Поверка на прочность модуля РЭА, состоящего из двух печатных плат с элементами

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Исходные данные

Введение

1. Анализ прочности и жесткости несущей конструкции при растяжении (сжатии)

2. Анализ статической прочности и жесткости печатного узла печатного узла при изгибе

3. Определение частота собственных колебаний печатного узла

4. Анализ динамической прочности и жесткости печатного узла при воздействии вибрации

5. Анализ динамической прочности и жесткости печатного узла при воздействии ударов

Заключение

Список литературы

Исходные данные

Габаритные размеры в 30×200×180 мм;

Модуль предназначен для установки в более сложные модули.

В модуле должны быть размещены:

— печатные платы с микросхемами 155-й серии в стандартных корпусах 2102 по ГОСТ 17 467- 79 с массой 2 г. Способ установки плат: неподвижный, крепежными деталями к корпусу;

-на задней панели — соединители электрических цепей (вилка ГРПМ2 — 46);

-на передней панели:

-элементы жесткой фиксации модуля (невыпадающие винты или фиксаторы);

-ручки для извлечения модуля из блока;

-элементы маркировки, контроля, индикации и управления два контрольных гнездо ГК-3, переключатель ПГ2 (1-секц) с ручкой, микротумблер МТ1.

Материал плат. Стеклотекстолит СФ-2−50−1,5 ГОСТ 10 316–78 с параметрами: плотность — 2000 кг/м3, модуль нормальной упругости — 30 ГПа, предел точности — 80 МПа, коэффициент механических потерь — 0,05.

Параметры механических воздействий:

Вибрация: диапазон частот: 1. 100 Гц;

амплитуда ускорения: 30 м/с2;

Удар: пиковое ускорение: 150 м/с2;

длительность ударного импульса: 2. 15 мс;

форма ударного импульса: Синусоидальный.

Введение

Модуль РЭА состоит из: двух печатных плат с элементами, передней панели с установленными на ней невыпадающими винтами, ручки, составного каркаса, вилки, направляющих ловителей, задней панели. Для соединения составных частей используются резьбовые соединения. Печатная плата крепится неподвижно крепежными деталями к направляющей. На передней панели установлены: 2 контрольных гнезда ГК-3,переключатель ПГ2 (3-секц.) с ручкой, кнопка КМ1.

Основную механическую нагрузку в модуле несут детали каркаса. В качестве исследуемых объектов несущей конструкции на прочность и жесткость выбираются: направляющая и печатная плата.

1. Анализ прочности и жесткости несущей конструкции при растяжении (сжатии)

Проверка прочности электронного модуля в момент его извлечения из блока

НК состоит из передней и задней панели, соединенных одной направляющей. Каждая панель прикреплена к направляющим четырьмя винтами М4, суммарное поперечное сечение которых составляет F2 =32 мм2. На задней панели закреплена вилка ГРПМ2−46 двумя винтами М3, F4 =9мм2. Суммарное усилие расчленения контактов Р=75 Н. На передней панели закреплена ручка F1=39. 25 мм2. Поперечное сечение направляющих F3=132 мм2.

Дано: F1=39. 25 мм2; F2 =32 мм2; F3=132 мм2; F4 =9мм2

[1]=350 MПа; [4]= [2]=450 МПа; [3]=150 МПа;

Определить: наименее прочные элементы НК;

Решение: во всех сечениях НК действует одна и та же сила Р=75Н

Расчет напряжений на участках и коэффициента запаса прочности

уx1==1. 9МПа; Kз1==184,2

уx2==2. 3МПа; Kз2==195

уx3 ==0,56МПа; Kз3==267,9

уx4==8,3МПа; Kз4==54,2

Значение kЗmin=54,2 во много раз превышает коэффициент запаса (kз=1.5 считается достаточным), следовательно, НК удовлетворяет требованию прочности при растяжении силой P.

Проверка жесткости НК

Дано: уx1=1,9МПа; уx2=2,3МПа; уx3=0,56МПа; уx4=8,3МПа;

E1= E2= E3= E4=200ГПа; En=72ГПа

L1=20мм; L2=120мм; L3=20мм; L4=40мм

Допускаемая деформация для печатного узла:.

еx1==9,510-6; K31==21

еx2==11,510-6; K32==104

еx3==2,810-6; K33==71,5

еx4==1. 0710-6; K34==373,9

Коэффициент запаса k3=21 удовлетворяет требованию жесткости.

2. Анализ статистической прочности и жесткости печатного узла при изгибе

Проверка печатного узла при изгибе (на прочность):

В рабочем положении модуль располагается вертикально. При ремонте и транспортировке модуль может находиться в горизонтальном положении, при этом плата имеет наименьшую жесткость, т.к. прогибается под собственным весом, и весом микросхем. Расчетная схема построена для этого случая. Рассматривается вариант с распределенной нагрузкой.

Масса одной микросхемы-2г.; tx=17,5 мм; ty=27,5 мм; Дy1=Дy2=5мм; Дx1=Дx2=5мм.

Материал печатных плат-стеклотекстолит СФ-2−1,5−50 ГОСТ 10 316–79 с=2000.

Предел прочности-уBP=80МПа К3=2МПа.

Количество микросхем на плате: Nx=3 (по горизонтали); Ny=5 (по вертикали); N=NxNy=15; mсх=2г*15=30г.

M=mсх+mплаты=сhbl+mсх =0. 021 кг

q==1,3.

Из эпюра изгибающих моментов видно, что max=

Т.к. K3=2, ==40МПа

Максимальное нормальное напряжение:

max==0.3 МПа

Условие прочности: выполняется.

Проверка жесткости печатного узла при изгибе:

Дано:

Модуль нормальной упругости стеклотекстолита E=30ГПа; =0,01l

Определить: Проверить условие прочности.

Решение:

Из симметрии конструкции следует, что опорные реакции Av=Bv=0,5ql, изгибающий момент в произвольном сечении: My=0,5qfx-0,5qx2, то выражение для прогиба:

W (x)=(x4-2lx3+l3x).

Максимальный прогиб имеет место при и составляет ,

Jy— осевой момент инерции.

Jy =bh3/12=11,66*10-12 м4

щmax=(5/384)/(q/EJy)=0. 048 мм

=0. 01*157*10-3=1. 57 мм

Условие жесткости: <; 0,048мм<1,57 мм Условие прочности выполняется.

3. Определение частоты собственных колебаний печатного узла

печатный узел удар прочность

Определение частоты собственных колебаний приближенным способом (по методу Релея):

f0==.

Дано:

E=30ГПа; b=0,0175 м; h=0. 002 м; l=0,15 м; M=2110-3кг.

f0 =. =42,7 Гц

Значение f0=42,7Гц, полученное энергетическим способом совпадает с точным значением частоты свободных колебаний, т.к. выбранная форма прогиба оси Z (x)=Asin (), совпадает с точной формой прогиба для заданной схемы.

4. Анализ динамической прочности и жесткости печатного узла при воздействии вибраций

Проверка динамической прочности при воздействии вибраций в горизонтальном положении:

Дано:

l=0,157 м; b=0. 0175 м; h=0. 002 м; m=2110-3кг; ї=30м/c2; г текстолита=0,05; E=30ГПа; уВр=80МПа; К3=2; f0=42,7Гц.

Определить: Проверить прочность печатного узла в горизонтальном положении.

Коэффициент передачи м B для системы с распределенными параметрами, при частоте собственных колебаний, равной частоте воздействия вибраций (з==1):

м Bmax=,

где Кmax-коэффициент формы колебаний=1,> м Bmax=40.

Суммарное распределение нагрузки: qУ=qcm+qq, где qcm-статически распределенная нагрузка, равная 1.3, qq-динамически распределенная нагрузка, равная qq

qУ= M*ї *м Bmax /l=160.

=-полный изгибающий момент от суммарно распределенной нагрузки. Полное напряжение: =/Wy = (qУ*l2*6)(8*b*h2)=42,2МПа.

