Материал: Устройства автоматики и информатики. курсовое проектирование. Кисурин А.А., Бурковский В.Л

а) помещение аппаратуры в комнату, камеру и т.п. с искусственным климатом;

б) термостатирование высокочувствительных к температурным воздействиям узлов;

в)получение временного постоянства температуры оборудования за счет теплоизоляции.

Защита аппаратуры от действия тепла, выделяемого внутренними источниками, осуществляется следующими методами:

а) применением стойких к высоким температурам элементов;

б) сведением к минимуму выделения тепла (повышением электрической эффективности схемы);

в) защитой наиболее чувствительных элементов:

- размещением термически пассивных элементов возможно дальше oт активных;

- установкой между пассивными и активными элементами экранов, перегородок;

- применением непосредственной теплопередачи от активных элементов за пределы корпуса с помощью термических отводов;

- направлением охлаждающего воздуха или жидкости сначала через более холодные пассивные элементы, затем через более нагретые;

г) эффективным удалением выделяемого тепла:

-теплопроводностью (кондукцией) – 10% (через радиатор, шасси, корпус, порошкообразным окислом алюминия, тепловыми трубками);

- конвекцией – 80% (естественно-воздушная, принудительно-воздушная, жидкостное, непосредственное погружением, непосредственное погружением в перемешиваемую жидкость, жидкостное непосредственное принудительное, непосредственное разбрызгиванием, косвенное принудительное жидкостное, непосредственное охлаждение испарением, косвенное испарением);

- излучением - 10%;

- термоэлектрическим охлаждением (эффект Пельтье).

Рекомендации к конструированию с учетом обеспечения теплoвого режима оледущие:

- обеспечивать хорошее обтекание холодным охладителем всех элементов конструкции, особенно теплонагруженных;

- располагать теплонагруженные элементы ближе к стенкам;

- защищать теплочувствительные элементы от обтекания нагретым воздухом;

- при воздействии лучистой энергии теплочувствительные элементы защищать экранами;

- шасси с элементами располагать так, чтобы они отстояли от основания и боковых поверхностей кожуха не менее чем на 20 мм для свободного протекания воздушных потоков;

- все теплонагруженные элементы должны иметь хорошие тепловые контакты с несущими узлами (шасси, кожухи и т.д.);

-несущие узлы должны обладать большой теплопроводностью итеплоемкостью, иметь хороший теплообмен с окружающей средой, большую поверхность теплообмена; наилучшей является вертикальное расположение охлаждаемой поверхности, наихудшее - нижнеегоризонтальное; лучшими материалами по теплопроводности являются медь, алюминий и их сплавы;

- перфорированный кожух снижает перегрев на 20%;

- без вентиляционных отверстий применять кожуха при тепловых нагрузках до 0,05 Вт/см2;

- теплопроводники должны быть короткими; поверхности со-пряжения должны иметь хорошую обработку (УП класс и более), высокое контактное давление (q≈100 кГс/см2); при грубой обработке поверхности применять мягкие медные или алюминиевые

прокладки, теплопроводящие изоляционные паоты (КПТ-8), гальванические покрытия кадмием, оловом;

- применятогофрированный экран для охлаждения термо-нагруженных элементов типа ламп; при этом внутренняя поверхность черная, наружная ярко серебристая;

- заливочные смолы используют при тепловом потоке p≤0,015 вт/см2;

- для улучшения теплообмена вводят в смолу наполнители - окись алюминия, колотую смолу и др. вставляются полые трубки, металлические теплопроводники;

- для герметизации использовать свинцовые прокладки вместо резиновых;

- при работе изделия в разреженной среде рекомендуется ко-жух выполнять герметичным и внутри создавать нормальное давле-ние для облегчения отвода тепла от деталей к кожуху;

- теплопроводник должен обладать хорошей поглощающей способностью, при теплоотдаче - хорошей излучающей способностью;

- при принудительном охлаждении необходимо обеспечивать малое аэродинамическое сопротивление, хороший доступ холодноговоздуха к теплонагруженным элементам (элементы располагать в шахматном порядке), защищать внутренний объем от пыли, создавать резервирование принудительного воздушного потока, предусматривать автоматическое отключение блока в случае выхода изстроя вентиляции, шасси снабдить вентиляционными каналами;

- при жидкостном охлаждении необходимо герметизировать блоки, увеличивать механическую прочность контейнера, крепежных элементов, иметь аккумулятор (резервуар), теплообменник; охлаждающая жидкость должна быть инертна.

Выбор метода охлаждения должен быть экономически обоснован.

2.3.6.3. Защита от механических воздействий

Механические силы, действующие на аппаратуру во время эксплуатации и транспортировки выражаются, в виде вибрации - периодических колебаний, ударов (кратковременно действующих сил) и линейных ускорений. Эти воздействия являются случайными по времени и уровням и зависят от назначения аппаратуры (см.табл. 17).

При проектировании аппаратуры необходимо обеспечить вибро-прочность, виброустойчивость и удароустойчивооть ее.

Разрушение элементов конструкции под воздействием механических перегрузок происходит в момент, близкий к механическому резонансу, совпадение собственных частот колебаний деталей

и элементов с частотой вынужденных колебаний.

Повреждения могут быть следующих видов:

а) преждевременней выход из строя радиоэлементов:

- в электровакуумных приборах - замыкание электродов, обрыв подогревателя, нарушение вакуума, изменение электрических параметров;

- в реле - нарушение контактов, что ведет к увеличению пе- реходного сопротивления и нагреву (даже к выплавлению) контак­тов;

- в резисторах - обрыв проводящего слоя, повреждение сварных швов, образование промежуточных контактов;

- у конденсаторов - короткое замыкание, нарушение герметизации, возникновение микрофонного эффекта и др.;

б) поломка опорных конструкций;

в) разрыв монтажных проводов (мест соединения с детальюмест пайки, разрыв при натяжений);

г) разрушение шасси вследствие усталости материала поддействием длительной вибрации;

д) перенапряжения конструкций;

е) нарушение мест креплений й др.

Для защиты аппаратуры от механических воздействий определяет резонансные частоты элементов и конструкций и запас прочности при перегрузках. Если собственная частота находится в диа-пазоне вынужденных частот и запас прочности при перегрузках не­достаточный, то применяют конструктивные методы защиты:

- равномерно распределяют элементы и детали на плате, на шасси;

- элементы с большой массой располагают ближе к механически прочным конструкциям (элементам крепления); центр тяжести их должен находиться как можно ниже;

- избегают по возможности консольное крепление элементов;

- в плоских деталях используют ребра жесткости, отбортовки

и прочие элементы конструкции;

- резьбовые соединения защищают от самоотвинчивания;

- выбирают длину выводов элементов до пайки и длину соединительных проводов в зависимости от резонансной частоты;

- предусматривают проверку на отсутствие резонанса;

- амортизируют блоки или всю аппаратуру в целом.

В качестве амортизационных средств могут быть использованы как материалы, способные запасать механическую энергию и детали из них, так и специальные устройства – амортизаторы.

Применяемые материалы: эластичные клеи, смазки, герметики, стекловата и др. Защитные детали изготавливаются из войлока, фетра, пенополиуретана, простой и губчатой резины, эластичных пластмасс и пр.

Из конструкционных материалов относительно хорошо поглощают механическую энергию гетинакс, текстолит, фибра, свинец, красная медь и др.

Амортизаторы выбираются по статическим (реакция амортизатора от прогиба, жесткость) и динамическим (ослабление амплитуды колебаний, частота виброизоляции) характеристикам.

Глава 3. Основные методики выполнения расчетов

3.1. Расчет компоновочных характеристик.

Качество компоновки может быть определено весом P , объемом V, энергетическим коэффициентом полезного действия ŋэн , длиной соединительных трасс, характером работы оператора, технологич-ностью и пр. Основными характеристиками являются коэффициенты заполнения по объему К^vзап_.. и по весу К^Gзап :

а) К^vзап_. = ,

где Viуст - установочный объем элементов схемы, без которых невозможно выполнить основную целевую функцию;

Vуст = Vфиз + Vмонт + Vдоп ,

где Vфиз - физический объем элемента;

Vмонт - обьем, необходимый для монтажа;

Vдоп - дополнительный объем для зазоров, выбранных изусловия электрических параметров (например, U ) или по тех-нологическим соображениям;

Vij - объем разработанного устройства;

n - количество типов элементов;

Ni - количество элементов i -го типа.

Пример.

Определить установочный объем резистора ОМЛТ-0.25 ГОСТ 7113-71 при напряжении между токоведущпми частями U = 12В. Из ГОСТа или ТУ выбираются размеры элементов и требования к монтажу (расстояние до гнутья и пайки). Резистор 0МЛТ - 0,25.

Рис.1. Монтаж резистора ОМЛТ - 0,25 на плате : Vуст_R = L ∙ B ∙ H; L = l_физ + l_монт + l_доп; l_физ = l₁ = 8 мм ; l_монт = 2l₂ + 2R + 2d = 2 ∙ 3 + 2 ∙ 2 ∙ 0,8 + 2 ∙ 0,8 = 10,8 мм; l_доп = 1,5÷2 мм; выбирается из технологических требований. L = 8 + 10,8 + 1,5 = 20,3 мм; В = Вфиз + Вдоп;Вфиз = D = 3 мм, Вдоп = 1 мм.

Элементы рекомендуется устанавливать с зазором I мм для незалитых конструкций и 0,5 мм при заливке.

В =3 + 1 = 4 мм; Н = h_физ + h_доп; . h_физ = Д = 3 мм; h_доп = 1 мм (см. для «Вдоп»);

Н = 3+ 1 = 4 мм.

Vуст_R = 20,3 ∙ 4 ∙ 4 = 324,8 мм³, округляем до 0,33 см³

б) К^Gзап = ∑Gi Ni ,

G_y

где Gi - вес i -го элемента;

G_y - общий вес устройства;

в) определяем удельный вес устройства:

G’ = G_y ;

V_y

данные расчета сводятся в табл.9.

Таблица 9

г) полученные значения К^vзап и G’ не должны быть меньшерекомендованных значений в табл.11;

д) значения К^vзап и К^Gзап используются при сравнении компоновки однотипных устройств.

Для сравнения разных по конструктивному решению устройствприменяется показатель n шт/дм³ - количество деталей в единицеобъема

n = N

V

или определяется выигрыш по объему и весу сравнительно с устройст-вом на дискретных элементах:

К^vзап = Vдискр ; К^Gзап = Gдискр ,

Vмм G мм

где К^vзап; К^Gзап - коэффициент выигрыша по объему и весу;

Vдискр., Gдискр. - общий объем и вес устройства,собранного на.радиоэлементах;

V мм, G мм - объем и вес устройства, собранного с применением микроминиатюризации.

Таблица 10