Разработка конструкции функционального узла с проведением необходимых расчётов и предоставлением комплекта конструкторской документации, страница 3

- выбор способа защиты от механических воздействий — вибрации и ударов;

- выбор способа защиты от действующих электромагнитных помех и паразитных наводок;

- выбор способа обеспечения нормального теплового режима узла.

7.2. В нашем случае при заданных условиях эксплуатации не требуется дополнительной герметизации; материал конструкции УНК и стойки (алюминий) обеспечивает достаточную защиту от радиации.

7.3. По степени защищённости РЭА от воздействия внешних механических нагрузок: вибраций, ударов и линейных ускорений различают два понятия: устойчивость и прочность. Необходимо при анализе элементной базы для ИС, транзисторов, резисторов и других ЭРЭ учитывать амплитуды виброускорения. Для элементов РЭА типа пластин стрела прогиба на определённом расстоянии не должна превышать допустимой величины (таблица 4.17[3].) При учёте ударного воздействия рассматривают ускорения и удары при падении прибора.

8. Расчёты

8.1. Определение общей площади, занимаемой навесными элементами заданной электрической принципиальной схемы.

8.1.1. Геометрические размеры ЭРЭ и расчет площади, занимаемой ЭРЭ, приведён в приложении Б. Т.о. общая площадь, занимаемая элементами с учетом контактных площадок, равна 21 003,94 мм².

8.2. Определение площади, занимаемой заданной электрической принципиальной схемой.

8.2.1. Рабочая площадь ПП () равна общей площади ПП () за вычетом площади краевого поля () – полосы вдоль периметра ПП, предусматриваемой для технологических целей, не занимаемой рисунком и навесными элементами. В данном случае выбираем краевое поле шириной 5 мм (для размещения крепёжных отверстий).

8.2.2. Вокруг крепёжных отверстий исключается зона наибольших механических напряжений (ширина зоны — 1,6 мм) — .

8.2.3. Общая площадь ПП равна = 37 000 мм² (при габаритных размерах ПП 200х185 мм).

8.2.4. Т.о. площадь, занимаемая заданной электрической принципиальной схемой будет равна:

=32 852 мм²

8.2.5. В соответствии с п.п. 8.1.1. общая площадь, занимаемая элементами с учетом контактных площадок, равна 21 003,94 мм². Следовательно, заданная схема может быть размещена на ПП выбранного типоразмера.

8.3. Расчёт коэффициента объёмного заполнения ФУ.

8.3.1. Коэффициент объёмного заполнения ФУ определяется отношением суммы объемов элементов к общему объему сборочной единицы.

К_зо=(SV_д)/V_c

8.3.2. Общий объем сборочной единицы V_c = 200 х 185 х 25 = 925 000 мм³ (следует из сборочного чертежа).

8.3.3. Общий объём элементов определим суммируя объемы элементов. Результат расчёта общего объёма элементов представлен в приложении Б и равен:

SV_д = 210 865,9 мм³

8.3.4. Т.о. коэффициент объёмного заполнения ФУ равен:

К_зо = 210 865,9 / 925 000 = 0,228

8.3.5. В результате имеем малую насыщенность поверхности ПП навесными элементами.

8.4. Расчет печатного монтажа с учетом выбранного класса точности.

8.4.1. Исходя из технологических возможностей производства выбираем по ОСТ 4.010.022-85 класс точности ПП - 3.

8.4.2. Минимальная ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления определяется по допустимой плотности тока в зависимости от метода изготовления. Для комбинированного метода при толщине фольги 50 мкм допустимая плотность тока 38 А/мм²:

b_min2 = I_max / (j_д t) = 1,5 / (48 * 0,035) = 0,89 мм

8.4.3. Минимальная ширина проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем (с учетом табл. 4,5[3]):

b_min2 = (r I_max l) / (t U_доп) = 0,0175 * 1,5 * 0,2 / (0,035 * 0,2) = 0,75 мм.

8.4.4. В соответствии с ГОСТ 23751-86 "Платы печатные. Основные параметры конструкции" рассчитываем:

- номинальный эффективный диаметр монтажных отверстий;

- минимальный эффективный диаметр контактных площадок;

- минимальный диаметр контактных площадок;

- максимальный диаметр контактных площадок;

Результаты расчёта представлены в приложении В.

8.4.5. Находим размеры проводников:

- минимальная ширина проводника:

            b_min= 0,89 + 1,5 * 0,035 + 0,03 = 0,92 мм

- максимальная ширина проводников:

            b_max= 0,92 + 0,05 = 0,97 мм

8.4.6. Определяем минимальное расстояние между двумя контактными площадками  (выводы транзистора VT1):

            S_min = 1,783 - 1,3 - 2 * 0,1 = 0,283 мм

8.4.7. Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3-го класса точности.

8.5. Проверка вибропочности.

8.5.1. Определим частоту собственных колебаний пластины, закреплённой в 4-х точках [3, стр. 159] по формуле:

где: a — длина платы, а = 200 мм;

       b — ширина платы, b = 185 мм;

       М — масса платы с установленными на ней компонентами;

       D — цилиндрическая жёсткость платы.

8.5.2. Массу ПП определим суммируя массу основания ПП и массы установленных на ней элементов:

m_пл = r × a × b × h = 2,05 × 10³ × 0,2 × 0,185 × 1,5 × 10^-3 = 113,8 г.

M = 113,8 + 96,77 = 210,57 г.

8.5.3. Цилиндрическую жёсткость платы определим по формуле [3, стр. 159]:

где: Е — модуль упругости, в соответствии с табл. 4.16 [3, стр. 162] для материала СФ с печатной схемой Е = 3,02×10¹⁰ Н/м²;

       n — коэффициент Пуассона , n = 0,22;

       h — толщина основания ПП, h = 1,5×10^-3 м.

                          D = 3,02×10¹⁰ × 1,5×10^-3 / (12 × (1 - 0,22² )) = 8,926 Н/м.

8.5.4. Частота собственных колебаний ПП равна:

 (Гц)

8.5.5. Определим запрещённый диапазон частот для рассчитываемой ПП из условия:

Т.о. запрещённый диапазон частот для рассчитываемой ПП будет равен:

(Гц)

(Гц)

8.5.5. Т.о. можно говорить о том, что в конструкции ФУ не будет возникать механический резонанс в заданном по условию диапазоне частот (п.п. 3.3.2).

Заключение

В результате конструирования и расчетов удалось создать функциональный узел по заданной электрической принципиальной схеме. Расчеты показывают, что спроектированный функциональный узел удовлетворяет заданным эксплуатационным характеристикам

В ходе проектирования прошло ознакомление с формами различных конструкторских документов и их правильным исполнением.

Литература

1. Справочник конструктора РЭА: общие принципы конструирования; под ред. Р.Г. Варламова; Москва Сов. радио; 1980;

2. Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надежность; Н.А. Барканов под ред. Р.Г. Варламова; Москва Радио и связь; 1985;

3. Проектирование конструкций РЭА; Учебное пособие для вузов ; Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П.Усачов; Москва Радио и связь; 1989;

4. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. конструирование и микроминиатбризация РЭА; Учебник для вузов. Ленинград; Энергоатомиздат 1984.

5. Ненашев А.П. конструирование радиоэлектронных средств; Учебник для радиотехнических спец. Вузов; Москва; Высшая школа; 1990

6. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА; Справочник; Э.Т. Романычева, А.К. Иванова и др; под. Ред. Э.Т. Романычевой; 2-е издание переработанное и доп.; Москва; Радио и связь; 1989