5 Расчет показателей качества конструкции блока ик-управления

5.1 Расчет массогабаритных характеристик

Целью данного расчета является определение массы и габаритных размеров блока ИК-управления, а также определение параметров, характеризующих качество компоновки конструкции.

Масса блока m_БИУ, г, определяется по формуле:

(5.1)

где m_КОРП – масса корпуса, г;

m_МУ. – масса модуля управления, г;

m_КР. – масса крышки, г;

m_{д. и к.э.} – масса деталей и конструктивных элементов блока, г.

Масса модуля управления m_МУ складывается из массы элементов (см. таблицу 4.1) и массы платы, которая определяется согласно выражению:

(5.2)

где ρ – плотность платы, кг/м³;

а, b, h – геометрические размеры платы, м³.

Подставляя значения ρ, а, b, h в выражение 5.2 получают:

Массу корпуса, крышки определяют взвешиванием. Поэтому для дальнейших расчетов следует использовать следующие значения: m_КОР =45 г, m_КР=18 г.

Суммарную массу блока с учетом масс всех деталей и конструктивных элементов m_{д. и к.э.}, входящих в его конструкцию, следует определять, воспользовавшись таблицей 5.1.

Таблица 5.1 - Расчет массы и объема блока

Наименование детали	Ni	Vi∙Ni, мм3	mi∙Ni, г
Модуль управления	1	369600	245
Корпус	1	638400	45
Крышка	1	33600	18
Детали и конструктивные элементы блока	-	-	5
ИТОГО:	-	1041600	313

Габаритные размеры блока ИК-управления определяются согласно компоновочному эскизу и равны: 140х120х40 мм. Объем блока V_Б, мм³ определяется следующим образом:

V_Б=А∙В∙Н, (5.3)

где А – высота блока, мм;

В – длина блока, мм;

Н – ширина блока, мм.

V_Б= 140∙120∙40 = 672000 мм³ ( 0,67 дм³).

Оценку качества компоновки конструкции производят на основе анализа рассчитанных значений коэффициента дезинтеграции по объему, удельной массы блока и плотности упаковки элементов в заданном объеме блока. Согласно таблице 5.1 суммарный объем элементов блока элементов равен 1041600мм³.

Коэффициент дезинтеграции по объему определяется по формуле:

(5.4)

Удельная масса блока определяется по формуле:

(5.5)

.

Плотность упаковки в заданном объеме блока находится согласно выражению:

(5.6)

.

Полученные результаты по массогабаритному расчету сводят в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Массогабаритные показатели блока

Наименование показателя	Единица измерения	Значение показателя
Объем блока (Vб)	см3	672
Плотность упаковки (V)	эл/см3	0,08
Коэффициент дезинтеграции по объему	-	0,65
Объем конструкции (VЭБ)	см3	1041
Общая масса конструкции	г	313
Удельная масса блока (б)	г/см3	0,47

Анализируя массогабаритные показатели блока ИК-управления, приведенные в таблице 5.2, делаем вывод об успешном удовлетворении требований технического задания по габаритам и массе.

5.2 Расчет вибропрочности блока

В процессе изготовления, транспортировки и эксплуатации РЭС подвергаются различным видам механических воздействий: линейным ускорениям, вибрации, ударам. Согласно ТЗ изделие должно быть стойким к заданным значениям внешних воздействующих факторов, поэтому необходимо математически подтвердить правильность выбора конструкционных материалов, методов крепления элементов на плате и т.д.

Для расчета вибропрочности РЭС целесообразно выбирать наиболее слабые элементы конструкции блока, которые в наибольшей степени чувствительны к механическим воздействиям. К таким элементам можно отнести печатную плату с размещенными на ней компонентами, так как от целостности платы зависит работоспособность всего блока.

Исходные данные для расчета вибропрочности платы модуля приводятся в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Исходные данные для расчета вибропрочности

Параметр	Значение
Геометрические размеры,
Плотность,	2,28 ∙103 кг/м3
Модуль упругости, Е	30,2∙109 н/м2
Коэффициент Пуассона, ε	0,22
Суммарная масса модуля	0,245 кг
Диапазон частот вибраций	1...80 Гц

Расчет производят по методике, изложенной в [3], где собственная частота колебаний печатной платы рассчитывается по формуле:

(5.7)

где a, b – размеры платы (а>b), м;

m_ПП, m_ЭРЭ – масса платы и компонентов (см. таблицу 5.1), кг;

– цилиндрическая жесткость платы, н ∙м;

Е – модуль упругости, н/м²;

ε – коэффициент Пуассона;

h – толщина платы, м;

α – коэффициент, зависящий от формы и способа закрепления платы.

Цилиндрическая жесткость ПП рассчитывается по формуле:

(5.8)

В проектируемой конструкции ФЯ крепится при помощи винтов в четырех точках, расположенных по периметру платы. Для такого способа закрепления (жесткое закрепление со всех сторон) ФЯ из [3] необходимо выбрать формулу для нахождения коэффициента α:

(5.9)

где p=5,14;

q = 3,13;

r=5,14.

Подставляя исходные данные из таблицы 5.3 в формулы 5.7-5.9 получается:

,

Согласно вышеприведенному расчету, частота собственных колебаний платы модуля не входит в диапазон частот вибрационных колебаний заданных в ТЗ (304Гц > 80жГц), отсюда следует, что резонанса платы не будет.

Однако при длительных воздействиях вибраций может произойти отказ ячейки из-за усталостных разрушений. Поэтому для обеспечения достаточной усталостной долговечности проверяется выполнение следующего условия:

(5.10)

где – минимально допустимая собственная частота платы, Гц;

– перегрузка при вибрациях, м/с²;

– безразмерная постоянная, зависящая от и ;

– размер короткой стороны платы, мм;

– ускорение свободного падения,

Согласно условию 5.10 получается:

Выполнение условия 5.10 в совокупности с вышеприведенным расчетом позволяет сделать вывод о том, что конструкция платы модуля вибропрочна, так как в ней отсутствуют резонансы и обеспечена усталостная прочность.

Заключение

В ходе выполнении курсового проекта были разработаны и оформлены: пояснительная записка с комплектом конструкторской документации на блок ИК-управления (БИУ). Пояснительная записка выполнена согласно CК-СТО1-У-37.3-16-11, графическая часть в соответствии с ЕСКД.

В данном курсовом проекте был проведен конструкторский анализ электрической схемы. Был выбран метод конструирования метод моноконструкций, при этом блок состоит из одной конструктивно законченной единицы – модуля управления, на котором расположены все ЭРИ устройства. Вариант компоновки был выбран таким образом, что модуль управления установлен горизонтально и крепится к основанию на 4-х бобышках при помощи винтов. Были выбраны конструкционные материалы, которые удовлетворяют требованиям технического задания.

В проекте были проведены проверочные расчеты: массы и габаритов блока, вибропрочности функциональной ячейки, которые подтвердили правильность выбора материалов и элементов, примененных в конструкции в сочетании с конструктивным исполнением блока.

В комплексе показателей качества, спроектированный в данном проекте блок в полной мере удовлетворяет требованиям технического задания.

Для усовершенствования изделия можно применить поверхностно-монтируемые ЭРИ, что даст выигрыш по массогабаритным показателям всего устройства.