Разработка конструкции и технологии изготовления измерителя емкости (стр. 5 из 8)

м4.

m - приведенная погонная масса. В нашем случае m = 0,015 г/мм.

Подставляя значения в (5.1), получим

кГц.

Так как полученные значения частот собственных колебаний ИМС выше верхней частоты воздействующих вибраций (150 Гц), то можно сделать вывод о том, что элементы не будут усиливать колебания (коэффициент динамичности m в этом случае равен 1).

5.2 Расчет собственной частоты печатной платы

Применительно к печатной плате используется следующая формула для расчета собственной частоты:

Гц, (5.3)

где Km - коэффициент, учитывающий материал, из которого выполнена плата;

Kb - коэффициент, учитывающий наличие ЭРЭ;

В - коэффициент, зависящий от варианта закрепления пластины и соотношения сторон

; h - толщина пластины.

, (5.4)

где Е - модуль упругости материала, из которого выполнена плата;

r - плотность материала, из которого выполнена плата;

ЕS - модуль упругости для стали;

rS - плотность стали.

, (5.5)

где mЭ - масса элементов;

mn - масса платы.

Печатная плата цифровая выполнена из стеклотекстолита. Его плотность равна: r = 2 г/см3. Коэффициент, учитывающий материал Km = 0,74. Размеры платы (190 х100 х 1,5)мм. Масса элементов - 157г.

Определяем массу платы:

, (5.6)

Подставляя значения в (5.6), находим:

г.

Подставляя данные в (5.1), получим:

.

Значение коэффициента В для способа закрепления платы, равно 93.

Подставляя значения в (5.4), получим значение собственной частоты цифровой платы измерителя емкости.

Гц.

Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибраций. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний плат удовлетворяла условию:

, (5.7)

где b - безразмерная постоянная, выбирается в зависимости от величины частоты собственных колебаний и воздействующих вибраций, 35.

b - размер короткой стороны платы, 100мм.

nbmax - вибрационные перегрузки в единицах g, 3...10.

Гц.

Условие (8.35) выполняется:

, по аналогии показатель для платы блока , таким образом, платы будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибраций

6. Расчет конструктивных параметров изделия

6.1 Расчет надежности

Надежность есть свойство системы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных норм при заданных условиях. Под “заданными условиями” подразумеваются различные факторы, которые могут влиять на выходные параметры системы и выводить их за пределы установленных норм.

Поскольку элементы в общем случае могут находиться в рабочем режиме различное время, отличающееся от рабочего времени изделия, это также должно учитываться при расчете надежности. Расчет измерителя выполнен с учетом следующих допущений:

¾ отказы элементов являются случайными и независимыми процессами или событиями;

¾ учет влияния условий эксплуатации производится приблизительно;

¾ параметрические отказы не учитываются;

¾ вероятность безотказной работы элементов от времени изменяется по экспоненциальному закону.

Нам необходимо рассчитать полную надежность прибора при работе в условиях воздействия повышенных температур.

Исходные данные для расчета надежности прибора в условиях повышенных температур окружающей среды приведены в таблице 6.1.

Исходные данные для расчета надежности при воздействии повышенной температуры окружающей среды

Таблица 6.1

Nп/п	Наименованиеэлементов	l0i·10-6,1/час	Кол-во элементов	Sl0i·10-6,1/час	kн	a1,2	a3,4	П(ai)	ti, час
1	ИМС	0,08	10	0,8	0,7	2,5	2	5	0,6
2	Транзисторы	0,04	3	0,12	0,7	0,9	2	1,8	0,4
3	Диоды	0,02	13	0,38	0,7	1	2	2	0,4
4	Резисторы постоянные	0,005	34	0,17	0,6	0,9	2	1,8	0,6
5	Резисторы переменные	0,05	2	0,1	0,6	0,9	2	1,8	0,6
6	Конденсаторы керамические	0,005	26	0,13	0,6	0,15	2	0,3	0,5
7	Конденсаторы Электролитические	0,55	3	1,65	0,5	0,3	2	0,6	0,5
8	Разъемы	2,7	5	13,5	0,5	0,7	2	1,4	0,7
9	Плата печатная	0,02	2	0,04	0,7	0,35	2	0,7	3
10	Шайба	0,075	2	0,15	0,5	0,35	2	0,7	0,4
11	Винты	0,001	8	0,008	0,5	0,35	2	0,7	0,4
12	Соединения пайкой	0,04	3620	14,8	0,6	1,1	2	2,2	0,2
13	Несущая конструкция	0,3	1	0,3	0,7	0,35	2	0,7	1

Интенсивность отказов рассчитывается по (6.15)

, (6.1)

где li 0 - справочное значение интенсивности отказа i-го элемента;

m - общее число учитываемых эксплуатационных факторов;

aj - поправочный коэффициент.

n - общее число элементов конструкции.

В наших расчетах используются комбинированные поправочные коэффициенты:

a1,2 - учитывающий одновременно температуру и электрический режим;

a3,4 - учитывающий одновременно кинематические и механические нагрузки.

Для определения поправочных коэффициентов aj, воспользуемся обобщенными таблицами и графиками [4].

Средняя наработка на отказ данного изделия определяется по (6.2)

. (6.2)

Вероятность безотказной работы рассчитывается по (6.3)

. (6.3)

Среднее время восстановления рассчитывается по (6.4)

(6.4)

где qi - вероятность отказа из-за выхода из строя элемента i-ой группы;

k - число групп элементов.

Вероятность восстановления рассчитывается по (6.5)

(6.5)

где t- заданное время восстановления.

Коэффициент готовности рассчитывается по (6.6)

. (6.6)

Коэффициент ремонтопригодности рассчитывается по (6.7)

. (6.7)

Вероятность безотказной работы с учетом восстановления рассчитывается по (6.8)

. (6.8)

Доверительные границы для наработки на отказ рассчитываются по (6.9)

, (6.9)

где n = 10...15 - число отказов достаточных для определения надежности;

a = 0,9...0,99 - достоверность определения границ;

;

l2 - функция, определяемая в зависимости от числа степеней свободы и доверительной вероятности.

Параметры надежности, полученные в результате расчета, сведены в таблицу 6.2.

Результаты расчета надежности. Таблица 6.2

Параметры надежности	Значения
Средняя наработка на отказ	102839,7
Вероятность безотказной работы	0,93
Среднее время восстановления	0,3
Вероятность восстановления	0,99712
Коэффициент готовности	0,9999
Коэффициент ремонтопригодности	0,0001
Вероятность безотказной работы с учетом восстановления	0,98789
Доверительные границы для наработки на отказ	202315,3...402386,5

Как видно из результатов расчета, приведенных в таблице 6.2, полученные значения полностью соответствуют заданным в техническом задании.

6.2 Расчет теплового режима

Расчет теплового режима РЭС заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

Определяем среднюю температуру воздуха в блоке.

Исходными данными для проведения последующего расчета являются:

- Kз- коэффициент заполнения по объему 0,8;

- суммарная мощность, рассеиваемая в блоке, Вт 3;

- давление окружающей среды, кПа 84;