Предел выносливости: у-1?> ===20МПа.

Условие прочности: <; 42,2МПа> 20 МПа> Условие прочности не выполняется.

Проверка динамической жесткости печатного узла при воздействии вибраций в горизонтальном положении.

Полный прогиб середины пластины (платы):

WУmax= Wg. max+Wст. max,

где Wg. m. -динамическое перемещение середины платы; Wст. m. -статический прогиб середины платы под весом микросхем и собственным весом.

Wст. m. =0,026 мм.

Wg. m= Wb. max*z м, м Bmax-коэффициент передачи м Bm. =20 z м-перемещение блока на резонансной частоте f0:

z м==

WУmax= м Bmax*+ Wст. max=0. 002

Допустимое перемещение: =1% от b=0,01b=0,65 мм.

Условие прочности: WУmax<; 0. 002мм<0. 65мм>Условие динамической жесткости выполняется.

5. Анализ динамической прочности и жесткости печатного узла при воздействии ударов

Проверка динамической прочности печатного узла при воздействии ударов.

Проверить прочность платы при воздействии на корпус блока ударного импульса синусоидальной формы амплитудой и длительностью от 2 до 15 мс. Остальные данные:

l=0,157 м; b=0. 0175 м; h=0. 002 м; m=2110-3кг; f0=42. 7Гц.

1. ,

где

, при 4,3мс.

2.

3. Pд=mz||=3,15Н

Pст=mg =0.2 Н; q=(Pд + Pст)/l=. 21 Н/м

4. Mymax=0. 125ql2=0. 004

5. уmax= Mymax/Wy=6 Mymax/(bh2)=2,5КПа

уmax= 2,5КПа< [у]=20МПа, следовательно, условие прочности выполняется.

Анализ динамической жесткости печатного узла при воздействии ударов.

1. wдин. =z||m / w2= z||m/(2Пf0)2=1,9 мм

2. wстат. =0. 026 мм

wmax = wстат +wдин. =1,926 мм

3. wmax. =2 мм > [w]=0. 65 мм следовательно, условие жесткости не выполняется.

Заключение

В результате расчетов, выполненных в курсовой работе, выяснилось, что разработанный модуль не соответствует всем требованиям к условиям жесткости и прочности. Оказалось, что разработанный модуль неустойчив к воздействию вибрации и ударов; условия прочности и жесткости печатного узла при заданных условиях не выполняются.

Методы повышения динамической прочности:

1. Методом повышения виброудароустойчивости и жесткости НК электронных модулей является использование рациональных поперечных сечений элементов и узлов НК;

2. Жесткость платы можно повысить путем установки ребра жесткости, которое должно проходить через центр платы и располагаться параллельно короткой стороне. Однако использование этого прямого конструктивного способа повышения жесткости уменьшает полезную площадь платы и усложняет конструкцию модуля

3. Наиболее эффективным способом снижения коэффициента динамичности является нанесение на плату виброзащитного покрытия с большим значением коэффициента механических потерь; что резко снижает м в зоне резонанса. Однако использование этого покрытия ухудшает теплоотвод и делает плату неремонтопригодной.

Применение того или иного метода зависит от условий эксплуатации и ремонта, стоимости, требований надежности и выбирается индивидуального для каждого типа изделия.

Список литературы

1. Несущие конструкции РЭА: Методические указания к курсовому проект по дисциплине «Прикладная механика"/ Сост.: Ю. Н. Исаев, Г. Ф. Морозов, М. Д. Стрельцова; ГЭТУ — СПб, 1993.

2. Исаев Ю. Н., Морозов Г. Ф. «Взаимозаменяемость деталей несущих конструкций РЭА: Учеб. Пособие/СПбГЭТУ (ЛЭТИ). СПб., 1998

3. Конспект лекций по курсу «Прикладная механика».

4. Несущие конструкции РЭА. /Под редакцией П. И. Овсищера. — М.: Радио и Связь 1988

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой