Блок вычисления навигационного параметра, страница 2

         Применительно к печатной плате предложенного технического устройства, можно выделить следующие данные: установка элементов на ПП – односторонняя; толщина ПП составляет 1.5 мм; соединение ПП с блоком производится с помощью штепсельного разъема серии РС на 10 контактов; установке подлежат ИС в корпусе 201.14-1,  а  также имеются ИС в корпусах  402.16-1, 238.16-1, 301.8-2. Разъем крепится на плате с помощью винтов и шайб. Плата устанавливается по третьему классу точности с шагом координатной сетки 2,5.

           Разрабатываемый навигационный блок состоит из двух ПП.   На первой ПП размещаются индикаторы, а на второй ПП все остальные элементы. Первая  ПП имеет  аналогичную конструкцию с учетом устанавливаемых на неё индикатаров. Вторая ПП имеет следующие габаритне размеры 235*130 мм.

        Для защиты от внешней среды печатный узел покрывают лаком Э-4100. Также используется припой ПОС-61.

3 Расчет на прочность вывода элемента R

         Данная конструкция относится к наземной аппаратуре. Воздействие условий эксплуатации на аппаратуру представляет собой определенное сочетание климатических, радиационных и механических факторов. Исходя из того, что исследуемое устройство используется в нормальных условиях и предназначен при работе в помещении, поэтому будем считать, что на аппаратуру могут действовать какие-либо нагрузки, связанные с транспортировкой. Таким образом в условиях действия механических факторов при расчете на вибропрочность принимаем, что предложенное изделие установлено на автомобиле.                

      Выполняем расчет на прочность и жесткость печатной платы из фольгированного стеклотекстолита площадью 235*130 мм толщиной 1.5 мм с креплением к основанию блока в четырех точках.

На плате установлены:

резисторы – 28 шт.

микросхемы – 20 шт.

конденсаторы – 3 шт.

Разъем: – 16г

Для резистора МЛТ-0,25 выполняем расчет на прочность выводов при условии, что он установлен на плате горизонтально без дополнительного крепления (рис. 1), а нагрузка приложена вдоль печатной плате. Расстояние между центрами монтажных отверстий 11 мм, между осью элемента и платой мм.

Для указанного случая применения из таблицы 1.3 источника [1] находим соответствующие условия эксплуатации:  Гц, , , .

Из [2] выписываем массу каждого установленного элемента: резисторы  – г, конденсаторы 5г, микросхемы . Для резистора МЛТ-0,25 выписываем габаритные размеры, т. е. длину 6 мм, диаметр вывода мм. Выводы выполнены из холоднокатаной медной проволоки, для которой из

	Рисунок 3 - Расчетная модель при действии составляющей силы вдоль оси элемента

 

табл. 3.1 [1] находим МПа, МПа, МПа (Н/м²).

Для стеклотекстолита из табл. 2.2 [1] получаем кг/м³, МПа, МПа (Н/м²).

3.1 Расчет  на вибропрочность

Расчетной моделью для данного радиоэлемента при указанном способе крепления является прямоугольная рама с защемленными краями и сосредоточенной массой (рис.2). Заданному характеру нагружения модели соответствует случай, показанный на рис.3. Собственная частота колебаний такой модели определяется по формуле:

,                                            (3.1)

 где  - осевой момент инерции выводов навесного элемента, равный

м⁴;                             (3.2)

 - коэффициент, вычисляемый по формуле:

,                                       (3.3),

где  - длина вывода от точки изгиба радиоэлемента, определяемая, как полуразность расстояния между центрами монтажных отверстий и длиной элемента:

мм.                                                  (3.4)

Тогда собственная частота колебаний для принятой модели составит

Гц.

Определяем коэффициент расстройки или частотное отношение

.                                       (3.5)

Коэффициент расстройки меньше 0,5, следовательно, величину инерционной силы, действующей на элемент, находим из уравнения:

Н.                       (3.6)

Определяем максимальный изгиб момента в характерных точках рамы, используя для этого выражения:

Нм,        (3.7)

Нм.       (3.8)

Большой момент оказывается в точке пайки вывода, для которого вычислим изгибное напряжение по формуле:

Н/м²,                                            (3.9)

где  - момент сопротивления сечения провода, который определяется следующим образом

м³.                               (3.10)

По отношению к этой же точке будет вызывать деформацию сжатия. Напряжение сжатия найдем из уравнения:

Н/м²,                    (3.11)

где  - площадь поперечного сечения вывода элемента, равная

м².                     (3.12)

Определяем эквивалентные напряжения в рассматриваемой точке

Н/м²МПа. (3.13)

Допускаемые напряжения находим по формуле:

МПа,                             (3.14)

где  - предел усталости;

 - коэффициент запаса прочности;

 - эффективный коэффициент концентрации напряжений.

В соответствии с условием прочности эквивалентное напряжение не должно превышать величины допускаемого напряжения для материала

.                                                 (3.15)

Проверяем выполнение неравенства (3.15) при действии вибрации:

.

Условие выполняется, поэтому указанный способ крепления резистора соответствует характеру и величине приложенных усилий.

3.2 Расчет на статическую прочность

При расчете на статическую прочность реальный навесной элемент заменяется математической моделью в виде упругой рамы, аналогично подразделу 3.1. Предполагаем, что на элемент одновременно воздействуют линейные, ударные  и вибрационные нагрузки, причем последние принимаем за одноразовые. Тогда инерционная сила, приложенная к элементу, составит

Н,           (3.16)

где  - линейная перегрузка;

 - ударная перегрузка.

По полученному  определяем изгибающий момент в характерной точке, изгибное напряжение и напряжение сдвига:

            Нм,         (3.17)

 Н/м²МПа,                                            (3.18)

 Н/м² МПа.                                              (3.19)

Эквивалентное напряжение будет равно

МПа.                                                      (3.20)

Из условия статической прочности при допускаемое напряжение равно:

Мпа,                                           (3.21)

где - предел прочности материала вывода элемента (см. табл. 3.1 [1]);

- коэффициент запаса прочности, составляющий 3…5.

Проверяем выполнение неравенства (3.15) из условия статической прочности:

.

Неравенство выполняется как из условия динамической, так и статической прочности, следовательно, примененный способ крепления обеспечивает работоспособность радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

4 Расчет печатной платы

4.1 Расчет собственной частоты колебаний

Выбираем расчетную модель, уподобляя печатную плату пластине с равномерно распределенной нагрузкой и точечным креплением (рис. 4). Для этого случая собственная частота колебаний  вычисляется по формуле:

			Рисунок 4 - Точечный способ крепления – в четырех точках