6. Расчёт конструкции ячейки на вибропрочность

В процессе эксплуатации ПП в составе ячейки и блока подвергается механическим воздействия, к которым относятся вибрации, удары, линейные перегрузки [25]. Под вибрацией понимают механические колебания элементов конструкции или конструкции в целом.

Разрабатываемый прибор относится к наземной возимой РЭА, не работающей на ходу. Основные характеристики вибрационных воздействий составляют: частота от 1 до 80 Гц при ускорении = 19,6 м/с².

Наиболее чувствительным элементом является печатная плата.

Короткие стороны платы расположены в направляющих и считаются опертыми, на третьей стороне располагаются вилки разъемов, на четвертой - панель, считается что эти края защемлены [25].

Считается, что вибрация действует в плоскости, перпендикулярной плоскости ячейки. Возбуждение системы - кинематическое, так как источник вибрации внешний.

Размеры ячейки 150х240мм. Толщина пластины – 2,6 мм. Ячейка в блоке не имеет сосредоточенной массы. Учитывая плотность стеклотекстолита 1600 , и массу ЭРИ, масса ячейки примерно будет равна 0,55 кг.

Алгоритм расчета:

Частоту собственных колебаний рассчитывается по формуле:

где a = 0,15 м - длина пластины; b=0,26 м - ширина пластины; D-цилиндрическая жёсткость, которая рассчитывается по формуле:

где Е = 0,71*10¹¹ Н/м² - модуль упругости для материала платы; h=2,24*10^-3 м - толщина платы, мм; ν = 02 – коэффициент Пуассона для материала платы;

М-масса пластины с ЭРЭ, кг.

где h_мат – толщина листа материала, из которого изготовлена ПП; h_прокл – толщина изолирующего слоя.

К_а – коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины, определяется по формуле:

где k, α, β, γ – коэффициенты, зависящие от способа закрепления платы: k=9,87; α=1; β=0,57; γ=5,14. [23].

Следовательно, собственная частота равна:

Коэффициент динамичности определяется по формуле:

где ε = 0,07 - показатель затухания материала; η-коэффициент расстройки, который определяется формулой для максимальной частоты действующей вибрации:

Следовательно, коэффициент динамичности равен:

Амплитуда вибросмещения основания рассчитывается по формуле:

Коэффициент передачи по ускорению динамичности для кинематического возбуждения рассчитывается по формуле:

где К₁(x), К₁(y) - показатель затухания формы колебаний

К₁(x)=1,3

К₁(y)=1,3

Определяется виброускорение и виброперемещение для пластины в случае кинематического возбуждения:

где ξ_о(f) - амплитуда виброперемещения основания.

Следовательно, виброперемещение равно:

Максимальный прогиб платы относительно ее краев определяется по формуле:

Проверяется выполнение условия вибропрочности по следующим критериям:

Амплитуда виброускорения не превышает допустимое значение для элементной базы

а_доп=7 g

а_В<а_доп

Максимальный прогиб не превышает допустимого значения

Допустимый прогиб определяется по формуле:

Рассмотренный вид крепления печатной платы обеспечивает надежную работы системы в условиях вибрации, конструкция не требует дополнительных изменений.

7. Расчёт конструкции ячейки на ударопрочность.

Заданное ускорение а = 15g = 147,15 м/с²; длительность удара τ = 1-3 мс; удар единичный.

Алгоритм расчета:

Определяется условная частота ударного импульса. Определяется для наихудшего случая – наименьшей длительности 1 мс:

Определяется коэффициент передачи при ударе:

где ν - коэффициент расстройки, определяемый по формуле:

где - частота собственных колебаний.

Определяется ударное ускорение:

Определяется максимальное относительное смещение:

Проверка выполнения условий ударопрочности:

Минимально допустимая ударная нагрузка:

Условие ударопрочности:

Условия ударопрочности выполняются, следовательно, нет необходимости вносить изменения в выбранную конструкцию.