Научная Петербургская Академия

Курсовая: Проектирование РЭС

Курсовая: Проектирование РЭС

Введение

В настоящее время цифровые частотомеры получили широкое распространение не только у радиолюбителей, но и у профессионалов. Лаборатория современного радиолюбителя просто немыслима без частотомера, ведь прибор для измерения частоты – прибор первой необходимости. Это объясняется возрастающей потребностью измерения частоты. Современные частотомеры используются не только как устройства для измерения частоты, но и в качестве цифровой шкалы, а также в качестве составляющих многих других более сложных РЭА.

РГР-2068757-20.08-ПР7-16-00

Изм.

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Студент

Мелехин Т

Лит.

Лист

Листов

Руковод.

Колуков

Ур

4

Консульт.

Гр. ПР7

УКП Стромынка

Н. контр.

Зав. каф

Сахаров

1. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 1.1 Заявка на разработку 1.1.1 Назначение: малогабаритный цифровой частотомер предназначен для измерения частоты электрических колебаний. 1.1.2 Выполняемые функции: измерение частоты. 1.1.3 Основные параметры функционирования: - чувствительность по уровню входного сигнала при измерениях частот до 600 кГц – 8мВ; от 600 кГц до 2,5 МГц – 30 мВ; свыше 2,5 МГц до 100 МГц – около 100МВ; - абсолютная погрешность измерения частоты в диапазоне от 0 до 20 кГц составляет 3 Гц; от 20 кГц до 2 МГц – 10 Гц; свыше 2 МГц – 100 Гц; - потребляемый ток от источника питания при измерениях частот до 2,5 МГц ток не превышает 5мА (при выключенной индикации) или 60 мА (при включенной индикации); - напряжение питания частотометра 9В. 1.1.4 Условия эксплуатации: - температура: Т min = -40°С; T max = +60°С; - удары: длительность ударного импульса 5 .. 10мс, максимальное ускорение 98 м/с2 , частоты ударов 40..80мин-1 - вибрации: диапазон частот 10 .. 70 Гц, виброускорение до 37 м/с2 ; - пониженное атмосферное давление: 61 кПа; - влажность: 93% при Т = 25°С; 1.1.5 Транспортировать любым видом транспорта по территории РФ. 1.1.6 Конструктивные особенности: разборный корпус, лицевая панель. 1.1.7 Критерии качества: масса, габариты, стоимость. 1.1.8. Цель разработки: создание многофункционального цифрового портативного частотомера со сниженными массо-габаритными характеристиками, уменьшение его стоимости, повышенной надёжности и эффективности, а также удовлетворяющего требованиям настоящего технического задания.
  1. АНАЛИЗ АНАЛОГОВ И ПРОТОТИПА.
2.1 Анализ существующих конструкций частотомеров Количество аналогов частотомера в мире не поддаётся исчислению.В целом все частотомеры работают по одному принципу: подсчет количества импульсов за фиксированный интервал времени. И в разных схемах этот принцип реализуется по разному. Отсюда и идёт такое разнообразие конструкций. Новое направление в развитии измерительной техники даёт использование микроконтролёров (например схема № 2). Хотя их использование повышает цену прибора во много раз, но пользовательская выгода также возрастает не в меньшее количество раз. Ведь предел измерения можно повысить до 1,2 ГГц, а используя универсальность микроконтролеров и немалое количество денег функции частотомера ограничиваются только фантазией и интеллектом разработчика! В данной работе будут рассматриваться те схемы, которые в наибольшей степени охватывают современные тенденции развития частотомеров. Анализ аналогов и прототипа Таблица 2.1.

