3. Расчет механической прочности печатного узла

3.1 Расчет собственной резонансной частоты печатного узла

Функциональный узел на жёсткой печатной плате, закрепленный в приборе, в условиях вибрационных нагрузок (например, при транспортировке прибора автомобилем, самолетом и т.д.), обладает собственными частотами механических колебаний или конструктивными резонансами. Если частота вибрационных воздействий совпадает с собственной частотой функционального узла, плата испытывает максимальные механические перегрузки, которые могут привести к ее разрушению, к разрушению элементов, к отрыву контактных площадок, паяных контактов и проводов.

Частота вибраций, которая определяется условиями эксплуатации прибора, обычно бывает известна, собственная частота узла определяется его механическими характеристиками и находится из выражения для закрепления в 4-х точках, формула (7):

F(fu)= (1+ ) = 0,477 · h · + · (7)

где:

X,Y- расстояние между точками закрепления функционального узла, мм.

Е - модуль упругости материала платы, (=3*10¹⁰).

h - толщина печатной платы (=1.5 мм)

Масса функционального узла вычисляется по формуле (8):

MS=MP+ME+MR (8)

Масса печатной платы вычисляется по формуле (9):

МР=0,001*ХР*YР*h*р(ПП) (9)

где:

р(ПП) - удельная плотность материала платы, г/см³;

для СФ1 -р(СФ1)=2,05г/см3;

N - количество элементов на плате;

MR=KS*M - масса припоя пайки на плате;

KS - количество паек;

M1=0,06±0,012-масса припоя одного пайка;

Для определения массы функционального узла составляется таблица 3:

Таблица 3

обозначение	наименование	Масса МЕi	Кол-во Ni	Кол-во выводов Кi	Масса МЕiхNi	KixNi
R4-R8	С2-33	0,15	5	2	0,75	10
D1	КР1436АП1	0,6	1	8	0,6	8
C1-C2	К50-35	2	2	2	4	4
C3-C4	К10-17	0,5	2	2	1	4
R1,R3	СП3-38б	1	2	2	2	4
R2	ММТ-1	0,15	1	2	0,15	2
VT1	KT3107Б,Г,Д,Ж-Л	0,5	1	3	0,5	3
VT2,VT3	КТ3102БМ-ЕМ	0,5	2	3	1	6
PR1-PR3	СП3-38б	1	3	3	3	9
Итого					13	52

Масса элементов на плате - МЕ=13 г.

Количество паек - KS=52

Масса припоя пайки на плате - MR=52*0,06=3.12 г.

Массу печатной платы найдем по формуле (9):

МР=0,001*75*55*1.5*2,05=12.6843 г.

Массу функционального узла определим по формуле (8)

MS=12.6843+13+3.12=28.8043 г.

По формуле (7) определяем значение резонансной частоты для закрепления в 4-х точках:

F(fu)= 0,477·1,5 [1/75² + 1/55²] ( (3·10¹⁰·75·55·1.5)/28.8043)½=

=1066.53 Гц. > (250Гц)

Вывод: в результате расчёта получена собственная резонансная частота ФУ-1066.53 Гц, она больше, чем максимальная резонансная частота, возникающая при транспортировке 250 Гц, то есть она не входит в диапазон частот механических колебаний, возникающих при транспортировке. Механические характеристики были выбраны правильно.