- •6. Курсовое проектирование
- •6.1. Задачи курсового проектирования. Задание на проекты
- •Задание 1 Расчет прочности корпуса и выводов диода патронного типа свч-диапазона
- •Задание 2 Расчет прочности корпуса и выводов плоского диода с центральным винтом
- •Задание 3 Расчет прочности корпуса и выводов металлостеклянного полупроводникового прибора
- •Задание 4 Расчет прочности металлического корпуса со стеклянным изолятором и выводов полупроводникового диода
- •Задание 5 Расчет прочности металлического корпуса и выводов интегральной схемы
- •Задание 6 Расчет прочности металлокерамического корпуса и выводов интегральной микросхемы
- •Задание 7 Расчет прочности металлокерамического корпуса и выводов интегральной микросхемы
- •Примечание. Все размеры в табл. 6.14 указаны в миллиметрах. Задание 8 Расчет прочности металлокерамического корпуса и выводов интегральной микросхемы
- •Примечание. Все размеры в табл. 6.16 указаны в миллиметрах.
- •6.2. Методические рекомендации по расчету элементов конструкций
- •6.3. Методические рекомендации оформления чертежно-конструкторской документации
- •6.4. Точность изготовления деталей радиоэлектронной аппаратуры
Примечание. Все размеры в табл. 6.14 указаны в миллиметрах. Задание 8 Расчет прочности металлокерамического корпуса и выводов интегральной микросхемы
Общий вид конструкции прибора представлен на рис. 6.8. Исходные данные для расчета приведены в таблицах 6.15, 6.16. Коэффициент перегрузки к=50. Диапазон частот вынужденных колебаний – 900-1100 Гц. Расчет температурных напряжений необходимо проводить для деталей 1, 2 по линиям их контакта. Рабочие чертежи выполняются для деталей 1, 2.
Рис.
6.8
Таблица 6.15
Но-мер варианта |
Материал |
t, оС | |||
Деталь 1 |
Деталь 2 |
Деталь 3 |
Припой | ||
8-1 |
Вольфрам |
Керамика Вео |
Ковар |
ПОС-61 |
200 |
8-2 |
Никель |
То же М-7 |
Медь |
ПСР-72 |
700 |
8-3 |
Медь |
То же 22хс |
Серебро |
ПОИН КС |
400 |
8-4 |
Ковар |
То же А 995 |
АЛ-2 |
ПСР-72 |
600 |
Таблица 6.16
-
Номер
вари-анта
Деталь 1
Деталь 3
l
b
h
lвн
bвн
l
B
h
8-1
10
8
0.2
8
6
2…3
0.3
0.1
8-2
9
7
0.15
7
5
2…3
0.2
0.1
8-3
8
6
0.1
6
4
2…3
0.1
0.1
8-4
12
10
0.3
10
8
2…3
0.4
0.1
Номер
вари-анта
Деталь 2
l
b
h
l1вн
b1вн
h1вн
l2вн
b2вн
h2вн
8-1
12
10
1.5
10
8
0.5
9
7
0.5
8-2
11
9
1.2
9
7
0.4
8
6
0.4
8-3
10
8
1
8
6
0.3
7
5
0.3
8-4
14
12
2.1
12
10
0.7
10
8
0.7
Примечание. Все размеры в табл. 6.16 указаны в миллиметрах.
6.2. Методические рекомендации по расчету элементов конструкций
Выполнение расчетной части курсового проекта включает следующие работы:
●расчет прочности выводов прибора от инерционной нагрузки;
●расчет прочности выводов прибора при динамическом воздействии, т. е. когда на систему действуют вынужденные колебания с заданной частотой;
●расчет напряжений в элементах конструкции корпуса прибора при температурном воздействии;
Первый этап выполнения расчетов начинается с составления расчетной схемы, включающей схематизацию геометрии конструкции, ее закрепление, внешнее воздействие и материал, из которого она изготовлена (см. 2.3.).
Расчет прочности выводов прибора от инерционной нагрузки.Расчетная схема может быть представлена в виде стержня, жестко закрепленного с двух сторон, или стержня, жестко закрепленного с одной стороны и имеющего шапнирно-подвижную опору. Рекомендуется считать паяные соединения как шарнирно-неподвижные опоры, а винтовые соединения ─ как жесткое закрепление. Но в отдельных случаях возможен выбор комбинированного закрепления (шарнирная и жесткая опоры). Инерционная нагрузка рассчитывается из условиярa=mkg, гдеm– масса корпуса прибора;k– коэффициент перегрузки, который задается в исходных данных.
Точка приложения инерционной нагрузки выбирается из расчета центра масс элементов конструкции корпуса прибора.
Материал выводов считаются сплошным, однородным, изотропным и абсолютно упругим.
