Дипломная (вкр): Разработка конструкции пульта проверки азимутального блока

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена .

1.      Рассчитываем поверхность корпуса блока по формуле:

,

.

2.      Определяем удельную мощность корпуса по формуле:

,

.

. Необходимо рассчитать , т.к. график областей целесообразного применения различных способов охлаждения построен в координатах  и . Имеется два типа областей. Области, в которых можно рекомендовать применение определенного способа охлаждения, и области в которых с примерно одинаковым успехом можно применять два или три способа охлаждения. Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам охлаждения:

- естественное воздушное;

- принудительное воздушное;

- принудительное жидкостное;

- принудительное испарительное.

Области второго типа заштрихованы:

- возможно применение естественного и принудительного воздушного;

- возможно применение принудительного воздушного и жидкостного;

- возможно применение принудительного жидкостного и естественного испарительного;

- возможно применение принудительного жидкостного, принудительного или естественного испарительного;

- возможно применение принудительного жидкостного и принудительного испарительного.

Находим , а затем определяем по графику область целесообразного применения способа охлаждения. Выбираем область 1 - естественное воздушное охлаждение, которое является наиболее простым и распространенным способом охлаждения аппаратуры (рис. 3).

При естественном воздушном охлаждении выделяющаяся в аппаратуре тепловая энергия конвекцией и излучением передается корпусу аппарата и таким же путем рассеивается в окружающую среду. Этот охлаждения характеризуется сравнительно низкой эффективностью, но в данном расчете достаточно и его использования (как показали расчеты области целесообразного применения способа охлаждения по графику).

.3 Тепловой расчет

Этап. Расчет температуры корпуса .

Расчет по методике П2-2 пример П2-1 стр. 209 [2]

3.3.1 Расчет площади наружной поверхности корпуса

,

.

.3.2 Определение удельного теплового потока с поверхности корпуса

.

.3.3 Определение перегрева корпуса аппарата

Т. к. атмосферное давление среды H=760 мм рт. ст. больше 300 мм. рт. ст., то при определении перегрева  и коэффициентов , , ,  необходимо воспользоваться графиками рис. 4. [рис. П2-1, 2] и формулой [П2-9 а, 2].

Рис. 4. Графики для расчета среднего перегрева  корпуса аппарата.

По графикам находим: =0.97, =1, =0.98, =10C для H=3001500 =, где  - температура окружающей среды, равная 50 C.

=7.6 C.

.3.4 Определение температуры корпуса

,

=7.6 C+ 50 C= 57.6 C.

Этап. Расчет средней поверхностной температуры нагретой зоны .

Расчет по методике [П2-3, 2] пример [П2-2 стр. 218, 2]

3.3.5 Нахождение объемного коэффициента заполнения аппарата

, [П2-18, 2],

где  - объем пустого аппарата;  - объем занимаемый монтажными платами, шасси, модулями.

,

,

.

Отсюда .

.3.6 Нахождение толщин зазоров между корпусом аппарата и нагретой зоной

, , , [П2-19, 2],

м, м, м.

3.3.7 Нахождение основания , высоты  приведенной нагретой зоны

, [П2-17, 2],

=0.18 м.

, [П2-19, 2],

 м.

.3.8 Нахождение высоты зазора между приведенной нагретой зоной и корпусом аппарата

, [П2-19, 2],

=0.065 м.

.3.9 Нахождение площади приведенной нагретой зоны  и удельного теплового потока с единицы поверхности приведенной нагретой зоны

, [П2-20, 2],

.

, [П2-20, 2],

.

.3.10 Нахождение приведенной степени черноты  по [П1-89, 2]

=0.81.

.3.11 Нахождение среднего поверхностного перегрева нагретой зоны по отношению к корпусу

Т. к. давление в аппарате H=760 мм рт. ст. (нормальное атмосферное давление) больше 300 мм рт. ст. и h=0.075 м < 0.2 м, то при определении значений функций: , , , [П2-14, 2];

, , , [П2-15, 2];

, , [П2-16, 2];

Воспользуемся формулой [П2-21а, 2] , формулой h₁/l=0.33 и графиками рис. 5 [рис. П2-5, 2]:

Рис. 5. Графики для расчета среднего поверхностного перегрева нагретой зоны  над корпусом.

,

,

,

,

,

,

Отсюда

.3.12 Нахождение средней поверхностной температуры нагретой зоны

По формуле, [П2-12, 2], выражаем . Температура корпуса  определена на первом этапе. Подставляем значения в формулу и находим :

Проведенный тепловой расчет позволяет сделать вывод о том, что ни каких дополнительных мер по охлаждению РЭА предпринимать не нужно. Все элементы будут работать в нормальном тепловом режиме, при естественном воздушном охлаждении, поскольку < 70 ˚С.

