Расчёт среднеповерхностной температуры зоны

Исходные данные:

L₁ = d_эфф = 0,003 м;

L₂ = 0,15 м;

L₃ = 0,14 м;

e_з = 0,93 – степень черноты платы;

t_ср = 310 К – температура среды;

P = 6,23 Вт – мощность, рассеиваемая зоной;

E = 1 К – точность вычисления температуры.

Порядок расчета:

a) Задаем перегрев зоны D t^I_з – относительно окружающей среды в 1-ом приближении (5-10 градусов Кельвина);

b) Определяем температуру зоны в 1-ом приближении: t_з = t_ср+D t^I_з [К];

c) Рассчитываем среднюю температуру между нагретой зоной и средой

t_m = 0,5(t_з+t_ср) [К];

d) Рассчитываем площадь поверхности зоны: S_з = 2(L₂L₃+L₂L₁+L₃L₁) [м²];

e) Находим определяющий размер эквивалентного куба: [м];

f) Определяем вид теплового потока от зоны к среде по условию: ;

g) Если условие выполняется, то коэффициент теплообмена определяется по закону 1/4, иначе по закону 1/3:

Для конвективного: [Вт/К];

где t_з – предполагаемая температура зоны,

t_c –температура среды,

А₂ – коэффициент теплопередачи, зависит от вида окружающей среды, для воздуха А₂ = 1,34 (при 313 градусах Кельвина), А₂ =1,36 (при 303 градусах Кельвина).

Для лучевого: s_лс = e_к 5,57×10^-8 [(t_з⁴ – t_ср⁴) / (t_з – t_ср)]S_з.

Находим суммарную тепловую проводимость: s ^I_å= s_зс + s_лс.

Находим реальный перегрев корпуса: .

Проверяем условие ïD t^I_з - D t^I_зрï < E.

Если условие выполняется, то принимают перегрев зоны: D t_з = D t^I_зр.

Если условие не выполняется, то проводим расчет во втором приближении принимая D t^II_з = D t^I_зр и повторяют начиная со второго пункта. Расчет заканчивается в том приближении, в котором выполняется условие ïD t^I_з - D t^I_зрï < E.

Расчет:

Первое приближение:

1. D t^I_з =10 К;

2. t^I_з =310+10=320 К;

3. t_m =0,5´(630)=315 К;

4. S_з =2´(0,15´0,14+0,15´2×10^-2 +0,14´2×10^-2)=0,0437 м²;

5. L=0,085 м;

6. (0,84/0,085)³ =965,1 Þ 10 691,3;

7. s_зс =0,165 Вт/К;

8. s_лс =0,283 Вт/К;

9. s ^I_å =0,448 Вт/К;

10. D t^I_зp =6,23/0,448=13,9 К;

11. ïD t^I_з - D t^I_зрï=|10–13,9|=-3,9<E;

т.к. -3,9<E, то Δtз = 13,9 К.

Реальный перегрев зоны относительно среды D t^II_зр = 13,9 К. Среднеповерхностная температура нагретой зоны t_з =320 К. Дополнительных мер по охлаждению платы принимать не нужно, так как все элементы при таком значении перегрева сохраняют свою работоспособность (таблица 1).

 

 

5 РАСЧЁТ УСТОЙЧИВОСТИ ПЕЧАТНОГО УЗЛА К

МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

 

 

 

Расчет 1-ой резонансной частоты и прогиба ПП

Исходные данные для расчёта:

Длина платы (a) = 0,15 м.

Ширина платы (b)= 0,14 м.

r =1,85´ 10³ кг/м³ - плотность материала СФ-2Н-35-1,5;

h =1,5 ´ 10^{- 3 м} - толщина печатной платы;

E =3,02 ´ 10¹⁰ Н/м² - модуль Юнга;

m =0,22 - коэффициент Пуассона;

U = 50g - линейное ускорение.

a) Определяем цилиндрическую жесткость ПП:

Н/м;

b) Расчет массы ПП:

a ´ b ´ h ´ r = 0,15´0,14´1,5´10^-3´1,85´10³ = 0,058 кг;

c) Расчет массы радиоэлементов:

Масса микросхем: 1,1*8 + 3*2 + 2 = 16,8 г;

Масса резисторов: 0,15 *18 = 2,7 г;

Масса разъема: 6 *2 = 12 г;

Масса диодов: 1,5 *17 = 25,5 г;

Масса конденсаторов: 1 *4 + 1,8 *6 = 14,8 г;

Масса транзисторов: 0,18 г;

Масса реле: 3,7 г;

Масса соединителей: 6*2 = 12 г;

Суммарная масса всех элементов m_э= 0,087 кг.

d) Расчет резонансной частоты:

f_рез= ;

a=1/a² – для четырехточечного закрепления ПП;

f_рез= Гц.

