Расчет вибропрочности платы

Существуют четыре вида механических нагрузок на конструкцию РЭС:

- вибрации;

- удары;

- линейные и центробежные ускорения;

- шум и акустические удары.

Источниками этих воздействий могут быть различные силовые установки, быстровращающиеся разблокированные массы, акустические шумы, ударная волна, качка и многое другое.

Они приводят к помехам в канале передачи информации, к паразитной модуляции в каналах связи, к снижению точности работы аппаратуры. В особых случаях – к механическим разрушениям элементов конструкции РЭС.

Для обеспечения необходимой надежности и стабильности характеристик РЭС при интенсивных механических воздействиях применяется ряд способов.

Здесь принципиально возможны следующие:

- использование наиболее устойчивых к механическим воздействиям ЭРЭ и узлов;

- повышение прочности, и, как следствие, массы элементов конструкции;

- защита РЭС от источников механических воздействий, достигаемая установкой амортизаторов. Может быть общей, когда изолируется все изделие, или локальной, когда амортизируются определенные части изделия или элементы;

- устранение или уменьшение до допустимого уровня резонансных явлений, несущих РЭА. Достигается выведением спектра собственных частот колебаний элементов конструкции за границу диапазона частот возмущающего воздействия или увеличением демпфирующих свойств;

- применение активной виброзащиты в виде автоматических систем с внешним источником энергии.

Необходимо уточнить, что задача обеспечения надежности РЭА при механических воздействиях тесно связана с другими задачами конструирования, такими как обеспечение массогабаритных показателей изделия согласно ТЗ, обеспечение теплового режима, ремонтопригодности и других. К тому же в данном случае применение активных методов виброзащиты, амортизаторов не приемлемо, так как существуют жесткие ограничения по массе, габаритам и частным эксплуатационным показателям.

При конструировании модуля МСС могут быть применены следующие меры:

- использование наиболее устойчивых к механическим воздействиям ЭРЭ, повышение прочности конструктивных элементов;

- устранение или уменьшение до допустимого уровня резонансных явлений в конструкции.

Вопрос применения наиболее устойчивых к механическим воздействиям ЭРЭ был решен при разработке электронной схемы изделия путем применения комплектующих изделий с уровнем приемки 5.

Наиболее опасным при вибрационных воздействиях является резонанс вынужденных и собственных колебаний механической системы конструкции, при котором разрушающие амплитуды могут возрастать в десятки раз. Следовательно, для проверки виброустойчивости всего изделия в целом необходимо произвести расчет собственной резонансной частоты наименее вибропрочного элемента – платы ЛКЦ (прибора ТА297). Данный узел имеет размеры 140× 160 мм.

Исходные данные, которые требуются при расчете собственной частоты платы:

· Способ закрепления платы в блоке:

Крепление платы к основанию осуществляется в 4 точках. Плата непосредственно фиксируется в модуле свинчиванием с остальными платами, составляющими модуль, по 4-м углам винтами с шайбами. Центр платы фиксируется шпилькой, соединенной с корпусом модуля сверху и снизу.

· Геометрические размеры платы:

А = 0, 160 м; В = 0, 140 м; h = 0, 002 м.

· Необходимые данные:

материал платы – фольгированный стеклотекстолит;

- модуль упругости: Е = 3·10¹⁰ ;

- плотность стеклотекстолита ;

Блок испытывается на вибростенде на частотах 80 – 320 Гц с ускорением 1 – 2g.

Частота собственных колебаний для данного ЭРЭ определяется либо расчетом, либо по графику частоты собственных колебаний. С целью упрощения расчета воспользуемся графиками частот собственных колебаний, тогда для различных групп ЭРЭ она составит:

- для резисторов МЛТ-0, 125 – 2 кГц,

- для резисторов МЛТ-0, 25 – 2 кГц,

- для неэлектролитических конденсаторов – 3 кГц,

- для электролитических конденсаторов – 5 кГц,

- для транзистора – 2 кГц.

-для сборок резисторных – 3кГц

-для микросхем – 2кГц

- сборки транзисторные -3 кГц

Собственная частота колебания печатной платы рассчитывается по формуле:

,

(2.2.4.1)

где, T – коэффициент, зависящий от количества винтовых соединений:

(2.2.4.2)

D – цилиндрическая жесткость, определяется по формуле:

,

(2.2.4.3)

m – плотность распределения массы ЭРЭ по площади печатной платы, определяемая по формуле:

,

(2.2.4.4)

где S_пп – площадь печатной платы:

,

(2.2.4.5)

;

M_Σ – суммарная масса печатной платы и всех радиоэлементов:

,

(2.2.4.6)

где M_пп – масса печатной платы:

,

(2.2.4.7)

;

– масса всех радиоэлементов, которая для данной платы составляет 0, 0178 кг.

Тогда .

.

Собственная частота колебаний печатной платы будет равна:

.

Собственная частота колебаний печатной платы превышает заданную частоту вынужденных колебаний. Критерием оценки вибропрочности конструкции является неравенство:

,

(2.2.4.8)

где, n – запас по частоте, определяемый по формуле:

.

(2.2.4.9)

где f_вын – это вынужденная частота колебаний системы, из ТЗ она равна 320 Гц.

Тогда запас по частоте равен:

Условие , т. е. выполняется, следовательно необходимая вибропрочность модуля ПУ обеспечивается.

Вывод: Вибропрочность платы лежит в установленных пределах, поэтому целесообразность конструирования подтверждается.