Расчет собственной частоты колебаний печатного модуля
2 Цель работы:Рассчитать собственную частоту механических колебаний печатного модуля и определить способ крепления модуля в блоке.
3 Теоретические сведения
В процессе эксплуатации и транспортировки электронное средство (ЭС или ЭВМ) может подвергаться воздействию внешних механических сил: вибраций – периодических колебаний или ударов –кратковременно действующих сил линейных ускорений.
Как показывает опыт эксплуатации электронных средств (ЭС),
наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию оказывают вибрации. Как правило, конструкция, выдержавшая воздействие вибрационных нагрузок в определенном частотном диапазоне, выдерживает ударные нагрузки и линейные ускорения со значительно большими величинами соответствующих параметров. Поэтому рассмотрим лишь анализ устойчивости конструкции ЭС (ЭВМ) к действию вибрационных нагрузок.
Под прочностью конструкции понимают величину нагрузки, которую конструкция может выдержать без остаточной деформации или разрушения.
Жесткость конструкции есть отношение действующей силы к величине деформации, вызванной этой силой.
Вибропрочность – способность ЭС работать в условиях воздействия вибрационных нагрузок.
Виброустойчивость – способность конструкции противостоятьразрушающему действию вибрации и продолжать нормально работать после устранения вибрационных нагрузок.
Особую опасность представляют вибрации, частота которых совпадает с собственными частотами элементов конструкций. Поэтому при конструировании стараются сделать конструкцию составных частей и ЭС в целом таковой, чтобы ее собственная частота не совпадала с частотами из диапазона нагрузок. Поэтому расчет собственной частоты конструкции является одним из основных при определении
её вибропрочности.
Элементы конструкции имеют самую различную конфигурацию и расчет их вибропрочности очень сложен. Поэтому элементы конструкции представляют в виде упрощенной модели, для которой определяют собственную частоту f0.
Различают пластинчатые элементы (монтажные платы, днища, основания, боковые, нижние и верхние стенки и т.д.) и балочные элементы (кронштейны, детали крепления, большинство ЭРЭ и т. д.).
Печатные платы относятся к пластинчатой конструкции. То есть расчетная модель представляет собой тонкую пластину, у которой размеры длины и ширины много больше размера толщины.
Расчет собственной частоты таких пластин может осуществляться двумя способами:
1. Первый способ для точечного крепления платы на шасси (рис. 3.1).
Собственная частота f0 пластин с n=4, 5, 6 точками крепления выражается формулой:
f0 = 1,57×(А+1/б2)×(Д/m0)1/2, (3.1)
где:А = 1/а2, при n=4; А = 4(а2 + б2), при n = 5; А = 0,25/а2 , при n = 6;
Д = 0,09Е×h3 – жесткость платы;
h – толщина пластины (платы);
m0 = Р/а×б×g – распределенная по площади масса;
Р – вес платы с электрорадиоэлементами;
g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения; Е – модуль упругости (для материалов платы на основе бумагиЕ=10 ГПа, на основе ткани Е=20 ГПа, на основе стеклоткани Е=30
ГПа).
Паскаль – это давление, измеряемое в Н/м2. Приставка «гиго» имеет размерность, равную 109.
Рисунок 3.1 – Точечное крепление платы: а – в четырех точках; б – в пяти точках; в – в шести точках.
2. Второй способ для неточечного крепления в блоке (рис. 3.2) и их различных сочетаний.
Рисунок 3.2 – Варианты креплений сторон платы: а – жесткое крепление стороны платы; б – сторна жестко не закреплена, а лишь опирается на элемент конструкции; в – свободные стороны.
Собственная частота с неточечным закреплением платы выражается формулой:
f0= 0,159 Кα×(Д/m0)1/2/а2, (3.2)
где: Кα вычисляется по формулам приложения 44.
При выборе закреплений сторон платы следует руководствоваться следующими правилами:
1. Сторона считается свободной, если к ней не прикасается никакой элемент конструкции блока или стойки.
2. Сторона считается опертой, если плата вдвигается по направляющей.
3. Сторона считается жестко закрепленной, если плата сочленяется с элементом конструкции с помощью врубного разъема или прижата с усилием к элементу конструкции, например с помощью резиновых прокладок, приклеенных к крышке блока, и т.д.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Выбрать способ крепления печатного узла в блоке или стойке.
4.2 Определить материал печатной платы.
4.3 Рассчитать вес платы, учитывая плотности материалов: для гетинаксов ρ ≈ 1,7–1,8 г/см3, для стеклотекстолитов ρ ≈ 2,0–2,05 г/см3.
4.4 Просуммировать массу всехэлектрорадиоэлементов, устанавливаемых на печатной плате и прибавить к массе платы.
4.5 Определить габаритные размеры печатной платы.
4.6 Рассчитать по формуле (10.1) или (10.2) собственную частоту печатного узла с распределенной нагрузкой.
4.7 Сравнить собственную частоту платы с допустимым диапазоном вибраций, заданным условиями эксплуатации.
4.8 Сделать выводы о пригодности выбранного способа крепления печатного узла в блоке или стойке или мерах по защите узла от вибраций.
5 Содержание отчета
5.1 Представить отчет в виде раздела пояснительной записки контрольной работы согласно пп. 1-8. Отчет выполнить на компьютере.
6 Контрольные вопросы и задания
6.1 Что понимается под жесткостью конструкции?
6.2 Дайте определения вибропрочностии виброустойчивостиконструкции.
6.3 Какие модели лежат в основе расчета вибропрочности и виброустойчивости конструкций?
6.4 По какой модели рассчитывается собственная частота колебаний печатного узла?
6.5 Какие способы крепления печатных узлов лежат в основе расчета собственной частоты колебаний печатного узла?
6.6 В каких единицах измеряется модуль упругости материала печатной платы?
6.7 Переведите ГПа в Н/м2.
6.8 В скольких точках может крепиться печатный узел в блоке?
Практическая работа 16
Оценка технологичности конструкции по комплексному показателю технологичности
2 Цель работы: приобрести навыки в расчете комплексного показателя технологичности конструкции, оценки изделия на технологичность.
3 Краткие теоретические сведения
Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности конструкции.
Количественная оценка технологичности конструкции изделия должны проводиться на стадиях разработки технической документации применительно к изготовлению опытной партии, установочной серии и серийного (массового) производства.
Изделия, изготавливаемые в единичном экземпляре или ограниченном количестве количественной оценке на технологичность конструкции, как правило, не подлежат.
Методика количественной оценки технологичности конструкции.
Суть количественной оценки технологичности конструкции согласно ГОСТа 14204 – 73 и ОСТ 4.ГО.091.219 заключается в определении комплексного показателя технологичности и сравнения его величины с величиной нормативного показателя технологичности Кн.
Это отношение должно удовлетворять условию:
Значения нормативных показателей технологичности конструкции (Кн) приведены в таблице 3.1 при этом изделие РЭА условно разбиваются по конструктивно-технологическим особенностям на 4 класса:
- радиотехнические (вторичные источники питания, передатчики и т.п.);
- электронные изделия (логические аналоговые блоки, блоки оперативной памяти, индикаторные, генераторы сигналов, приемо-усилительные блоки и пр.);
- электромеханические изделия (механизмы, приводы, отсчетные устройства, кодовые преобразователи);
- коммутационно-распределительные изделия (коммутаторы, распределительные коробки и пр.).
Приложение Г