Резисторы. Для построения схемы были выбраны резисторы МЛТ с мощностью рассеивания 0,125Вт. Эскизы размеров корпусов [4] приведены на Рис.1, а размеры в Таблице 1.

Для каждого расчета были созданы отдельные расчетные таблицы в программе Microsoft Office Excel 2003, которые реализовывали выполнение отдельных формул. Их основные фрагменты будут представлены сразу за описанием формулы.

Рис.7 Схема конструкции двухслойной печатной платы

t - ширина проводника; b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (поясок); d - диаметр отверстия; D - диаметр контактной площадки; S - расстояние между проводниками; Q - расстояние от края печатной платы, выреза, паза до элементов проводящего рисунка; H_п - толщина ПП; H_м - толщина материала основания ПП; H_{п. с. -} суммарная толщина ПП с химическим или гальваническим покрытием

Определив наиболее удобную длину печатной платы можно определить ширину ПП

, (1)

Где S_s - площадь ПП

S_{yi -} установочная площадь 1-го ЭРИ;

k_sУ - коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры (k_sУ = 1-3);

Таблица 11. Площадь элементов

Суммарная площадь, занимаемая электрорадиоэлементами: 2092 мм² с учетом коэффициента принятого 2 площадь ПП: 4800 мм^{2 (}80x60).

Из учебника [2] была взята таблица 1.1 Линейные размеры ПП. Из неё таблицы выбираем типоразмер печатной платы. Выбирать необходимо в зависимости от полученной площади, и при этом надо учитывать, что площадь печатной платы не должна быть меньше рассчитанной, т.к. это может привести к невозможности расположения всех элементов на плате или к невозможности провести дорожки.

Таблица 12. Линейные размеры ПП

а) Ширина печатных проводников t: 0,1 мм

, (2)

Где tminD - минимально допустимая ширина проводника;

Дtн. о. - нижнее предельное отклонение размеров отклонения размеров ширины печатного проводника;

б) Минимально допустимая ширина проводника: 0,07 мм

, (3)

Где Imax - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;

Jдоп - допустимая плотность тока;

h - толщина печатного проводника;

в) Расчет диаметра монтажных отверстий d:

, (4)

Где dэ - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ

Дdн. о. - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром устанавливаемого вывода (исходя из условий пайки, выбирают в пределах 0,1…0,4 мм

Расчет диаметров монтажных отверстий

Расчет монтажных отверстий начинается с этой формулы

, (5)

Где d_э - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

?_{dн. о. -} нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром устанавливаемого вывода (исходя из условий пайки, выбирают в пределах 0,1…0,4 мм

Диаметр контактных площадок D:

, (6)

Где d_{в. о} - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

b - гарантийный поясок; d_тр - величина подтравливания диэлектрика в отверстие;

t_{в. о} - верхнее предельное отклонение ширины проводника;

t_{н. о} - нижнее предельное отклонение ширины проводника

, (7)

Где d_{B. O} - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

b - гарантийный поясок;

d_тр - величина подтравливания диэлектрика в отверстий;

T_{B. O}-верхнее предельное отклонение ширины проводника;

T_{H. -} нижнее предельное отклонение;

Размеры монтажных отверстий и контактных площадок для каждого

элемента сведены в таблицу 13. Все размеры приведены в миллиметрах.

Таблица 13. Сводная таблица размеров контактных площадок и монтажных отверстий для ЭРИ

При проектировании электронной аппаратуры (ЭА) стремятся создать конструкцию, удовлетворяющую оптимальным соотношением между заданными техническими характеристиками изделия, надежностью в заданных условиях эксплуатации и технологичностью конструкции. Расчет надежности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, паяные соединения, соединитель) и условиями эксплуатации.

На этапе эскизного проектирования проводятся, ориентировочные расчеты, учитывающие влияние на надежность только количества и типов, применяемых ЭРИ. На этапе технического проекта расчеты проводятся на уровне ячейки с учетом реальных электрических и тепловых режимов работы. Расчет надежности заключается в определении показателей надежности ЭА по известным характеристикам надежности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, паяные соединения, соединитель) и условиям эксплуатации.

Расчет надежности выполняется следующим образом:

а) Сначала для каждого элемента рассчитывается интенсивность отказа по следующей формуле:

; (12)

Где - номинальная интенсивность отказа элемента, - поправочный коэффициент на условия эксплуатации, - поправочный коэффициент в зависимости от температуры

б) Рассчитывается интенсивность отказа всей системы.

(13)

Таблица 14. Расчет интенсивности отказа всей системы

в) Рассчитывается среднее время наработки на отказ:

= 1/7,356Ч10^-6 =135943=15,5 лет (14)

Расчет на действие вибрации

Под вибрацией понимают механические колебания элементов конструкции или конструкции в целом. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью и виброускорением. Проводя проработку компоновки ячейки ЭА, конструктор должен обеспечить вибропрочность, виброустойчивость и отсутствие резонанса ЭРИ в рабочем диапазоне частот.

Вибропрочность - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия вибраций.

