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

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

Содержание

Исходные данные

Введение

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

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

. Определение частота собственных колебаний печатного узла

. Анализ динамической прочности и жесткости печатного узла при воздействии вибрации

. Анализ динамической прочности и жесткости печатного узла при воздействии ударов

Заключение

Список литературы

Исходные данные

Габаритные размеры в 30x200x180 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 17467- 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 10316-78 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

σ_x1==1.9МПа; K_з1==184,2

σ_x2==2.3МПа; K_з2==195

σ_x3 ==0,56МПа; K_з3==267,9

σ_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: σ_x1=1,9МПа; σ_x2=2,3МПа; σ_x3=0,56МПа; σ_x4=8,3МПа;

E₁= E₂= E₃= E₄=200ГПа; E_n=72ГПа

L₁=20мм; L₂=120мм; L₃=20мм; L₄=40мм

Допускаемая деформация для печатного узла: .

ε_x1==9,510^-6; K₃₁==21

ε_x2==11,510^-6; K₃₂==104

ε_x3==2,810^-6; K₃₃==71,5

ε_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=17,5мм; t_y=27,5мм; Δy₁=Δy₂=5мм;Δx₁=Δx₂=5мм.

Материал печатных плат-стеклотекстолит СФ-2-1,5-50 ГОСТ 10316-79 ρ=2000 .

Предел прочности-σ_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=ρhbl+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:

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

ω_max=(5/384)/(q/EJ_y)=0.048мм

=0.01*157*10^-3=1.57мм

Условие жесткости: < ;0,048мм<1,57мм  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:=30ГПа; b=0,0175м; h=0.002м; l=0,15м; 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=0,157м; b=0.0175м; h=0.002м; m=2110^-3кг; ż=30м/c²; γ _{текстолита}=0,05; E=30ГПа; σ_Вр=80МПа; К₃=2; f₀=42,7Гц.

Определить: Проверить прочность печатного узла в горизонтальном положении.

Коэффициент передачи μ _B для системы с распределенными параметрами, при частоте собственных колебаний, равной частоте воздействия вибраций (η==1):

μ _Bmax=,

где К_max-коэффициент формы колебаний=1,→ μ _Bmax=40.

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

q_Σ= M*ż *μ _Bmax /l=160 .

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

Предел выносливости: σ_-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_Σmax= 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.=0,026мм.

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

z _м==

W_Σmax= μ _Bmax*+ W_ст.max=0.002

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

Условие прочности: W_Σmax<; 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=0,157м; b=0.0175м; h=0.002м; m=2110^-3кг; f₀=42.7Гц.

1.,

где

, при t »4,3мс.

..

. P_д=mz^||=3,15Н

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

. M_ymax=0.125ql²=0.004

. σ_max= M_ymax/W_y=6 M_ymax/(bh²)=2,5КПа

σ_max= 2,5КПа< [σ]=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

. 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:

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

. 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

. 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.

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

. Конспект лекций по курсу «Прикладная механика».