4. Расчет на вибропрочность

При проектировании, конструировании и эксплуатации аппаратуры необходимо учитывать влияние вибрации. И это в первую очередь обусловлено тем, что действие механических нагрузок может вызвать дефекты и неисправности РЭА. Под вибрацией РЭА будем понимать колебательные процессы в ее конструкции, которые снижают надежность работы аппаратуры. По требованиям, установленным в ОСТ по механическим и климатическим воздействиям на возимую аппаратуру, диапазон синусоидальных колебаний: 1 - 200Гц, собственная частота не должна попадать в этот диапазон. В противном случае печатная плата разрушится. То есть необходимо, чтобы: . Чтобы выполнялось это условие, необходимо, чтобы собственная частота колебаний платы . 

Весь расчёт производится в программной системе ANSYS, что позволяет наглядно увидеть наиболее и наименее "напряжённые" места платы, посмотреть прогибы в этих местах. Данная программа работает совместно с программой SolidWorks, которая открывает огромные возможности для конструирования. В процессе создания радиоэлектронной аппаратура необходимо учитывать их размеры (а в каких-то случаях и упрощать их, то есть в случаях когда присутствует огромное количество элементов, что затруднит работу и последующий расчет в программе ANSYS), при этом не обязательно вычерчивать довольно маленькие элементы конструкции. Необходимо обеспечить достаточный объем виртуальной детали, соответствующий реальному объему. Поэтому вся необходимая работа в SolidWorks сводится к созданию 3-х мерной модели испытуемой платы с радиоаппаратурой, и правильному расположению радиоаппаратуры на плате.

Приступая к процессу расчета, определимся с его параметрами. В испытуемом изделии присутствуют две печатные платы, закрепленные на стандартном шасси. Крепление представляет собой стандартный разъем на 72 штыря и отверстия М3 под два винта. Одна из плат содержит большее количество радиоэлементов, при этом крупногабаритных, нежели на другой плате, нагруженной несколькими микросхемами, поэтому будем вести расчет на вибропрочность платы, которая вызывает большие опасения в прочности.

После моделирования объекта в SolidWorks открываем проект в программе ANSYS. Задаем места крепления (нижние грани платы и специальные отверстия). После чего необходимо удельную плотность материалов, из которых изготовлена конструкция. В нашем случае это стеклотекстолит для печатной платы и материал, созданный вручную, основной характеристикой будет являться удельная плотность , все остальные характеристики (модуль упругости, коэффициент Пуассона и прочие) будут примерно такими же, как у алюминия. После этого можно начинать расчет резонансной частоты конструкции. На рис. 4 показаны результаты расчета.

Рис.4 Результат расчёта резонансной частоты печатной платы (плата крепится разъемом и двумя винтами М3 снизу).

Результаты показывают, что резонансная частота конструкции 180.4 Гц, что не соответствует требованиям ГОСТ. Максимальный прогиб (красная область сверху платы) составляет приблизительно 0.2 мм.

Так как результаты неудовлетворительные, то было принято решение разработать конструкцию, позволяющую обеспечить резонансную частоту испытуемого изделия более 300 Гц. Конструкция представляет собой металлическую пластину, закрепленную на шасси по бокам от плат двумя винтами М3, имеющую сверху проушины для крепления обеих печатных плат (отверстия для крепления на плате находятся сверху по бокам). Результаты расчета показаны на рис. 5.

Рис.5 Результат расчёта резонансной частоты печатной платы (плата крепится разъемом, двумя винтами М3 снизу и двумя винтами М3 сверху ).

Результат расчета показал, что резонансная частота платы при данном способе крепления составляет 344.77 Гц. Максимальный прогиб составляет

.2 мм. Вторая плата будет крепиться к укрепляющей конструкцию пластине так же как и плата, по которой ведем расчет, поэтому в ее устойчивости нет сомнения. Т. к. рассчитанный параметр удовлетворяет требования ГОСТ, то расчет на вибропрочность можно считать оконченным.

В заключение данного раздела хочу сказать, что существует большое количество способов крепления и все они в какой-то мере обеспечивают требованиям ГОСТ, но условия эксплуатации весьма различаются, поэтому одни виды крепления можно использовать в одних условиях, когда в свою очередь в других они будут неприемлемы по различным условиям. Это могут быть и экономические вопросы, проблемы связанные с громоздкостью конструкции, недостаточной прочностью закрепления узлов для аппаратуры, использующейся в жестких условиях и прочие.