-6 м < 0,003}b = 2,29×10^{-4 м.}

Следовательно, условие ударопрочности выполняется.

Ударное ускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ и ячейки, таким образом, удовлетворяется требование ТЗ на воздействие удара. Следовательно, дополнительных конструкционных мер защиты от ударных воздействий не требуется.

3.3.3 Тепловой расчет

Для расчета теплового режима проектируемого устройства удобно воспользоваться коэффициентным методом расчёта. Его суть заключается в том, что искомую температуру перегрева корпуса и печатного узла (нагретой зоны) можно представить в виде произведения:

Dt = Dtр × К1 × К2 × … × Кn

где Dt - искомая среднеповерхностная температура перегрева, ° С;

Dtр - базовый перегрев, определяемый мощностью, приходящейся на единицу поверхности;

К1 , К2 … Кn - коэффициенты, учитывающие различные факторы, влияющие на условия теплообмена, причём каждый коэффициент зависит только от одного параметра..

Исходные данные для расчёта:

L1 = 83 мм – длина корпуса прибора.

L2 = 43 мм – ширина корпуса прибора.

h = 23 мм – высота корпуса прибора.

Еп = 0,8 – относительная степень черноты поверхности.

Ро = 750 мм рт. Ст. – атмосферное давление.

tокр = 24° С – максимальная температура окружающей среды.

Считаем, что ориентация нагретой зоны горизонтальная.

Целью расчёта является определение среднеповерхностной температуры корпуса и печатного узла, которые в данном разделе называются нагретой зоной.

Определим рассеиваемую мощность внутри корпуса:

где Uпит – напряжение питания, 12 В,

Iпот – потребляемый ток, 0,5 А.

Определим объём корпуса приборов:

Vпр = L1 × L2× h,                                                                            

где L1 – ширина корпуса, м;

    L2 – длина корпуса, м;

  H – высота корпуса, м.

Vпр = 0,042*0,083*0,023=0,000082 м3.

 Определим коэффициент заполнения объёма:

где Vд – объём всех деталей прибора;

Vпр – объём корпуса прибора.

Рассчитываем приведённый размер основания нагретой зоны:

где L1 – ширина корпуса, м;

L2 – длина корпуса, м;

Рассчитываем приведённую высоту нагретой зоны:

где h – высота корпуса, м;

Кз – коэффициент заполнения объёма.

Определяем приведённую высоту воздушного зазора между нагретой зоной и корпусом:

где h – высота корпуса, м;

h3 – приведённая высота нагретой зоны.

Определяем геометрический фактор:

где h1 – приведённую высоту воздушного зазора между нагретой зоной и корпусом, м;

Iпр – приведённый размер основания нагретой зоны, м.

Рассчитываем площадь поверхности корпуса прибора:

где L1 – ширина корпуса, м ;

L2 – длина корпуса, м;

H – высота корпуса, м;

Рассчитываем приведённую поверхность нагретой зоны:

где Iпр – приведённый размер основания нагретой зоны, м;

hз – приведённая высота нагретой зоны.

Рассчитаем удельную поверхностную мощность нагретой зоны:

где Ррас – мощность, рассеиваемая внутри корпуса прибора, Вт;

Sз – приведённая поверхность нагретой зоны.

Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса:

где Ррас – мощность, рассеиваемая внутри корпуса прибора, Вт;

Sк – площадь поверхности корпуса прибора.

Определяем среднеповерхностный перегрев корпуса:

где  - коэффициенты определяются по графикам, приведены на рисунке 2.

Определяем среднеповерхностную температуру корпуса:

где tокр – температура окружающейсреды;

Dtк – среднеповерхностный перегрев корпуса.

Определяем среднеповерхностный перегрев нагретой зоны:

где  - коэффициенты определяются по графикам, приведённым на рисунке 2.

Определяем среднеповерхностную температуру нагретой зоны:

где tk – среднеповерхностная температура корпуса;

Dtз – среднеповерхностный перегрев нагретой зоны.

Основываясь на полученных данных, делаем вывод, что элементная база выбрана правильно, так как температурный режим не превышает диапазона температур входящих в него элементов.