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

Исходные данные

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.

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

у_x1==1.9МПа; K_з1==184,2

у_x2==2.3МПа; K_з2==195

у_x3 ==0,56МПа; K_з3==267,9

у_x4==8,3МПа; K_з4==54,2

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

Проверка жесткости НК

Дано: у_x1=1,9МПа; у_x2=2,3МПа; у_x3=0,56МПа; у_x4=8,3МПа;

E₁= E₂= E₃= E₄=200ГПа; E_n=72ГПа

L₁=20мм; L₂=120мм; L₃=20мм; L₄=40мм

Допускаемая деформация для печатного узла: .

е_x1==9,510^-6; K₃₁==21

е_x2==11,510^-6; K₃₂==104

е_x3==2,810^-6; K₃₃==71,5

е_x4==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.; t_x=17,5 мм; t_y=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-у_BP=80МПа К₃=2МПа.

Количество микросхем на плате: N_x=3 (по горизонтали); N_y=5 (по вертикали); N=N_xN_y=15; m_сх=2г*15=30г.

M=m_сх+m_платы=сhbl+m_сх =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 A_v=B_v=0,5ql, изгибающий момент в произвольном сечении: M_y=0,5qf_x-0,5qx², то выражение для прогиба:

W (x)=(x⁴-2lx³+l³x).

Максимальный прогиб имеет место при и составляет ,

J_y— осевой момент инерции.

J_y =bh³/12=11,66*10^-12 м⁴

щ_max=(5/384)/(q/EJ_y)=0.048мм

=0.01*157*10^-3=1.57мм

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=0.002м; 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=0.0175м; h=0.002м; m=2110^-3кг; ї=30м/c²; г _{текстолита}=0,05; E=30ГПа; у_Вр=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 К_max-коэффициент формы колебаний=1,> м _Bmax=40.

Суммарное распределение нагрузки: q_У=q_cm+q_q, где q_cm-статически распределенная нагрузка, равная 1.3, q_q-динамически распределенная нагрузка, равная q_q

q_У= M*ї *м _Bmax /l=160 .

=-полный изгибающий момент от суммарно распределенной нагрузки. Полное напряжение: =/W_y = (q_У*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):

W_Уmax= W_g.max+W_ст.max,

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

W_ст.m.=0,026 мм.

W_g.m= W_b.max*z _м, м _Bmax-коэффициент передачи м _Bm.=20 z _м-перемещение блока на резонансной частоте f₀:

z _м==

W_Уmax= м _Bmax*+ W_ст.max=0.002

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

Условие прочности: W_Уmax<; 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=0.0175м; h=0.002м; m=2110^-3кг; f₀=42.7Гц.

1.,

где

при 4,3мс.

2.

3. P_д=mz^||=3,15Н

P_ст=mg =0.2 Н; q=(P_д + P_ст)/l=.21 Н/м

4. M_ymax=0.125ql²=0.004

5. у_max= M_ymax/W_y=6 M_ymax/(bh²)=2,5КПа у_max= 2,5КПа< [у]=20МПа, следовательно, условие прочности выполняется.

Анализ динамической жесткости печатного узла при воздействии ударов.

1. w_дин. =z^||_m / w²= z^||_m/(2Пf₀)²=1,9 мм

2. w_стат.=0.026 мм

w_max = w_стат +w_дин.=1,926 мм

3. w_max.=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.

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