Расчетная схема является статически неопределимой стержневой системой, поэтому для определения реакций опор необходимо к уравнениям статического равновесия добавить дополнительные уравнения, пользуясь методом сил (см. 2.3.). Далее определяются внутренние усилия (в данном случае перерезывающую силу и изгибающий момент) и строятся эпюры внутренних усилий. По эпюре изгибающих моментов определяется опасное сечение, в котором и рассчитываются максимальные нормальные напряжения x. Согласно условиям прочности определяется запас прочности рассчитываемого элемента конструкции:x.т/n, гдет– предел текучести материала, из которого изготовлены выводы прибора;n– коэффициент запаса прочности.
Коэффициент запаса прочности должен быть не менее 1.5 при статическом внешнем воздействии и не менее 2 при динамическом воздействии.
Расчет прочности выводов прибора при динамическом воздействии(колебания упругой механической системы). Динамическая расчетная схема может быть представлена в виде стержневой одномассовой системы, так как массово-инерционные характеристики конструктивных элементов корпусов полупроводниковых приборов и микросхем значительно превышают массово-инерционные характеристики элементов (кристаллы, подложки и др.), размещенных в корпусе, которыми можно пренебречь.
После построения расчетной схемы определяется частота свободных колебаний системы f0. Из заданного диапазона частот поf0выбирается частота вынужденных колебанийf. Далее вычисляется коэффициент динамичности, рассчитываемый для случая кинематического возбуждения, так как на практике возмущающие силы прикладываются к основанию корпуса прибора, перемещение которых передается системе через жесткость и демфицирующие элементы закрепления. Определив динамическую силуPg, переходят к определению динамического изгибающего моментаМу, действующего в сечении стержня и построению эпюраМу. В опасном сечении, которое определяется по максимальному значениюМурассчитываются динамические напряжения и вычисляется запас прочности по условию прочности:g.-1/n, где-1– предел усталостной прочности материала (-10.5 в);n– коэффициент запаса прочности, который должен быть больше 2 (см. 2.2)
Подробно методика расчета динамических напряжений изложена в 5.
Расчет температурных напряжений в корпусе прибора. Температурные напряжения вычисляются для узлов корпусов приборов, включающих детали, изготовленные из материалов, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения. Вычисление температурных напряжений в заданиях на курсовое проектирование 1 – 4 может проводиться по расчетной схеме многослойных цилиндров (двух, трехслойные). Это обусловлено тем, что детали узлов корпусов полупроводниковых диодов имеют форму тел вращения и толщина стенкибольше 1/20D. Вводится допущение, что перемещения точек в сечении происходят вдоль радиуса, а осевые перемещения, при условии их существования распределены так, что сечения цилиндров остаются плоскими. После составления расчетной схемы записываются уравнения совместимости перемещений точек цилиндров и граничные условия.
Согласно граничным условиям записываются выражения для постоянных интегрирования СиD. Полученные выражения дляСиDподставляются в уравнение совместности перемещений и из их решения определяются неизвестные давленияр, действующие между стенками цилиндров.
По полученным значениям ропределяются значения постоянных интегрированияСиD. Затем вычисляются радиальные (r) и окружные () напряжения в точках сечения цилиндров. Число точек, в которых определяютсяrинеобходимо брать таким, чтобы обеспечить построение эпюрr и с достаточной точностью (см. 3, 4.2). По результатам расчета напряжений проводится анализ прочности каждой детали рассчитываемого узла корпуса прибора по соответствующим формулам теории прочности (см. 2.2).
Для проведения анализа прочности необходимо в сечениях рассчитываемых деталей выбрать такие точки, где главные напряжения (r , ) имеют максимальные значения или их сумма максимальна – (для случая, когда одно напряжение, допустим,r, соответствует деформации сжатия, а другое –– деформации растяжения, или наоборот).
Рассчитанный коэффициент запаса прочности nдолжен быть для каждой детали не менее 1.5.
Вычисление температурных напряжений в заданиях на курсовое проектирование 5 – 8 проводится по расчетной схеме многослойного трехслойного стержня. Неизвестное давление рмежду слоями, которое возникает в результате действия температурного поля, определяется из совместного решения уравнений совместности перемещений слоев. Затем рассчитываются напряжения в каждом слое стержня в точках, где они принимают максимальные значения.
Анализ прочности деталей конструкции проводится аналогично описанному. В данном случае для наиболее полной оценки прочности необходимо определить положение нейтральной линии. Нейтральная линия, разделяет зоны сжатия и растяжения, а материал, особенно хрупкий, реагирует на деформации растяжения и сжатия по-разному. Хрупкий материал разрушается от деформации растяжения при значительных значениях (иногда на порядок) напряжения, чем при значениях деформации сжатия.
Подробную методику расчета см. в 4.3.