Частотомер

Крит. качества

№1№2№3ПрототипРазрабатываемая конструкция
СтоимостьВысокаяОчень высокаяСредняяВысокаяНевысокая
Эргономичность-+-++
Многофункциональность--+--
Дискретность (Гц)10102511
ГабаритыБольшиеСредниеМаленькиеБольшиеМеньше всех
Диапазон измерений10Гц-100КГц1Гц-200МГц50Гц-500КГц600кГц-100МГц600кГц-100МГц
Вид обрабатываемого сигналаАналоговыйЦифровойЦифровойЦифровойЦифровой
МассаБольшаясредняясредняябольшаяНаименьшая
Ниже приводятся схемы приведенных выше аналогов. Схема №1 – простой аналоговый частотомер, собранный на одновибраторе К155АГ1 Курсовая: Проектирование РЭС Схема №2 – частотомер с использованием микроконтролера К1816ВЕ31 Курсовая: Проектирование РЭС Схема №3 – малоэргономичный комбинированный частотомер, позволяющий измерять ещё и индуктивность различных катушек, резонансную частоту контуров, емкость конденсаторов. Курсовая: Проектирование РЭС Схема прототипа: Курсовая: Проектирование РЭС 2.2. Анализ разрабатываемой конструкции частотомера Электрическая принципиальная схема частотомера представленна в Приложении 1. Разрабатываемый частотомер включает в себя: - входное формирующие устройство, предназначенного для усиления, преобразования входного сигнала. - задающего кварцевого генератора с делителем частоты для получения фиксированных и стабильных интервалов времени. - счётчик делитель частоты импульсов сигнала с цифровыми индикаторами, предназначенного для измерения и отображения измеряемой частоты. - устройство управления, обеспечивающего установку счётчика на нуль перед измерением и поступление на его вход последовательности импульсов для счёта в течение фиксированного интервала времени, - блок питания. В отличае от обычно используемых схем цифровых частотомеров в данной схеме измерение частоты производится однократно, в течении только одного периода нормиронного интервала времени. Третий и последующие положительные перепады напряжения, поступающие на управляющее устройство не изменяют состояния триггеров и клапана. Поэтому измеренное количество импульсов сигнала высвечивается индикатором постоянно. Для повторного измерения следует снова нажать пусковую кнопку SA3, после чего процесс повторяется. Для питания использованных микросхем требуется 2 напряжения 9 и 5 вольт. Для получения 5 В используется стабилизатор напряжения. Несколько оригинально осуществляется индикация результатов измерения. Счётчик-индикатор собран из пяти микросхем, каждая их которых содержит счётчик импульсов по модулю 10, дешифратор и семисегментный светодиодный цифровой индикатор с запятой, которая включается по одному из входов 9 в зависимости от положения переключателя SA1.2 Показания счётчика считываться в килогерцах. С помощью тумблера SA4 в процессе между отсчётами индикацию можно выключить, чем достигается экономия энергии элемента питания. На пределе измерения 10Мгц, когда переключатель SA2 находиться в положении, показанном на схеме, показания индикатора необходимо умножать на 10. Из всего вышесказанного следует, что большинство схем объединено общими недостатками: все они стационарные приборы, имеют сравнительно большие габариты и потребляют значительный ток от источника питания, что вынуждает питать их от сети переменного тока и не допускает использования автономного батарейного питания. Разрабатываемая схема цифрового частотомера лишена указанных недостатков и позволяет создать недорогой многофункциональный малогабаритный прибор. 3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОГО КОНСТРУКТОРСКОГО РЕШЕНИЯ 3.1. Внутреннее конструирование. 3.1.1. Внутренняя компоновка. 3.1.1.1. Выбор схемы расположения элементов конструкции и их расположение внутри корпуса блока. Электрическая схема частотомера представлена в ПРИЛОЖЕНИИ 1. Для замены неисправного или отслужившего срок своей годности элемента питания предусматривается отдельное расположение его в правом нижнем углу корпуса в отдельном отсеке, снабжённым съемной крышкой, таким образом получается доступ к батарейке без разбора корпуса. Семисегментные индикаторы вклеиваются в отверстия в корпусе, а переключатели закрепляются в отверстиях с помощью винтового соединения. Остальные элементы блока смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолиста толщиной 1,5 мм. Плата крепится к основанию блока паралельно, с помощью уголковых скобок и 4-х винтов. 3.1.1.2. Выбор и обоснование компоновочных характеристик ячейки. В данном случае под ячейкой понимается печатная плата с установленными на ней элементами. Способ установки ЭРЭ – односторонний. Конструкция ячеек - бескорпусная. Форму печатных плат выбираем прямоугольную, что облегчает определение их компоновочных характеристик. Компоновочные характеристики печатных плат – ориентировочное определение массогабаритных характеристик. При размещении ЭРЭ-тов на печатных платах, ЭРЭ-ты заменяют установочными моделями. При определении площади печатных плат посадочное место ЭРЭ представляет собой проекцию установочной площади на плату. В сумме установочные площади определяют размеры печатных плат. При этом произведение сторон печатной платы должно соответствовать площади печатной платы. 3.1.1.3. Определение массо-габаритных размеров ячейки. 1) Определение установочной площади Sуст элементов. Установочная площадь каждого отдельно взятого элемента выбирается из приложения 1, из таблицы «Перечень элементов схемы и их характеристики». 2) Определение суммарной установочной площади элементов, расположенных на каждой плате: SустS = 1,3Курсовая: Проектирование РЭС Sустi ( 1.1) SустS = 1,3Курсовая: Проектирование РЭС 4725,6 = 5624 мм2; 3) Определение площадей печатных плат: S n.n. = Курсовая: Проектирование РЭС , (1.2) где Ks – коэффициент заполнения площади печатной платы, Ks = 0,8 Sn.n = Курсовая: Проектирование РЭС = 7033 мм2; 4) Определение габаритных размеров печатных плат. Из нескольких вариантов соотношений сторон ПП выбрали плату со следующими размерами: 1 плата 65х110; 5) Определение габаритных размеров ячеек. На горизонтально расположенной плате длина и ширина платы будут соответственно равны длине и ширине ячейки: В = 65 мм, L = 110 мм; Высота ячейки равна: Н = max Hэ + hn.n , (1.3) где max Hэ – высота самого высокого элемента на плате, H – толщина печатной платы. Н = 9 + 1,5 = 10,5 мм, 6) Определение массы ячеек. Масса каждой ячейки состоит из массы печатной платы и массы элементов, расположенных на ней. Масса каждого элемента mi представлена в приложении 1 в таблице 1. mяч = mnn + Smi , (1.4) где mnn = ρхV – масса печатной платы, кг, ρ – плотность материала платы, кг/м3 V – объем ячейки, м3 mnn = 2,4х103Курсовая: Проектирование РЭС 9,9х10-6 = 0,02376 кг., mяч = 0,04025 + 0,02376 = 0,06401 кг., Вывод: найдены массо-габаритные размеры ячеек. 3.1.1.4. Выбор способов крепления плат. Горизонтально расположенную плату крепят на двух П-образных скобках с помощью 4 винтов и гаек, причем винты проходят через плату, скобки и основание. Скобки изготовлены из алюминия. 3.1.2. Анализ и уточнение варианта. 3.1.2.1. Определение компановочных характеристик корпуса частотомера включает в себя 2 этапа: 1) Определение габаритных размеров корпуса блока, 2) Определение общей массы конструкции блока. Габаритные размеры корпуса блока определяются исходя из конструкторских соображений. Определяем ориентировочный объем проектируемой конструкции: VS = Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Vустi, (1.5) где Кv – обобщенный коэффициент заполнения объема, Vустi – установочный объем i-го элемента. В качестве установочного объема i-го элемента выбираем объем ячейки. Тогда формула примет вид: VS = Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Vяч i (1.6) Vячi = HiКурсовая: Проектирование РЭС LiКурсовая: Проектирование РЭС Bi (1.7) Vяч1 = 65Курсовая: Проектирование РЭС 110Курсовая: Проектирование РЭС 10,5=75075 мм3 = 750,7Курсовая: Проектирование РЭС 10-6м3, VS = Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 750,7Курсовая: Проектирование РЭС 10-6 = 938Курсовая: Проектирование РЭС 10-6м3. Высота корпуса блока определяется по формуле: H = Hяч +Х1+Х2, (1.8) где Hяч – высота ячейки, Hяч=95 мм, Х1, Х2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок, Х1 = 5,5 мм, Х2 = 5 мм. H = 10,5 + 5,5 + 5 = 21 мм. Ширина корпуса блока определяется по формуле: B = Bяч + Y1 + Y2, (1.9) где Bяч – размер ячейки, Bяч = 65 мм, Y1,Y2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок, Y1 = 2,0 Y2 = 3 мм B = 65 + 2,0+3 = 70 мм. Длина корпуса блока определяется по формуле: L = Lяч + Z1 + Z2, (1.10) где Lяч – размер ячейки, Lяч = 110 мм Z1, Z2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячеек в блок, Z1 = Z2 = 2,5 мм