Виброустойчивость - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия вибраций.

Целью расчета является определение действующих на ЭРИ и ПП перегрузок при действии вибраций, а также максимальных перегрузок и проверка этих ЭРИ и ПП на вибропрочность.

Условиями обеспечения вибропрочности ячейки являются:

а) отсутствие в конструкции ячейки механических резонансов;

б) ограничение амплитуды виброперемещения и виброскорости значениями, исключающими опасные напряжения и усталостные явления в ЭРИ и ПП;

в) допустимые значения виброперегрузок в диапазоне частот внешних воздействий должны превышать величины, определенные техническим заданием на разработку конструкции ЭА.

Таким образом, оценка вибропрочности ячейки выполняется по следующим показателям:

а) частоте свободных колебаний;

б) допустимому значению напряжения в материале ЭРИ и ПП и пре дельному числу циклов нагружения;

в) допустимому значению виброперегрузки.

При расчете частот свободных колебаний в качестве расчетной модели ячейки используется модель пластины с равномерным распределением массы.

Исходя из условий эксплуатации заданных в техническом задании диапазоном вибраций будем считать Гц, виброускорение

Определим частоту собственных колебаний:

(14)

Где б - длина пластины

b - ширина пластины

D - цилиндрическая жесткость

К_а - коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины

(15)

Где - модуль упругости для материала платы

h - толщина платы

v =0,22 - коэффициент Пуассона;

M - масса пластины с ЭРИ, кг:

= 0,01011675+ 0,00345 = 0,01356675 кг. (16)

Где М_пп - масса ПП:

= 0,01011675 кг. (17)

p_пп =2,05*10³ кг/м³ - плотность материала платы СФ; M_ЭРИ - масса ЭРИ.

= 0,00345 кг. (18)

Где

m₁ - масса 1-го ЭРИ 1-го типа;

N₁ - количество ЭРИ 1-го типа;

К_а - коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины, определяется по формуле:

, (19)

Здесь k = 22,37, = 1, = 0,48, = 0,19 - Коэффициенты, соответствующие заданному способу закрепления сторон ПП. Для других способов закрепление ячейки в модулях более высокого конструктивного уровня.

Масса ЭРИ рассчитывается при анализе составляющих элементов ячейки:

Таблица 15. Масса ЭРИ

Определение коэффициента динамичности

Для случая кинематического возбуждения, когда источник вибраций находится вне ЭА, коэффициент динамичности рассчитывают по следующей формуле:

, (20)

Где

=0,01 - показатель затухания для стеклотекстолита;

з - коэффициент расстройки.

, (21)

Здесь f_max=200 Гц - максимальная частота действующей вибрации. Для остальных частот действующей вибрации коэффициент расстройки будет меньше и соответственно коэффициент динамичности будет ближе к 1.

Определение амплитуды вибросмещения основания.

Найдем амплитуду вибросмещения основания для максимальной частоты возбуждения по следующей формуле:

, м. (22)

Определение виброускорения и виброперемещения ЭРИ.

Виброускорение и виброперемещение определим для элемента DD1 - микросхема, расположенная практически в центре ПП, и, следовательно, нагрузки на которую будут максимальны.

Найдем относительные координаты центра элемента DD1.

; . ; (23)

Коэффициент передачи по ускорению рассчитывается по следующей формуле:

, (24)

.

Где K₁ (x) = 1,29; K₁ (y) = 1,28 - коэффициент формы колебаний.

Определим виброускорение:

a_в (x,y) =a_о (x,y) (x,y), a_в (x,y) =19,6 · 1,01947552 = 19,98172 м/с². (25)

Выразим виброускорение в единицах g:

a_в (x,y) =2,036873g

Где g = 9,81 м/с².

Определим виброперемещение:

S_в (x,y) =₀ (x,y) = 1,241*10^-5*1,01947552 = 1,265169·10^-5м. (26)

Определение максимального прогиба ПП:

Будем считать виброперемещение элемента DD1 максимальный по ПП.

Тогда максимальный прогиб ПП определяется по следующей формуле:

= || = 0,023869*10^-5 (27)

Проверка выполнения условий вибропрочности:

Допустимый прогиб ПП определяется по формуле д_{в. доп} = 0,003b.

Для обеспечения вибропрочности ПП необходимо выполнить следующее условие: д_в < 0,003 b, где b = 45·10^-3 м - сторона ПП, параллельно которой установлены ЭРИ. Допустимый прогиб равен

S_{в. доп.} = 0,003 · 45·10^-3 = 14,1 · 10^-5 м.

Подставив численные значения, получим:

д_в = 0,023869 · 10^-5м <1,41 · 10^-4 м.

Максимальный прогиб ПП меньше допустимого, следовательно, условие вибропрочности выполняется.

Вывод: виброускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ ячейки, и таким образом, удовлетворяются требованиям ТЗ на вибропрочность ячейки. Следовательно, дополнительных конструкционных мер по повышению жесткости ПП на данном этапе расчета не требуется.

11.3 Расчет на действие удара