Блок питания для любой конструкции. Расчет надежности. Расчет теплового режима. Расчет радиатора. Расчет частоты свободных колебаний платы функционального узла

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ) ЗАЩИЩЕНА С ОЦЕНКОЙ

РУКОВОДИТЕЛЬ

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ(А)

Санкт-Петербург 2007

Перечень разделов пояснительной записки

1. Расчет надежности;

2. Расчет теплового режима;

3. Расчет радиатора;

4. Расчет частоты свободных колебаний платы функционального узла;

5. Расчет амортизаторов для виброизоляции блока;

6. Расчет оценки удароизоляции блока;

7. Расчет условий ударопрочности конструкции монтажного основания.

1. Расчет надежности:

а) Формулы, используемые для расчета:

Вероятность безотказной работы р(t) =  ,    ;

Среднее время безотказной работы

Т_ср =  ;

Интенсивность отказов

.

б) Исходные данные:

Рабочая температура: 40 град.

Температура перегрева: 35 град.

Время безотказной работы: 10000 ч.

Таблица элементов и их коэффициенты нагрузки:

в) Расчет:

***  РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ РЭА НА ЭВМ  ***

ИСПОЛНИТЕЛЬ: Davlechin

Thursday,  7- 2-2008

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

-------------------------------------------------------------N           НАИМЕНОВАНИЕ           КОЛ-ВО  К/НАГР   ИНТ/ОТК

-------------------------------------------------------------1.  ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ........     0   0.00   0.000E+00

2.  РЕЗИСТОРЫ МЛТ..................     4   0.40   6.400E-08

3.  РЕЗИСТОРЫ ПЭВ..................     0   0.00   0.000E+00

4.  ПОТЕНЦИОМЕТРЫ..................     2   0.20   4.800E-07

5.  ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ КНОПОЧНЫЕ........     5   1.00   3.500E-06

6.  ТРАНЗИСТОРЫ....................     3   0.40   6.000E-07

7.  ДИОДЫ..........................    10   0.60   9.420E-07

8.  КОНДЕНСАТОРЫ КЕРАМИЧЕСКИЕ......     3   0.20   6.000E-08

9.  КОНДЕНСАТОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ.     0   0.00   0.000E+00

10.  ПАЯНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ..............    46   1.00   1.840E-07

11.  РАЗ"ЕМЫ........................     2   1.00   1.240E-07

-------------------------------------------------------------ТАБЛИЦА ОБЩИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЯ РЭА

ПРИ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЕ Ts=40 И ПЕРЕГРЕВЕ Tp=35

---------------------------------------------------ЗН/ПОК    Lams (1/час)   To (час)        P°Ѓв™а†° 

---------------------------------------------------MIN      1.3200E-06       82662        0.886055977

MDL      6.4623E-06      154744        0.937420909

MAX      1.2098E-05      757581        0.986886832

---------------------------------------------------ЗАВИСИМОСТЬ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ОТ ВРЕМЕНИ

--------------------------------------------------------ЗН/ЧАСЫ       0      2500     5000     7500     10000

--------------------------------------------------------MIN     1.00000  0.97021  0.94131  0.91326  0.88606

MDL     1.00000  0.98397  0.96820  0.95269  0.93742

MAX     1.00000  0.99671  0.99342  0.99015  0.98689

--------------------------------------------------------Вывод:

Из результатов проведенных расчетов получили что, интенсивность отказов устройства лежит в пределах от  до  1/час (в зависимости от степени эксплуатации), при этом время работы лежит в пределах от 82662 до 757581 часов,  безотказность в среднем равна 0.9374, что вполне приемлемо для конкретного устройства.

2. Расчет теплового режима:

а) Формулы, используемые для расчета:

Поверхность корпуса блока

;

Коэффициент заполнения блока

;

Поверхность нагретой зоны

;

Удельная мощность корпуса

;

Удельная мощность нагретой зоны

;

Удельная мощность критического элемента

;

Перегрев корпуса

;

Перегрев нагретой зоны

;

Коэффициент учета внешнего давления

;

Коэффициент учета внутреннего давления

;

Перегрев между нагретой зоной и корпусом блока

;

Перегрев нагретой зоны с учетом давления

;

Средний перегрев воздуха в блоке

;

Перегрев корпуса критического элемента

.

б) Исходные данные:

Размеры блока: 89х41х40 мм.

Мощность рассеивания: 5 Вт.

Размеры платы: 79х31х1.5 мм.

Тип корпуса: перфорированный.

Рабочая температура среды: 40 град.