L = 110 + 2,5 + 2,5 = 115 мм

Масса конструкции блока определяется по формуле: m = mяч + mк + mосн + mдоп, (1.11) где mяч– масса ячейки, кг, mк – масса корпуса блока, кг, mосн – масса основания блока, кг, mдоп – масса дополнительных элементов, кг. m = 0,06401 + 0,102 + 0,076 + 0,0165 = 0,25 кг. Вывод: Определены габариты блока HКурсовая: Проектирование РЭС LКурсовая: Проектирование РЭС B, 21Курсовая: Проектирование РЭС 115Курсовая: Проектирование РЭС 70, и масса m = 0,25 кг. 3.1.2.2. Расчет теплового режима блока. Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа: 1) определение температуры корпуса блока tк; 2) определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны tн.з. Для выполнение расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные: - размеры корпуса: - ширина B = 0,070 м; - длина L = 0,115 м; - высота H = 0,050 м; - размеры нагретой зоны lКурсовая: Проектирование РЭС bКурсовая: Проектирование РЭС h, 0,110Курсовая: Проектирование РЭС 0,060Курсовая: Проектирование РЭС 0,01; - величина воздушных зазоров между нагретой зоной и нижней поверхностью корпуса hн = 0,005 м, нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса hв = 0,0055 м; - мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Ро = 2,6 Вт; - мощность радиоэлементов, расположенная непосредственно на корпусе блока Рк = 2 Вт; - температура окружающей среды tо = 25оС Этап 1. Определение температуры корпуса. 1. Рассчитываем удельную поверхность мощность корпуса блока: qк = Po/Sк , (2.0) где Sк – площадь внешней поверхности корпуса блока, Sк = 2Курсовая: Проектирование РЭС (HКурсовая: Проектирование РЭС B+BКурсовая: Проектирование РЭС L+HКурсовая: Проектирование РЭС L) (2.1) Sк = 2Курсовая: Проектирование РЭС (0,050Курсовая: Проектирование РЭС 0,070+0,070Курсовая: Проектирование РЭС 0,115+0,050Курсовая: Проектирование РЭС 0,115) = 0,0346 м2 qк = 0,6/0,0346 = 17,3 Вт/м 2. Перегрев корпуса блока в первом приближении Курсовая: Проектирование РЭС tк = 2 оС 3. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней Курсовая: Проектирование РЭС лв, боковой Курсовая: Проектирование РЭС лб, нижней Курсовая: Проектирование РЭС лн поверхностей корпуса: Курсовая: Проектирование РЭС лi = ЕiКурсовая: Проектирование РЭС 5,67[(Курсовая: Проектирование РЭС )4 – (Курсовая: Проектирование РЭС )4] /Курсовая: Проектирование РЭС tк , (2.2) где Еi – степень черноты i-й наружной поверхности корпуса, для боковой и верхней поверхностей Е = 0,92 При расчете получилось: Курсовая: Проектирование РЭС лв = 5,4; Курсовая: Проектирование РЭС лб = 5,4; Курсовая: Проектирование РЭС лн = 5,4. 4. Для определяющей температуры tm= to+ 0,5Курсовая: Проектирование РЭС tк = 30oC рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса: Grmi = Курсовая: Проектирование РЭС mКурсовая: Проектирование РЭС g Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС tк , (2.3) где Lопрi – определяющий размер i-й поверхности корпуса, Курсовая: Проектирование РЭС m – коэффициент объемного расширения, для газов Курсовая: Проектирование РЭС m = (tm+ 273)-1= 0,003, g – ускорение свободного падения, g = 9,8 мКурсовая: Проектирование РЭС с-2; Vm – кинетическая вязкость газа, Vm = 16,96Курсовая: Проектирование РЭС 10-6 м2/с; Grmв= 0,003Курсовая: Проектирование РЭС 9,8Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 2 = 5,5 Grmб= 0,003Курсовая: Проектирование РЭС 9,8Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 2 = 0,45 Grmн= 0,003Курсовая: Проектирование РЭС 9,8Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 2 = 5,5 5. Определяем число Прандтля Рч, Рч = 0,701 6. Находим режим движения газа, обтекающего каждую поверхность корпуса: (GrКурсовая: Проектирование РЭС Рч)mв = (GrКурсовая: Проектирование РЭС Рч)mн = 3,8 (GrКурсовая: Проектирование РЭС Рч)mб = 0,315 Так как (GrКурсовая: Проектирование РЭС Рч)mКурсовая: Проектирование РЭС 5Курсовая: Проектирование РЭС 102, то режим переходный к ламинарному. 7. Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока Курсовая: Проектирование РЭС кi: Курсовая: Проектирование РЭС кi = 1,18Курсовая: Проектирование РЭС (GrКурсовая: Проектирование РЭС Рч)1/8mКурсовая: Проектирование РЭС Ni, (2.4) где Курсовая: Проектирование РЭС m – теплопроводность газа, Курсовая: Проектирование РЭС m = 2,68Курсовая: Проектирование РЭС 10-2 Вт/мКурсовая: Проектирование РЭС К, Ni – коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса: Ni = Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС кв = 1,18Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 3,81/8Курсовая: Проектирование РЭС 1,3 = 0,42 Курсовая: Проектирование РЭС кб = 1,18Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 0,311/8Курсовая: Проектирование РЭС 1 = 0,54 Курсовая: Проектирование РЭС кн = 1,18Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 3,81/8Курсовая: Проектирование РЭС 0,7 = 0,22 8. Определяем тепловодную проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой Gк: Gк = (Курсовая: Проектирование РЭС кн+Курсовая: Проектирование РЭС лн) Sн+(Курсовая: Проектирование РЭС кб+Курсовая: Проектирование РЭС лб) Sб+(Курсовая: Проектирование РЭС кв+Курсовая: Проектирование РЭС лв) Sв, (2.5) где Sн, Sб, Sв – площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса соответственно; Sн = Sв = LКурсовая: Проектирование РЭС B = 0,0080 м2 Sб = 2H (L+B) = 2Курсовая: Проектирование РЭС 0,05 (0,115+0,03) = 0,0185 м2 При расчете получилось: Gк = 0,235 9. Рассчитываем перегрев корпуса блока во втором приближении Курсовая: Проектирование РЭС tко: Курсовая: Проектирование РЭС tко = (Ро/ Gк) КкпКурсовая: Проектирование РЭС 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: Курсовая: Проектирование РЭС tко = (0,6/0,235)Курсовая: Проектирование РЭС 0,6Курсовая: Проектирование РЭС 1 = 1,8оС 10. Определяем ошибку расчета: Курсовая: Проектирование РЭС = Курсовая: Проектирование РЭС / Курсовая: Проектирование РЭС tко (2.7) Расчет: Курсовая: Проектирование РЭС = Курсовая: Проектирование РЭС = 0,05 Так как Курсовая: Проектирование РЭС < 0,1, то расчет можно закончить. 11. Рассчитываем температуру корпуса блока: tк = to + Курсовая: Проектирование РЭС tко Курсовая: Проектирование РЭС (2.8) tк = 25+1,8= 26,8oC Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны. 1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока q3. q3 = Курсовая: Проектирование РЭС (2.9) где Р3 – мощность, рассеиваемая в нагретой зоне, Р3 = Ро- Рк Расчет: q3 = Курсовая: Проектирование РЭС = 39,7 Вт/м2 2. Перегрев нагретой зоны относительно температуры, окружающей блок среды в первом приближении: Курсовая: Проектирование РЭС tз = 4оС 3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними Курсовая: Проектирование РЭС злн, верхними Курсовая: Проектирование РЭС злв и боковыми Курсовая: Проектирование РЭС злб поверхностями нагретой