Дипломная работа: Разработка конструкции цифрового синтезатора частотно–модулированных сигналов

=2058625мм3

По формуле (4.1.1)определяем ориентировочный объем блока

V=6548000мм3

Согласно проведенным расчетам выбираем габаритные размеры блока 320х245х150 мм.

По формуле (3.12) определяем ориентировочную массу блока:

М =2.426 кг

В соответствии с ТЗ масса блока должна быть не более 3 кг.

По результатам расчета можно сделать вывод: полученные данные расчета вполне удовлетворяют требованиям технического задания. Коэффициент использования объема равен 0.55 потому.

Расчет теплового режима

Все компоненты блока сопряжения функционируют в строго ограниченном температурном диапазоне. Выход температуры за предельно допустимые пределы может привести к необратимым структурным изменениям. Высокая надёжность и длительный срок службы ЭВА будут гарантированы, если температура среды внутри конструкции нормальная (15±5°C) и изменяется не более чем на 2°C в час. Для выполнения этого условия необходимо выбрать оптимальную систему охлаждения.

Приведем методику методику расчета.

Исходными данными для выбора охлаждения являются:

1)  суммарная мощность P, рассеиваемая в конструктивном модуле;

2)  давление окружающей среды;

3)  давление внутри блока;

4)  коэффициент заполнения блока;

5)  габаритные размеры блока;

6)  время непрерывной работы t.

Приведем порядок расчета блока в герметичном корпусе:

1)  рассчитывается поверхность корпуса блока по формуле:

Sк=2[l1*l2+(l1+l2)*l3],(3.13)

где l1,l2 – горизонтальные размеры корпуса;

l3 – вертикальный размер корпуса.

2)  определяется условная поверхность нагретой зоны по формуле

Sк=2[l1*l2+(l1+l2)*l3*Кз], (3.14)

где Кз – коэффициент заполнения.

3)  определяется удельная мощность корпуса по формуле:

qк=Рз/Sк (3.15)

где Рз – мощность, рассеиваемая нагретой зоной.

4) рассчитывается удельная мощность нагретой зоны

qз=Рз/Sз (3.16)

5) находится коэффициент J1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока

J1=0.1472*qк-0.2962*10-3*qк2+0.3127*10-6*qк3 (3.17)

6)  находится коэффициент J2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

J2=0.1390*qз-0.1223*10-3*qз2+0.0698*10-6*qз3 (3.18)

7)  находится коэффициент Кн1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока :

Кн1=0.82+,(3.19)

где Н1 – величина атмосферного давления вне корпуса.

8)  находится коэффициент Кн2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока Н2

Кн2=0.8+, (3.20)

9) определяется перегрев корпуса:

Jк=J1*Кн1. (3.21)

10) рассчитывается перегрев нагретой зоны:

Jз=Jк+(J2–J1)*Кн2. (3.22)

11) определяется средний перегрев воздуха в блоке:

Jв=0.5*(Jк+Jз)(3.23)

12) определяется удельная мощность элемента:

qэл=Рэл/Sэл(3.24)

где Рэл – мощность, рассеиваемая элементом, температуру которого требуется определить;

Sэл – площадь поверхности элемента, омываемая воздухом.

13) рассчитывается перегрев поверхности элементов:

Jэл=Jз(а+b*qэл/qз) (3.25)

14) рассчитывается перегрев окружающей элемент среды:

Jэ-с=Jв(0.75+0.25*qэл/qз)(3.26)

15) определяется температура корпуса блока:

Тк=Jк+Тс (3.27)

где Тс – температура окружающей среды;

16) определяется температура нагретой зоны:

Тз=Jз+Тс (3.28)

17) определяется температура поверхности элемента:

Тэл=Jэл+Тс(3.29)

18) находится средняя температура воздуха в блоке:

Тв=Jв+Тс(3.30)

19) рассчитывается температура окружающей среды:

Тэ-с=Jэ-с+Тс (3.31)

Расчет конструкции на виброзащищенность

Для того чтобы проверить насколько хорошо защищено проектируемое устройство от механических воздействий, необходимо провести расчет собственной частоты вибраций платы. В данном случае плата является единственной колебательной системой. Жесткость платы зависит от материала, формы, геометрических размеров и способа закрепления.

Печатная плата имеет прямоугольную форму следующих размеров:

axbxh=280 мм x 150 мм x 1.5 мм

При расчете собственной частоты вибрации печатной платы используют следующие допущения:

плата представляется в виде модели распределенными массами и упругими демпфирующими связями;

ЭРЭ на плате располагаются равномерно на ее поверхности;

плата с элементами принимается за тонкую пластину, так как b/h<0,1, толщина платы принимается постоянной, h = const;

материал платы однородный, идеально упругий, изотропный;

возникающие изгибные деформации малы по сравнению с толщиной платы;

при изгибе платы нейтральный слой не подвергается деформации растяжения (сжатия).

Для пластин с четырьмя точками крепления частота собственных колебаний платы, определяется по формуле:

,          (3.11)

где     a = 0,28 м. длинна платы;

b = 0,15 м. ширина платы;

цилиндрическая жесткость платы, ;

;

 распределенная по площади масса платы и элементов, .

Цилиндрическая жесткость платы определяется по формуле:

                                  (3.12)

где     - модуль упругости материала платы;

 - толщина платы;

- коэффициент Пуассона.

 (3.13)

Распределенная по площади масса платы и элементов определяется из выражения:

,                                        (3.14)

где     - удельная плотность материала платы;

- масса элементов, установленных на плате, .

,                                       (3.15)

где     - масса i - го элемента, установленного на плате, ;

n = 40 - количество элементов, установленных на плате.

Воспользовавшись справочными данными получим
mэ = 104,2´10 –3 кг. следовательно,

Подставляя найденные величины в формулу (4.2.1), определим минимальную частоту собственных колебаний платы. Она будет минимальной при , .

В результате механических воздействий печатная плата подвержена усталостному разрушению, в особенности при возникновении механического резонанса. Чаще всего усталостные отказы проявляются в виде обрыва проводников, разрушения паяных соединений, нарушения контактов в разъемах. Подобные разрушения можно предотвратить, если обеспечить выполнение условия

                 (3.16)

где     - минимальная частота собственных колебаний платы;

- ускорение свободного падения, g = 9,8м/c2;

- безразмерная постоянная, выбираемая в зависимости от частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений.

- максимальные вибрационные перегрузки, выраженные в единицах g.

Следовательно,

¦min 85Гц

Значит, проектируемая плата будет иметь достаточную усталостную прочность при гармонических вибрациях.

Определим эффективность виброзащиты по формуле:

 ,                               (3.17)

где     - верхняя частота диапазона воздействующих частот, Гц;

- резонансная колебаний печатной платы, Гц.

Подставив значения, получим:

.

Таким образом, можно сказать, что спроектированное устройство на 44% защищено от вибрационных воздействий.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21