Конструирование ЭВС (стр. 2 из 3)
Так как приведенная степень черноты для разных поверхностей почти одинаковая, то мы можем принять ее равной eп = 0.405 и тогда
4. Для определяющей температуры tm = 0.5 (tк + t0 + Dtk)= 0.5 (45 + 30 + 17 =46 oC и определяющего размере hiрассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса
где Lопр i - определяющий размер i-ой поверхности корпуса;
g - ускорение свободного падения;
gm - кинетическая вязкость газа, для воздуха определяется из таблицы 4.10 [1] и равна gm=17.48 × 10-6 м2/с
Определяем число Прандталя Pr из таблицы 4.10 [1] для определяющей температуры tm, Pr = 0.698.
Grн Pr = Grв Pr = 213.654 × 0.698 = 149.13
Grб Pr = 875.128 × 0.698 = 610.839
5. Рассчитаем коэффициент коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности:
* для нижней и верхней
* для боковой поверхности
где lm - теплопроводность газа, для воздуха lm определяем из таблицы 4.10 [1] lm = 0.0281 Вт/(м К);
6. Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:
где s - удельная тепловая проводимость от модулей к корпусу блока, при отсутствии прижима s = 240 Вт/(м2 К);
Sl - площадь контакта рамки модуля с корпусом блока;
Кs - коэффициент учитывающий кондуктивный теплообмен
В результате получаем:
7. Рассчитываем нагрев нагретой зоны Dtз.о во втором приближении
где Кw - коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха, зависит от производительности вентилятора, Кw= 1;
Кн2 - коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, Кн2 = 1.3.
8. Определяем ошибку расчета
Такая ошибка нас вполне устраивает d=0.053 < [d]=0.1.
9. Рассчитываем температуру нагретой зоны
Этап 3. Расчет температуры поверхности элемента
1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположена микросхема. Для нашего случая, когда отсутствуют теплопроводные шины lэкв = lп = 0.3 Вт/(м К) , где lп - теплопроводность материала основания печатной платы.
2. Определяем эквивалентный радиус корпуса микросхем:
где S0ИС - площадь основания микросхемы, S0ИС = 0.0195 × 0.006 = 0.000117 м2
3. Рассчитываем коэффициент распространения теплового потока
где a1и a2- коэффициенты обмена с 1-й и 2-й стороной ПП; для естественного теплообменаa1+ a2 = 18 Вт/(м2 К);
hпп - толщина ПП.
4. Определяем искомый перегрев поверхности корпуса микросхемыдля ИМС номер 13 находящейся в середине ПП и поэтому работающей в наихудшем тепловом режиме:
где В и М - условные величины, введенные для упрощения формы записи, при одностороннем расположении корпусов микросхем на ПП В = 8.5 pR2Вт/К, М = 2;
к - эмпирический коэффициент: для корпусов микросхем, центр которых отстоит от концов ПП на расстоянии менее 3R, к = 1.14; для корпусов микросхем, центр которых отстоит от концов ПП на расстоянии более 3R, к = 1;
кa - коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем определяется по графика (рис. 4.17) [1] и для нашего случая кa = 12 Вт/(м2 К);
Ni - число i-х корпусов микросхем, расположенный вокруг корпуса рассчитываемой микросхемы на расстоянии не более ri < 10/m = 0.06 м, для нашей ПП Ni = 24;
К1 и К0 - модифицированные функции Бесселя, результат расчета которых представлен ниже:
Dtв - среднеобъемный перегрев воздуха в блоке:
QИСi - мощность, рассеиваемая i-й микросхемой, в нашем случае для всех одинаковая и равна 0.001 Вт;
SИСi- суммарная площадь поверхностей i-й микросхемs, в нашем случае для всех одинаковая и равна SИСi = 2 (с1 × с2 + с1 × с3 + с2 × с3) = 2 (19.5×6 + 19.5×4 + 6×4) = 438 мм2 = 0.000438 м2;
dзi - зазор между микросхемой и ПП, dзi = 0;
lзi - коэффициент теплопроводности материала, заполняющего этот зазор.
Подставляя численные значения в формулу получаем
5. Определяем температуру поверхности корпуса микросхемы
Такая температура удовлетворяет условиям эксплуатации микросхемы DТр = -45....+70 оС, и не требует дополнительной системы охлаждения.
РАСЧЕТ МАССЫ БЛОКА
Исходные данные для расчета:
| Масса блока ИС | mис = 24 г = 0.024 кг |
| Плотность дюралюминия | rдр = 2800 кг/м3 |
| Плотность стеклотекстолита | rСт = 1750 кг/м3 |
| Толщина дюралюминия | hk = 1 мм = 0.001 м |
| Толщина печатной платы | hпп = 2 мм = 0.002 м |
| Количество печатных плат | nпп = 60 |
| Количество ИС | nис = 25 |
РАСЧЕТ СОБСТЕННОЙ ЧАСТОТЫ ПП
Так как в нашей ПП используются однотипные микросхемы равномерно распределенные по поверхности ПП, то для определения собственной частоты колебаний ПП можно воспользоваться формулой для равномерно нагруженной пластины:
где a и b - длина и ширина пластины, a=186 мм, b=81 мм;
D - цилиндрическая жесткость;
E - модульупругости, E = 3.2× 10-10Н/м;
h - толщина пластины, h = 2 мм;
n - коэффициент Пуассона, n = 0.279;
М - масса пластины с элементами, М = mпп + mис× 25 = 0.095 + 0.024 × 25 = 0.695 кг;
Ka - коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины;
k, a, b, g - коэффициенты приведенные в литературе [1].
Подставляя значения параметров в формулу рассчитываем значение собственной частоты:
РАСЧЕТ СХЕМЫ АМОРТИЗАЦИИ
Исходные данные
| Вид носителя - управляемый снаряд | ||||||
| Масса блока m = 42.385 кг | ||||||
| f, Гц | 10 | 30 | 50 | 100 | 500 | 1000 |
| g | 5 | 8 | 12 | 20 | 25 | 30 |
1. Рассчитаем величину вибросмещения для каждого значения f.
так как нам известен порядок Кe» 103, то при минимальной частоте f = 10 Гц
следовательно мы можем рассчитать величину вибросмещения для каждой частоты спектра. Результат расчета представим в таблице:
| f, Гц | 10 | 30 | 50 | 100 | 500 | 1000 |
| g | 5 | 8 | 12 | 20 | 25 | 30 |
| x, мм | 13 | 2 | 1 | 0.5 | 0.25 | 0.076 |
2. Расчет номинальной статической нагрузки и выбор амортизатора.
Так как блок заполнен одинаковыми модулями то и масса его распределена равномерно. При таком распределении нагрузки целесообразно выбрать симметричное расположение амортизаторов. В таком случае очень легко рассчитывается статическая нагрузка на амортизатор:
Исходя из значений Р1...Р4 выбираем амортизатор АД -15 который имеет: номинальную статическую нагрузку Рном = 100....150 Н, коэффициент жесткости kам = 186.4 Н/см, показатель затухания e = 0.5.
3. Расчет статической осадки амортизатора и относительного перемещения блока.
Статическая осадка амортизаторов определяется по формуле:
Для определения относительного перемещения s(f) необходимо сначала определить собственную частоту колебаний системы
и коэффициент динамичности который определяется по следующей формуле
Результат расчета представим в виде таблице