Выбор несущих конструкций и корпусирование блоков и устройств

Элементы несущих конструкций ЭС предназначены для размещения и крепления компонентов электрической части изделия, передачи и распределения температурных нагрузок, защиты от механических воздействий и др. факторов внешней среды.

Анализируя структурные уровни ЭС можно выделить соответствующие им структурные уровни базовых несущих конструкций (табл. 5.4).

Таблица 5.4

Обозначения Структурного уровня	ЭС	БНК
	ЭРЭ, ИС, БИС (покупные изделия)   Объемные модули, микромодули, МСБ   Функциональные узлы   Блок     Конструктивно и функционально законченное изделие (собственно РЭА)	Подложка, корпус   Плата     Плата в сборе   Каркас (корпус)   Стойка, шкаф, стеллаж, рама

Кроме указанных БНК, при конструировании ЭС всех структурных уровней применяют другие элементы несущих конструкций: профили, основания, направляющие, кожухи, обшивки, основания, рамки, панели, экраны, воздуховоды, радиаторы, элементы фиксации, элементы крепления и др.

Выбор материалов и правила конструирования печатных плат достаточно известны из литературы и частично были рассмотрены нами ранее. Остальные элементы несущих конструкций, как правило, выполняются из металлов и сплавов и выполняют роль элементов жесткости общей конструкции. В некоторых случаях они несут силовую нагрузку и поэтому должны быть рассчитаны согласно основным формулам теории прочности и упругих деформаций.

Металлические рамки (рис. 4.12) предназначены для крепления микросхем в функциональной ячейке. Рамка выполняется из профилированного материала - легких алюминиевых сплавов АМц, АМг, Д16, В95, магниевого сплава МА-8 или титанового сплава ВТ1-0. Алюминиевые сплавы имеют покрытие медь-никель-олово для пайки пленок.

Корпус блока МЭА выполняются примерно из тех же сплавов и имеет 2 варианта конструкции. В первом варианте (рис. 4.20) корпус представляет собой коробчатое основание и крышку. Коробчатое основание, внутри которого размещаются функциональные ячейки, шлейфы, стяжные болты, децентрализованные ячейки питания, имеет четыре стенки толщиной 3-4 мм и пятую, на которой укрепляются разъемы, гермопроходники, трубка-штенгель и т.п., толщиной 6-10мм. На этой же стенке как снаружи, так и внутри могут быть запрессованы стальные или титановые резьбовые втулки (для установки блока на объекте или внутриблочного крепления). Они могут быть расположены также на донной стенке корпуса. Верхняя крышка толщиной 2 мм припаивается к основанию по шву.

Во втором варианте (рис. 4.30) верхняя крышка также припаивается к основанию паяным швом, но она имеет толщину 6-10мм, т.к. на ней располагаются разъемы, трубка-штенгель, приливы-бобышки и т.п. Вместе с ними крышка имеет высоту порядка 18-20 мм. Кожух - основание представляет собой прямоугольную коробку с толщиной стенок 2-3 мм. Для лучшего теплообмена с окружающей средой корпус часто делают оребренным с высотой ребер 6-8 мм.

В негерметичной наземной аппаратуре корпуса обычно выполняют штампованными из стали или дюраля толщиной 1-2,5 мм с вырубкой в стенках отверстий и жалюзей для вентиляции. Роль утолщенной стенки в них выполняет лицевая панель с органами настройки, контроля и коммутации.

В морской аппаратуре корпуса выполняют, как правило, литыми (сплавы АЛ2, АЛ9, Мг5 и др.). В них предусматривают герметизацию с помощью уплотнительных прокладок, сальников из промасленного фетра и т.п.

В стационарной аппаратуре блоки объединяются в фермы и стойки, шкафы (рис. 5.2), которые чаще всего выполняют из профильного материала (уголковой прокатной стали). Соединения уголков производят либо сварной встык, либо замком с последующей сварной. Для жесткости применяют косынки.

Рис. 5.2. Шкаф стационарный вычислительной машины "Наири"

Важным вопросом при конструировании блоков авиационной, космической, полевой, корабельной и другого назначения РЭА является обеспечение герметичности корпуса. Герметичность обеспечивает нормальную работу блока при пониженном давлении, осадках, повышенной радиации и др. дестабилизирующих факторах внешней среды. Выбор способа герметизации зависит от требований ТУ, предъявляемой к блокам в условиях эксплуатации.

Степень герметичности блока определяется величиной истечения газа из его объема за определенный отрезок времени и может быть рассчитана по формуле:

,

где - степень герметичности, ;

- объем блока, литр;

- величина давления в блоке, мкм рт.ст.;

Т - срок службы или хранения блока, с.

Для аппаратуры ответственного назначения с объемом свободного газа 150-200 см³ при физическом объеме блоков 400-500 см³ требуемая степень герметичности составляет , что обеспечивает поддержание давления внутри блока близкого к нормальному в течение 8 лет.

Для аппаратуры менее ответственного назначения или разового применения степень герметичности может быть порядка .

В первом случае применяют блоки из негерметизированных ФЯ с общей герметизацией "паяным " швом. В этом случае в зазор между крышкой и корпусом-основанием по всему периметру закладывается уплотнительный шнур-прокладка из термостойкой резины ИПР. Ширина прокладки должна быть на 0,2-0,3 мм больше ширины зазора. Это обеспечивает центрирование крышки при пайке и в то же время не пропускает образующиеся пары флюса и припоя внутрь блока. Далее на прокладку по всему периметру накладывается стальная облуженная проволока диаметром 0,8 мм, образуя промежутки в зазоре порядка 0,1-0,2 мм для заполнения припоя. Пайка проводится припоем ПОС-61 с флюсом ФСК (канифольно-спиртовой). Один из концов проволоки выводится из шва через паз в крышке. Это дает возможность вскрывать крышку при ремонте блока и вновь запаивать до 3-5 раз. После пайки через трубку-штенгель в блоке создают разрежение до 10^{-2 мм рт. ст. и проверяют его на гелиопроницаемость с помощью специального прибора. Если герметичность шва обеспечена, то через трубку-штенгель блок заполняют сухим азотом до давления 1,3 атн, которое за 8 лет хранения при герметичности, указанной выше, снижается до 1 атн. После заполнения трубку-штенгель обжимают, сваривают и откусывают.}

Во втором случае герметизацию блоков проводят с помощью уплотнительных резиновых прокладок, закладываемых по периметру в паз основания- крышки. Прокладка должна быть шириной не менее 2 мм и должна выступать над пазом. При этом ширина ее будет несколько меньше и стягивания их стяжными болтами резиновая прокладка равномерно заполняет все сечения паза. Торцы крышки и кожуха должны иметь чистоту стыкуемых поверхностей не хуже 6 класса. Срок службы резиновых уплотнителей составляет 2-3 года. Кроме этого, известные недостатки резины (низкая морозостойкость, старение, изменение структуры под действием агрессивных сред, солнечной и ядерной радиации) снижают эффективность этого метода.

При применении уплотнительных прокладок и стяжных винтов, а также при пайке по шву, необходимо учитывать, что с изменением высоты вследствие разности давлений внутри и снаружи корпуса на крышку блока действует сила пропорциональная площади крышки и величине, внутреннего избыточного давления.

,

где - величина давления внутри блока, мм рт.ст;

- величина давления снаружи блока, мм рт.ст.;

- площадь крышки.

Например, при подъеме на 20 км величина давления наружного воздуха составляет 30 мм рт.ст. при этом сила F определяется для площади крышки равной 150 см² как:

кг.

Эту величину необходимо учитывать при выборе числа и диаметра стягивающих винтов или марки припоя при поверочном расчете на прочность.

Герметизация разъемов типа РПГ, РПС и "Наири" осуществляется четырьмя способами: прокладками (рис. 5.3), прокладками и заливкой компаундом (рис. 5.4), опайкой монтажной платы разъема с корпусом с последующей заливкой (рис. 5.5).

Рис. 5.3. Герметизация вилки соединителя РСГ с помощью уплотнительной прокладки: 1 – вилка разъёма;

2 – корпус блока; 3 – уплотнительная прокладка

Рис. 5.4. Герметизация вилки разъёма РСГ с помощью уплотнительной прокладки и компаунда: 1 – вилка разъёма;

2 – корпус блока; 3 – уплотнительная прокладка; 4 – компаунд

а) б)

Рис. 5.5. Герметизация вилки разъёма РСГ (а) и РПС1 (б) опайкой платы и заливкой компаундом: 1 – вилка разъёма;

2 – монтажная плата; 3 – корпус блока; 4 – прокладка;

5 – компаунд

Прокладка выполняется из термостойкой резины прямоугольного сечения. Монтажная плата из стеклотекстолита или керамики имеет металлизированную поверхность по торцу и по периметру с двух сторон. Ширина металлизированного канта равна 1,5-2 мм. Для заливки применяют компаунды ЭЗК-7 (эпоксидный) либо "Виксинт" (кремнийорганический).