Разработка конструкции и технологии микроэлектронного варианта формирователя опорной частоты 10 МГц (стр. 4 из 5)

- расстояние между МСБ и горизонтальными ребрами жесткости рамки, примем .

Получим

Типовые размеры основных элементов ФЯ: ширина внешних рёбер жесткости 3мм, продольных внешних и внутренних – 5мм, ширина окна для навесных элементов 10мм, ширина окна для пайки выводов МСБ – 5мм, ширина зоны внешних соединений – 5мм.

Определим размеры ФЯ:

Ширина ФЯ

Сборочный чертёж в приложении Р-402.468759.008 СБ.

Считаем массу:

где

- объем ФЯ,

- плотность материала ФЯ для алюминиевого сплава В95 (Л1, табл П 9.2). За счёт наличия окон и пустот, расчёт объёма ФЯ будет приблизительным.

Рассчитаем объём ФЯ путём складывания объёмов отдельных деталей конструкции ФЯ:

Общий вес ФЯ

2.3 Оценка вибропрочности ФЯ

Для оценки вибропрочности ФЯ выберем наихудшие условия транспортировки или эксплуатации. Проектируемое устройство может использоваться как в переносных так и стационарных системах, транспортировка осуществляется авиатранспортом.

Авиатранспорт имеет значения перегрузки в диапазоне 0.1…20 и частоту вибрации 5…2000Гц. Вес ячейки 0.4022Н.

Рамка ФЯ выполнена из алюминиевого сплава В95 с константами упругости

, коэффициент Пуассона , толщина планок рамки 0.8мм.

Печатная плата крепится к рамке с помощью антивибрационного компаунда КТ-102 по всей поверхности прилегания. Материал платы – стеклотекстолит СФ-2Н-50-0,8, толщиной, соответственно, 0.8мм и

, .

Влияние подложек на жесткость ФЯ несущественно, ими пренебрегаем.

Произведем оценку наиболее опасной при воздействии вибрации частоты механического резонанса ФЯ, путём выбора сечений с заведомо малым моментом инерции сечения.

Рассчитаем вибропрочность для поперечного сечения А-А, состоящего из элементарных прямоугольных фигур.

Зная цилиндрическую жесткость ФЯ:

, определим жесткость печатной платы:

Для оценки жесткости рамки

вычислим момент инерции сечения А-А. Для этого найдём моменты инерций сечений фрагментов:

Для определения момента инерции сечения А-А необходимо предварительно определить координату

центра тяжести сечения А-А и расстояния между центром тяжести сечения А-А и центрами тяжести фрагментов 1, 2, 3.

Учитываем что фрагменты встречаются несколько раз.

Момент инерции сечения А-А:

Цилиндрическая жесткость рамки ФЯ

,

где

- определяющий линейный размер, длина сечения.

Получаем жесткость на изгиб

.

Для определения

найдем массу единицы площади ФЯ

Коэффициент закрепления ФЯ при

Частота механического резонанса

ФЯ будет равна

Проверим вибропрочность, принимаем коэффициент динамичности ФЯ

, тогда из графика на рис.8 для найдем допускаемую перегрузку ФЯ.

Допустимая перегрузка ФЯ

›100, что выше значения заданного в ТЗ равное 20.

Теперь проведём расчёт вибропрочности для сечения B-B. Представим сечение В-В состоящим из двух прямоугольных фигур.

Проведём расчёт вибропрочности сечения В-В аналогично сечению А-А

Найдём моменты инерций сечений фрагментов:

Центр тяжести фрагмента сечения В-В

Момент инерции сечения В-В:

Цилиндрическая жесткость рамки ФЯ

,

где

- определяющий размер, длина сечения..

Получаем жесткость на изгиб

.

Для определения

найдем массу единицы площади ФЯ

Коэффициент закрепления ФЯ при

Частота механического резонанса

ФЯ будет равна

Проверим вибропрочность, принимаем коэффициент динамичности ФЯ

, тогда из графика на рис.8 для найдем допускаемую перегрузку ФЯ, ›100, что выше значения заданного в ТЗ равное 20.

3. Оценка теплового режима

3.1 Выбор компоновочной и тепловой схемы ФЯ

Корпус рамки ФЯ выполнен из алюминиевых сплавов, покрытых лаком черным матовым, имеющий степень черноты т

(Л2, П8.2).

При оценивании теплового режима конструкции будем считать, что теплообмен между корпусом и внешней средой осуществляется конвекцией, кондукцией (минимальная) и излучением, а передача тепла от МСБ к корпусу осуществляется кондукцией, излучением через «воздушный» зазор и конвекцией. Поверхность корпуса считаем изотермической. Тепловая схема блока представлена на рис. 10.

3.2 Расчёт теплового режима

Плата МСБ имеющая размеры 0,060x0,048x0,0025 м3 припаяна к технологической планке помещённая в корпус с размерами 0,13х0,056x0,006м3.

Рассеиваемая мощность блока равняется

.

Температура окружающей среды tср=(-40…+80)°С.

Определяем площадь внешней поверхности корпуса микроблока:

Определяющий размер корпуса:

.

Задаемся перегревом корпуса Δt = 10°С относительно температуры среды и определяем среднее значение температуры:

°С