Условие вибропрочности имеет вид f_рез³ 2f_max, где f_max -максимальная частота воздей­ствующих на плату вибраций.

Устройство в данном курсовом проекте соответствует III степени жёсткости вибронагрузок, так как для III степени f_max = 60 Гц и f_рез> 2f_max.

Условие вибропрочности выполняется и никаких дополнительных мер по повышению вибропрочности принимать не надо.

Расчет изгибающего напряжения от линейного ускорения

Максимальный прогиб при нагрузке Q = m ´ (U + g) равен:

1. Прогиб при линейном ускорении и одиночном ударе:

где A_z = 0,16 – коэффициент, зависящий от способа крепления;

м;

Принимаем за прогиб балки - минимальное значение из получившихся из расчета данных:

Z_s = min{Z_aa,Z_bb};

Z_s = Z_bb = 1,86×10^{-3 м.}

2. Расчет изгибающего механического напряжения:

;

где A_s = 4,8 – коэффициент, зависящий от способа крепления.

При l = a:

Максимальный прогиб ПП при линейном ускорении (50g) и при одиночном ударе составляет – 2,45×10^{-3 м. Максимальное механическое напряжение – 2,063}×10⁶ Н/м². Эти значения являются допустимыми так как для стеклотекстолита СФ-2Н-35-1,5 максимальное механическое напряжение, выдерживаемое материалом, составляет не менее 100´10⁶ Н/м².

Заключение

В результате проделанной работы был произведён анализ материалов и методов изготовления печатных плат, кроме того, был произведён расчёт печатного монтажа с учётом погрешностей изготовления, в котором было выяснено, что минимальные расстояния между печатными проводниками, проводниками и контактными площадками достаточны для гарантированной работы устройства. Расчёт характеристик печатного узла выявил, что взаимная ёмкость и индуктивность проводников не оказывают существенного влияния на работу схемы.

Было произведено преобразование сложной тепловой модели печатной платы со сложным рельефом в более простую модель, был произведён её тепловой расчёт, который показал, что температура нагретой зоны не сильно отличается от температуры окружающей среды, и что дополнительных мер по охлаждению принимать не надо.

Расчёт устойчивости печатного узла к механическим воздействиям показал, что печатная плата имеет запас по резонансной частоте для третьей степени жёсткости и выдерживает установленные линейные ускорения.

Масса печатного узла составляет m_пу = 0,087 кг. Общее число навесных элементов 54 шт. Количество монтажных отверстий составляет 74 шт. Диаметр монтажных отверстий выбраны из стандартного ряда номиналом 0,8 мм.

Список использованных источников

 

1. Романычева Э.Т., Иванова А.К., Куликов А.С. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. — М.: Радио и Связь, 1989. — 448 с., ил.
2. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование ЭВМ и систем: Учеб. пособие для втузов по спец. ”ЭВМ” и “Конструирование и производство ЭВМ”. — М.: «Высш. шк.», 1986. — 512 с., ил.
3. Ушаков Н.Н. Технология производства ЭВМ: Учеб. для студ. вузов по спец. «Вычислит. машины, комплексы, системы и сети» - 3-е изд., перераб. и доп. –М.: «Высш. шк.», 1991. – 416с., ил.

4. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. - М.: «Энероатомиздат», 1990. – 288с.:ил.

5. Лярский В.Ф., Мурадян О.Б. Электрические соединители: справочник. – М.: «Радио и Связь», 1988 г.

6. Фролов В.В. Язык радиосхем – М.: «Радио и Связь», 1988 г.

7. Нефедов А.В.. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. – М.: «КУбК-а», 1997 г.

8. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат. – М.: «Форум - Инфра-М», 2005 г.