зоны и корпуса: Курсовая: Проектирование РЭС злi = EпiКурсовая: Проектирование РЭС 5,67[(Курсовая: Проектирование РЭС )4 – (Курсовая: Проектирование РЭС )4] / (Курсовая: Проектирование РЭС tз - Курсовая: Проектирование РЭС tко)] (2.10) где Eпi – приведннная степень черноты i-й поверхности нагретой зоны и корпуса: Eпi = [Курсовая: Проектирование РЭС + (Курсовая: Проектирование РЭС - 1) Курсовая: Проектирование РЭС ]-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: Курсовая: Проектирование РЭС злв = 5,9 Курсовая: Проектирование РЭС злб = 13,9 Курсовая: Проектирование РЭС злн = 5,9 4. Для определяющей температуры tm=(tк+to+Курсовая: Проектирование РЭС tз) / 2 = (26,8+25+4) / 2 = 27,9 oC Находим числа Грасгофа и Прандтля: Grmн = Grmв = 6,4 , Grmб = 2,1 Рч = 0,701 5. Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности: для нижней поверхности: Курсовая: Проектирование РЭС зкн = Курсовая: Проектирование РЭС m / hн, (2,12) для верхней поверхности: Курсовая: Проектирование РЭС зкв = Курсовая: Проектирование РЭС m / hв, для боковой поверхности: Курсовая: Проектирование РЭС зкб = Курсовая: Проектирование РЭС m / hб, При расчетах получилось: Курсовая: Проектирование РЭС зкн = Курсовая: Проектирование РЭС зкв = 5,36 Курсовая: Проектирование РЭС зкб = 4,87 6. Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом: Gзк = Кσ Курсовая: Проектирование РЭС (Курсовая: Проектирование РЭС злi + Курсовая: Проектирование РЭС зкi) Sзi, (2,13) где Кσ– коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, Кσ= 0,09 При расчете получилось: σзк = 0,54 7. Рассчитываем перегрев нагретой зоны Курсовая: Проектирование РЭС tзо во втором приближении: Курсовая: Проектирование РЭС tзо = Курсовая: Проектирование РЭС tко + Курсовая: Проектирование РЭС , (2,14) где Кw – коэффициент, учитывающий внутреннее перемещение воздуха, Кw = 1 Кн2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, Кн2 = 1 Расчет: tзо = 27+ Курсовая: Проектирование РЭС = 3,953оС 8. Определяем ошибку расчета: Курсовая: Проектирование РЭС = Курсовая: Проектирование РЭС , Курсовая: Проектирование РЭС = Курсовая: Проектирование РЭС = 0,004 Так как Курсовая: Проектирование РЭС < 0,1, то расчет может быть закончен. 9. Рассчитываем температуру нагретой зоны: t3 = to + Курсовая: Проектирование РЭС tзо (2,15) Получаем: t3 = 25 + 3,953 = 28,953оС Так как самый нетермостойкий элемент выдерживает температуру до + 70 градусов цельсия, то полученный тепловой режим работы устраивает нас. 3.1.2.3. Расчёт системы на механические воздействия Для выполнения расчета механических воздействий необходимы следующие исходные данные: - геометрические размеры платы, lКурсовая: Проектирование РЭС bКурсовая: Проектирование РЭС h, м: 0,11Курсовая: Проектирование РЭС 0,06Курсовая: Проектирование РЭС 0,001; - диапазон частот вибрации, Курсовая: Проектирование РЭС fвиб = 10...30 Гц; - длительность удара, τ = 10 мс; - амплитуда ускорения при ударе, Ну = 40 g; - предельное ускорение, выдерживаемое элементами блока без разрушения: при вибрации 5 g при ударах 45 g при линейных ускорениях 25 g 1) 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 = Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС , (3,1) где a и b – длина и ширина пластины, м; D – цилиндрическая жесткость пластины, НКурсовая: Проектирование РЭС м; D = έ Курсовая: Проектирование РЭС h3/12 (1-Курсовая: Проектирование РЭС ) , (3,2)

где Кa – коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон платы, определяется по формуле:

Кa = Курсовая: Проектирование РЭС (3,3) έ – модуль упругости, Н/м2; h – толщина пластины, м; m – масса пластины, с элементами, кг. D = Курсовая: Проектирование РЭС = 9,9 НКурсовая: Проектирование РЭС м; Кa = 24,24 fo = Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС = 285 Гц Для печатного узла должно выполняться условие fo > fв. Так как fo >> fв, то обеспечивается защищенность конструкции частотомера 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. a) Определяем условную частоту ударного импульса: Курсовая: Проектирование РЭС , где Курсовая: Проектирование РЭС - длительность ударного импульса, с. Курсовая: Проектирование РЭС b) Определяем коэффициент передачи при ударе: Ку = 2 sin Курсовая: Проектирование РЭС , где Курсовая: Проектирование РЭС - коэффициент расстройки, Курсовая: Проектирование РЭС = Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС = 314,16 /2π Курсовая: Проектирование РЭС 285 = 0,174 Ку = 2 sinКурсовая: Проектирование РЭС = 0,281 ; c) Рассчитываем ударное ускорение: Курсовая: Проектирование РЭС = HуКурсовая: Проектирование РЭС Кg , где Ну – амплитуда ускорения ударного импульса Курсовая: Проектирование РЭС = 40 Курсовая: Проектирование РЭС 0,281 = 11,24 g d) Определяем максимальное относительное перемещение: Zmax = Курсовая: Проектирование РЭС sin Курсовая: Проектирование РЭС , (2.42.) Zmax = Курсовая: Проектирование РЭС sin Курсовая: Проектирование РЭС = 0,0135 м e) Проверяется выполнение условий ударопрочности по следующим критериям: ударное ускорение должно быть меньше допустимого, т.е. Курсовая: Проектирование РЭС < Курсовая: Проектирование РЭС , где Курсовая: Проектирование РЭС определяется из анализа элементной базы, Курсовая: Проектирование РЭС = 45 g. Zmax < 0,03 b2, где b- размер максимальной стороны ПП. Zmax < 0,00243, Так как условия ударопрочности выполняются для ЭРЭ и печатной платы, считаем что частотомер 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 = AzКурсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС , 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 в ПП, м Из полученных двух значений выбирается Zб = max {Zб1, Zб2} Должно выполняться условие Zб Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС , где Курсовая: Проектирование РЭС - допустимый размер прогиба ПП на длине 1 м, Курсовая: Проектирование РЭС = 0,03 м. В результате расчета получены следующие значения: Курсовая: Проектирование РЭС ; Курсовая: Проектирование РЭС Выбираем Курсовая: Проектирование РЭС Условие Курсовая: Проектирование РЭС выполняется Zб < 243 Курсовая: Проектирование РЭС 10-6 м Расчет максимального напряжения в опасных точках ПП при линейном ускорении: G = Курсовая: Проектирование РЭС , где Аσ – коэффициент, зависящий от способов закрепления сторон ПП, Аσ = 16 l – либо длина а, либо ширина в ПП, м. Из полученных двух значений выбирается σ = max {σ1, σ2} σ1 = 2151 Па, σ2 = 4840 Па.Курсовая: Проектирование РЭС Выбираем σ = 4840 Па. Определение запаса прочности ПП при линейном ускорении: n = σn/σ, где Gn – предельное допустимое напряжение, МПа Для того чтобы гарантировать работоспособность, запас прочности должен быть более некоторой величины: Курсовая: Проектирование РЭС , 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. Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 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 = 0,3Курсовая: Проектирование РЭС 10-6м Z = 22 Курсовая: Проектирование РЭС 10-9+ 0,3 Курсовая: Проектирование РЭС 10-6 = 0,322 Курсовая: Проектирование РЭС 10-6м Условие Z < 0,003Курсовая: Проектирование РЭС a выполняется Z < 0,322 Курсовая: Проектирование РЭС 10-6м Расчет напряжения в материале: Курсовая: Проектирование РЭС , Из двух полученных значений выбирается σ = max {σ1, σ2} Из расчета определили: σ1 = 314844 Па, σ2 = 708400 Па Выбираем σ = 708400 Па. Задание предела выносливости материала платы для знакопеременных нагрузок: σв = 0,2 σn – для стеклотекстолита σв = 0,2 Курсовая: Проектирование РЭС 130 = 26 Мпа Определения запаса прочности: n = σв/σ Для того чтобы гарантировать работоспособность, запас прочности должен быть более некоторой величины: Курсовая: Проектирование РЭС , Курсовая: Проектирование РЭС Курсовая: Проектирование РЭС 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.


(C) 2009