2 Конструкция прибора

Разработанная конструкция зарядного устройства состоит из одного печатного узла и эргономичного переносного корпуса. В современной электронной аппаратуре печатная плата является основной несущей конструкцией, наиболее нагруженной и наиболее ответственной за работоспособность всего изделия в целом. Навесные элементы расположены параллельно плоскости платы, что придало ей требуемую жесткость. Радиоэлементы, обладающие наибольшей массой, установлены на печатную плату вплотную, и количество выводов у них способствует достаточно прочному и устойчивому креплению. Часть используемых элементов крепятся на печатную плату на нагруженных выводах. Элементы, установленные на плату на частично нагруженных выводах, менее уязвимы, чем элементы на нагруженных выводах.

Печатная плата выполнена из стеклотекстолита СФ-1-50, так как стеклотекстолит обладает высокой механической прочностью, низким водопоглощением, высокой химической  стойкостью, отличными диэлектрическими характеристиками и долговечностью. Стеклотекстолит превосходит текстолит по механическим свойствам, теплостойкости, стойкости к действию агрессивных сред и практически не ухудшает своих свойств при эксплуатации в течение 20 лет и более.  Печатные платы имеют небольшую массу.

Первая печатная плата крепится к стойкам корпуса двумя винтами, с установленными на ней ЭРЭ. ЭРЭ соединены с печатной платой пайкой, что обеспечивает надежность электрических контактов. Габаритные размеры печатной платы определяются в первую очередь характером применяемых элементов и плотностью их размещения. Использование микросхем способствует переходу не только к малой массе и размеру, но и к микротоку, а, следовательно, и к небольшому выделению тепла.

При разработке ПП микропроцессорной системы были рассмотрены несколько вариантов расположения элементов. Учитывая основные критерии был выбран наиболее оптимальный вариант. Главным критерием наилучшего решения служит правило двух минимумов: минимум пересечений и минимум длины связей. На основе этого правила и было выбрано такое расположение элементов, что позволило значительно сократить длину печатного монтажа, при этом сохранив необходимое расстояние между элементами и токопроводящими дорожками.

Элементы на печатной плате располагаются в соответствии с электрической схемой согласно технологическим требованиям.

Материал корпуса - АВS-пластик, который обеспечивает достаточную прочность, обладает стойкостью к действию агрессивных сред, влаги, долговечностью использования. Пластик не подвержен эффекту коррозии, не требует дополнительного покрытия, не требует технологического обслуживания и удобен в использовании. Является экологически чистым, имеет низкий вес, при этом имеет невысокую стоимость. Толщина стенок крышки и корпуса выбрана из технологических условий достаточна для обеспечения нормальной работы прибора согласно требованиям прочности и жесткости. В результате разработан корпус состоящий из двух крышек, которые крепятся к основанию. Основание обеспечивает надежное крепление двух крышек.

Корпус имеет удобный и современный дизайн.

3 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ВЫВОДОВ НАВЕСНОГО ЭЛЕМЕНТА

3.1 ВЫБОР МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Радиоэлементы, обладающие наибольшей массой, установлены на печатную плату вплотную, и количество выводов у них способствует достаточно прочному и устойчивому креплению. Элементы, установленные на плату на частично нагруженных выводах, менее уязвимы, чем элементы на нагруженных выводах. Таким образом, рассчитывать на прочность будем выводы навесного элемента, который установлен на плату на нагруженных выводах. Таким является резистор R1-4.

Реальный элемент (рисунок 3.1) при расчете на прочность заменяется математической моделью, вид которой зависит от типа радиоэлемента и способа его крепления. В качестве расчетной модели навесного элемента, закрепленного на выводах, принимаем прямоугольную раму с защемленными краями и сосредоточенной массой (рисунок 3.2).

Рисунок 3.1 – Установка реального элемента на ПП

Рисунок 3.2 – Математическая модель

3.2 РАСЧЕТ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ВЫВОДОВ НАВЕСНОГО ЭЛЕМЕНТА

Реальный элемент, а именно резистор R1-4 с параметрами:

L = 10 мм

D =6 мм

h =4,5 мм

d = 0,8 ± 0,1 мм

Выводы выполнены из холоднокатаной медной проволоки, для которой σ_в=400 МПа, σ_-1=100 МПа, Е=1,23*10⁵ МПа (1,23*10¹¹ Н/м²)

Определяем собственную частоту колебаний математической модели.

Для математической модели в виде упругой рамы в случае действия силы перпендикулярно оси навесного элемента и плоскости печатной платы, формула для расчета собственной частоты колебаний f₀ будет иметь вид:

,

где Е - модуль упругости материала выводов;

I – осевой момент инерции поперечного сечения вывода:

d – диаметр вывода, м;

- длина вывода от точки изгиба до радиоэлемента:

;

k - коэффициент, вычисляемый по формуле:

Определяем частотное отношение по формуле:

В дорезонансной зоне, когда , инерционная сила P_и, действующая на элемент, определяется как:

,

где g – ускорение свободного падения;

= 20 –вибрационная перегрузка.

Определяем изгибающие моменты в точках расчетной модели, где их значение наибольшее. Для данного случая изгибающие моменты максимальны в точках А и D и определяются по формуле:

В этих точках изгибающие моменты создают напряжения:

а) изгибающие напряжения, определяемые по формуле:

,

где - осевой момент сопротивления поперечного сечения вывода:

- площадь поперечного сечения вывода:

Эквивалентное напряжение в сечении при действии указанных напряжений определяется как:

,

где

Согласно условию прочности эквивалентное напряжение не должно превышать величины допускаемого напряжения для материала

.

Допускаемое напряжение в условиях действия знакопеременных нагрузок рассчитаем из выражения:

,

где - предел усталости – предельное напряжение, которое может выдержать испытуемый образец без разрушения за заданное количество циклов колебаний;

n- коэффициент запаса прочности, равный 1,8…2;

- эффективный коэффициент концентрации напряжений, равный 1.0…1.2

Условие прочности:

;

_9,5≤41,7;

Условие выполняется, поэтому указанный способ крепления резистора соответствует характеру и величине приложенных усилий, из условий динамической прочности.