Расчет механической прочности и системы виброударной защиты

Все виды РЭС подвергаются воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей РЭС, если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭС. При разработке конструкции РЭС необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую прочность элементов.

Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкции достигается усилием конструктивной основы: контроля болтовых соединений, повышение прочности узлов методами заливки и обволакивания. Во всех случаях нельзя допустить образование механической колебательной системы.

Так как создаваемый прибор относится к наземной РЭС, то при транспортировке, случайных падениях и т.п. он может подвергаться динамическим воздействиям. Изменения обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭА находятся в пределах:

- Вибрации: (10...70)Гц, виброперегрузка n=(1...4)g;

- Ударные сотрясения: n_y=(10...15)g, длительность t=(5...10)мс;

- Линейные перегрузки: n_л=(2...4)g.

Несущие конструкции типа плат, панелей, шасси, каркасов, стоек и рам, работающие в условиях вибраций, должны удовлетворять требованию вибропрочности.

Расчет на вибропрочность несущих конструкций типа плат сводится к определению наибольших напряжений исходя из вида деформации, вызванной действием вибраций в определенном диапазоне частот, и сравнением полученных значений с допустимыми.

Этот расчет можно свести к нахождению собственной частоты колебаний ¦, при которой плата с определенными размерами и механическими характеристиками имеет прогибы и напряжения в пределах допустимых значений. При этом частота колебаний платы не должна быть близка к ее резонансной частоте.

Для расчета частоты собственных колебаний платы с расположенными на ней ЭРЭ существенным является выбор характера ее закрепления по контуру.

Крепление пластин к опоре может быть жёстким или подвижным. Всякое закрепление (когда нет угловых и линейных перемещении) соответствует сварке, пайке, прижиму или закреплению винтами. Шарнирной опоре соответствует закрепление в направляющих и в некоторых случаях закрепление винтами или разъемом.

Используя эти данные, проведем проверочный расчет платы блока управления на виброустойчивость. Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.

Собственная частота колебаний монтажных плат с распределённой нагрузкой определяется по формуле:

,                          (6.4.1)

где  - коэффициент, зависящий от способа закрепления, определя­ется по таблицам;

D - цилиндрическая жёсткость пластины (платы), определяется

по формуле (6.4);

а - длина пластины (платы);

b - ширина пластины (платы);

М - масса пластины (плат с ЭРЭ).

Цилиндрическая жёсткость пластины (платы) определяется по формулам:

 ,                                    (6.4.2)

где E – модуль упругости;

 h – толщина пластины (плат);

 – коэффициент Пуассона;

Для инженерных расчётов более удобно при закреплении пластин (плат) по углам в четырёх точках собственную частоту определять по формуле:

,                                (6.4.3)

Методика такого расчёта приведена в [10].

При определении собственной частоты платы базового модуля блока управления в первую очередь определим цилиндрическую жёсткость платы по формуле (6.4.2), подставив следующие исходные данные: h = 1, 5 · 10 м; E= 3, 02 · 10 Па ( Е выбрали из таблицы 4.16[10]).

D = 3, 02 · 10 · (1, 5 · 10 ) / 12 · (1 – 0, 22²) = 8, 926 Па.

 

Теперь no формуле (6.4.3) определим собственную частоту, подставив следующие исходные данные: а = 0.14 м; b=0.12 м и М = 0.55 кг.

= 95, 1 Гц

Судя по условиям эксплуатации и особенностям блока управления следует отметить, что в использовании демпферов и частотной отстройки, конструкция не нуждается.

Таким образом расчет показал, что плата базового модуля электромеханического замка будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.

 

 

6.5 Полный расчет надежности

Исходными данными для расчета являются значения интенсивностей отказов всех радиоэлементов и элементов конструкций.

