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

Рис. 4. Односторонне ребристый теплоотвод

Оптимальные величины размеров найдены экспериментально; толщина ребра δ выбирается из технологических соображений :

δ = 1 – 3 мм;

толщина плиты теплоотвода d выбирается из условий минимального пути теплового потока, а также из конструктивных и технологических соображений:

d = 3 – 5 мм;

расстояние между ребрами В выбирается больше толщины погранич ного слоя А, величина которого зависит от способа охлаждения; при eстeственной конвекции А = 8 – 10 мм :

В ≥ (2 - 3) δ или В = l – δn;

n – 1

высота ребра h выбирается из условия

> ,

где а - суммарный коэффициент теплоотдачи; при ориентировочном расчете для естественного воздушного охлаждения.принимается а = 10 - 100 ккал/м2 ∙В ∙град; рекомендуемая высота ребра h ≤ 40 мм; протяженность ребра Lmin выбирается по графику (рис.5) в зависимости от теплового сопротивления R_ТС и температуры перегрева Т_Т - Т_С .

Рис. 5. График зависимости минимального теплового сопротивления теплоотвода от Lmin и Т_Т - Т_С .

Длину стороны плиты теплоотвода, на которой развиты ребра, определяют по формуле

l =[ B (n - 1) + 2n] мм,

где n - количество ребер, или из условия

n = l + B шт l ≈ L .

B + δ ,

Общая площадь теплоотвода ST складывается из площади глад- кой поверхности Sгл и площади оребренной поверхности Sоребр.

S_T = Sгл + Sоребр

Для одностороннего оребрения при креплении транзистораглад-кой стороны

Sоребр = S₁ + S₂ + S₃

где S₁ = (n - 1)( B + 2h)h см²

S₂ = (n δ + 2h)h см²

S₃ = 2n δ h см².

Для двухстороннего оребрения:

Sоребр = Lh2n_i (l₁ + l₂)h2 n_l1+l2 +lh + 2n_i δh + 4h δ n_l1+l2 ;

где n_i - число полных ребер;

n_l1+l2 - число неполных ребер.

д) определение коэффициента теплоотдачи.

Теплообмен с окружающей средой происходит за счет конвекции и лучеиспускания с i – й поверхности (гладкой и оребренной):

a_i = a_ni + a_ki ; a_гл = a_kгл + a_nгл ; a_оребр = a _n.оребр + a _k.оребр

У ребер теплоотвода и кожухов тапловой поток распространяется ламинарно и локонообразно, поэтому теплообмен осуществляется по закону степени ¼:

a_ki = А₂ ((Т_Т - Т_С )/ h) ^¼ ,

где L – определяющий размер.

При различной ориентации ребер теплоотвода формула примет вид:

для вертикально ориентированных ребер:

a_ki = 5,62 А₂ (Тт) ((Т_Т - Т_С )/ h) ^¼ Вт/м² град ;

для горизонтально ориентированных ребер, обращенных вверх:

. aki = 1,3 ∙ 5,62 А2 (Тт) ((ТТ - ТС )/ h) ¼ Вт/м2 град ;

для горизонтально ориентированных ребер, обращенных вниз:

a_ki = 0,7 ∙ 5,62 А₂ (Тт) ((Т_Т - Т_С )/ h) ^¼ Вт/м² град ; значение А₂ берется из табл. 15; Тт = Т_Т + Т_С

Рис. 6. График зависимости В = ((Т_Т - Т_С )/ h) ^¼

Значение ((Т_Т - Т_С )/ h) ^¼ можно определить по графику (рис. 6).

Значение a_k берется по графику (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость коэффициента теплоотдачи за счет конвекции:

1 – горизонтальная ориентация пластины нагретой зоной вверх;

2 – вертикальная ориентация пластины;

3 - горизонтальная ориентация пластины нагретой зоной вниз.

Значение ak зависит от давления окружающей среды:

a_k (H) = a_k A (H₀),

где А - коэффициент, определяется из графика (рис.8).

Рис. 8. Зависимость коэффициента А для вычисления ak (H)

Рис. 8.

Коэффициент теплообмена лучеиспусканием определяется поформуле:

a_ni = ε_ni φ_ij f (T_T , T_C)

(определение α_ni см. в п. 3, 2),

для гладкой поверхности φ_ij = 1 ,для ребристой –

φ_ij = . В ;

2h + B

е) определение мощности, рассеиваемой теплоотводом.

Общая расчетная мощность, рассеиваемая теплоотводом Робщ.расч. , складывается из мощности, рассеиваемой гладкой поверхностью Р_гл , и мощясста, рассеиваемой оребренной поверхностью Роребр.:

Робщ.расч = Ргл + Роребр

Ргл = а_гл Sгл (T_T - T_C)Bгл

Роребр = [a_k (T_T - T_C) + a_n (T_T - T_C)]Sоребр где TC - температура среды между ребрами T_C = T_T – К.

Значение коэффициента К определяется из графика (рис. 9).

Рис. 9. Зависимость коэффициента К для определения температуры среды между ребрами

ж) определение теплового сопротивления R_{Т.С.расч.} :R_Т.С.гл. = . 1 . ºС/Вт ,

а_гл ∙ Sгл

R_{Т.С.оребр} - тепловое сопротивление оребренной поверхности;

R_{Т.С.оребр} = T_T - T_C ºС/Вт;

Р_оребр

и) проверка правильности расчета

R_{Т.С.расч} ≤ R_Т.Сисх

R_{общ.расч} ≥ Pисх.дан

Если условия неравенства не выполняются, то изменяют размеры теплоотвода и расчет повторяют.

ПРИМЕЧАНИЯ.

1. Для расчета теплоотвода типа пластины расчет ведется только для гладкой поверхности.

2. Для расчета теплоотвода, оребренного с двух сторон, расчет ведется только для оребренной поверхности.

3. Некоторые данные для расчета теплоотводов приведены в табл. 16.

Таблица 16

Тепловыехарактеристики некоторых полупроводниковых

приборов

3.3. Механический расчет конструкции

3.3.1. Механический расчет конструкций проводится в том случае, когда изделие подвергается воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются каждой детали, входящей в конструкцию. Некоторые ориентировочные значения механических нагрузок в зависимости от назначения аппаратуры приведены в табл. 17, 18.

Таблица 17

Механическое воздействие на аппаратуру при эксплуатации

ПРИМЕЧАНИЕ. Общими видами воздействий являются удары с ускорением до 200 g и более. Их значения оговариваются в техническом задании на изделие.

Aппаратура, транспортируемая не всех видах сухопутного транспорта, должна выдерживать падение с высоты 1 - 1,5 м к воздействию ударов с ускорением 50 - 100 g при частоте 100 Гц.

Таблица 18

Механические воздействия на аппаратуру при

транспортировке

Механический расчет заключается в определении собственных частот элементов конструкции и изделия в целом, определении прочностных характеристик в зависимости от перегрузок, выборе амортизаторов и амортизированной системы.

3.3.2. Определение частоты собственных колебаний (резонансной частоты элементов конструкции)

Элементы конструкций характеризуются своими механическими резонансными частотами, которые могут вызвать чрезмерные механические напряжения, влекущие за собой либо недопустимые деформации, либо разрушения.

При расчете элементы конструкций условно предоставляются в виде физических тел простейших геометрических форм: балок с различным сечением, пластин и т.п. с распределенными или сосре- доточенными нагрузками, определенным образом закрепленными.

Резонансная частота f , Гц определяется по формуле:

где l - длина балки, см;

Е - модуль упругости l-гo рода кг ∙с/см² ; выбирается из табл. 20;

J - момент инерции сечения, см⁴ ;

для прямоугольного сечения J = b h³

12

для квадратного сечения J = b⁴ ;

12

для круглого сечения J = π d⁴