в) Расчет:

Вывод:

Хотя плата и обладает большой теплонагрузкой  (0,14 Вт/ см²), но по полученным данным можно сделать вывод о том, что ее тепловые характеристики находятся в пределах нормы и ни жидкостного, ни испарительного охлаждения разработанная конструкция не требует.

3. Расчет радиатора.

а) Формулы, используемые для расчета:

Величина теплового потока

;

Коэффициент теплопередачи

;

Температурный перепад по высоте

;

критерий Нуссельта

 при GrL/D<7;

 при ;

 при ;

Перегрев места соединения прибора и радиатора

;

Средний перегрев основания радиатора

;

Комплексы подобия

 и .

б) Исходные данные:

Предельная температура рабочей области: 75 град.

Температура окружающей среды: 40 град.

Мощность рассеиваемая элементом: 15 Вт.

Площадь контакта радиатора и элемента: 36 мм.

Площадь основания радиатора: 6 см.

Вывод: 

По полученным характеристикам полученный радиатор удовлетворяет предъявленным требованиям, так как расчетная площадь не превышает предполагаемую, перегрев радиатора в пределах нормы.

4. Расчет частоты свободных колебаний платы функционального узла:

а) Формулы, используемые для расчета:

Отношения сторон платы:

,      ;                                      цилиндрическая жесткость пластины

;                                                                                          масса платы

;                                                                                                      площадь платы

;                                                                                                       приведенная к площади масса платы

 ;                                                                                        частота свободных колебаний основного тона

  ;                                                                                 поправочный коэффициент на материал платы

 ;                                                                                                 коэффициент на нагрузку платы микросхемами

 ;                                                                                        частота свободных колебаний

б) Исходные данные:

Плата жестко закреплена со всех четырех сторон, размеры платы: 79 х 31 мм.

Отношение сторон , следовательно согласно таблице значение частотной постоянной С=343.7.

Материал платы: стеклотекстолит, плотность , модуль упругости , коэффициент Пуассона .

На плате установлено 75 ЭРЭ, средняя масса компонентов: 0,4г.

в) Расчет:

Вывод:

Выбранная конструкция достаточно удачна, так как полученная резонансная частота (около 20000Гц) вполне приемлема для применения в нашем изделии (блоке питания).

5. Расчет амортизаторов для виброизоляции блока:

а) Формулы, используемые для расчета:

нагрузка, приходящаяся на амортизатор

, где m – масса блока; g - гравитационная постоянная;   – количество амортизаторов;

система уравнений для расчёта статических характеристик, с учётом симметричности   расположения амортизаторов относительно плоскости YOZ  (P1=P2, P3=P4):

где P1…P4 – реакции амортизаторов; Y1…Y4 – координаты расположения амортизаторов; статические прогибы амортизаторов

    ;                                                                                 толщина компенсирующих прокладок

;                                                                                                                     частота свободных колебаний блока на амортизаторах вдоль оси Z

;                                                                                             частотная расстройка

;                                                                                                    коэффициент передачи вибраций

;                                                                                 эффективность виброизоляции

;                                                                                           амплитуда возбуждающего колебания

;                                                                                           амплитуда перемещения блока

 ;                                                                                                         вибрационная перегрузка

;                                                                                         максимальное ускорение при вибрации равно

.     

б) Исходные данные:

Масса блока: 0,4 кг.

Габаритные размеры: 89 х 41 х 40 мм.

Координаты амортизаторов: Y1=Y2=45 мм, Y3=Y4=20 мм.

Диапазон частот: 3 – 100 Гц.

Виброускорение: 10 м/с².

Параметры материала амортизатора: ,

в) Расчет:

Вывод:

По полученным расчетным значениям (в частности, эффективности виброизоляции) можно сделать вывод о том, что данный амортизатор нам не подходит. Для обеспечения  эффективности  нужно применить амортизаторы с меньшей жесткостью.

6. Расчет оценки удароизоляции блока:

а) Формулы, используемые для расчета:

условная частота возбуждения

;                                                                                                   частота свободных колебаний системы удароизоляции

;                                                                                           частотная расстройка

 ;                                                                                                 коэффициент передачи при ударе

;                                                                                 максимальное ускорение блока

;                                                                                        максимальное смещение при ударе

б)  Исходные данные:

Масса блока: 0,4 кг.

Параметра амортизатора: .

Амплитуда синусоидального импульса: 6g.

Длительность импульса: 10 с.

в) Расчет:

Вывод: Выбранный тип амортизатора нам не подходит