Расчет надежности устройства состоит из следующих этапов:

- Определяется суммарное значение интенсивности отказов по формуле:

, час^-1                                                  (6.5.1)

где n - число наименований радиоэлементов и элементов конструкции устройства;

 - величина интенсивности отказа i‑ го радиоэлемента, элемента конструкции с учетом заданных для него условий эксплуатации: коэффициента электрической нагрузки, температуры, влажности, технических нагрузок и т.п.;

N_i - количество радиоэлементов, элементов конструкции i‑ го наименования.

- Определяется значение величины наработки на отказ T по формуле:

,                                     (6.5.2)

- Определяется значение вероятности безотказной работы P(t) по формуле:

                                       (6.5.3)

где t - заданное время безотказной работы устройства в часах.

Полученные результаты сравниваются с заданными.

 

Таблица 6.5.1 – Справочные и расчетные данные об элементах конструкции.

Наименование, тип элемента		Kнi				Ni
1	2	3	4	5	6	7
Конденсаторы К50‑ 35	0, 045	0, 625	0, 55	2, 0	0, 49	5
МO21	0, 05	0, 006	0, 06	2, 0	0, 06	13
Микросхемы ЭКР1830ВЕ31 D27C64	0, 08	0, 65	0, 8	0, 045	0, 03	2
ЭКР1568РР1 ЭКР1554ИР22 К561ТЛ1 КР142ЕН5А	0, 07	0, 8	1, 0	0, 05	0, 035	5
Окончание таблицы б.5.1
1	2	3	4	5	6	7
Резисторы С2‑ 23	0, 01	0, 03	0, 4	2, 0	0, 08	37
Предохранители ВП1	0, 5	0, 2	0, 5	2, 0	5, 0	4
Трансфоматор	0, 05	0, 1	0, 1	2, 0	0, 1	1
Реле РЭС-49	0, 6	0, 25	0, 6	1, 0	3, 6	1
Транзисторы КТ 3107 КТ 3102	0, 12	0, 04	0, 2	2, 0	0, 48	8
КТ 973	0, 015	0, 04	0, 2	2, 0	0, 06	3
Диоды КД243	0, 015	0, 512	1, 0	2, 0	0, 3	9
Диоды КД522	0, 013	0, 5	1, 0	2, 0	0, 26	14
Диоды КС147	0, 09	0, 5	1, 0	2, 0	1, 8	1
Светодиоды АЛ307В	0, 07	0, 35	0, 8	2, 0	1, 12	3
Аккумулятор	1, 4	0, 2	0, 3	2, 0	8, 4	1
Головка динамическая	2	0, 2	0, 2	2, 0	8	1
Провода соединительные	0, 03	0, 001	2	2, 0	1, 2	6
Плата печатная	0, 02	-	-	-	0, 2	3
Держатель предохранителя	0, 02	0, 001	-	-	0, 2	8
Соединение пайкой	0, 004	0, 001	3, 00	2, 0	0, 24	262

Примечания:

 - априорная номинальная интенсивность отказов при температуре окружающей среды 20⁰С и коэффициенте нагрузки K_Hi=1;

 - коэффициент, зависящий от температуры и коэффициента нагрузки K_Hi;

 - коэффициент, учитывающий климатические и механические нагрузки;

 - расчетная величина интенсивности отказов по i‑ му радиоэлементу, элементу конструкции, час^-1;

N_i - число элементов i‑ ой группы.

Расчетная величина интенсивности отказов I‑ го элемента, приведенная в таблице 6.5.1, определяется по формуле:

 

, час^-1.                       (6.5.4)

Расчет выполняется для периода нормальной эксплуатации при следующих допущениях:

- Отказ элементов случаен и независим;

- Учитываются только внезапные отказы;

- Имеет место экспоненциальный закон надежности устройства.

Расчет надежности проводим при помощи персонального компьютера.

Полученные значения приведены в приложении.

наработка на отказ Т=66881.6   час

вероятность безотказной работы P(t)= 0.9015

Полученное значение наработки на отказ превышает заданное, равное 20000 часов, что гарантирует надежную работу разрабатываемого прибора.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: