Расчет конструкции на виброзащищенность

Для того чтобы проверить насколько хорошо защищено проектируемое устройство от механических воздействий, необходимо провести расчет собственной частоты вибраций платы. В данном случае плата является единственной колебательной системой. Жесткость платы зависит от материала, формы, геометрических размеров и способа закрепления.

Печатная плата имеет прямоугольную форму следующих размеров:

axbxh=280 мм x 150 мм x 1.5 мм

При расчете собственной частоты вибрации печатной платы используют следующие допущения:

плата представляется в виде модели распределенными массами и упругими демпфирующими связями;

ЭРЭ на плате располагаются равномерно на ее поверхности;

плата с элементами принимается за тонкую пластину, так как b/h<0,1, толщина платы принимается постоянной, h = const;

материал платы однородный, идеально упругий, изотропный;

возникающие изгибные деформации малы по сравнению с толщиной платы;

при изгибе платы нейтральный слой не подвергается деформации растяжения (сжатия).

Для пластин с четырьмя точками крепления частота собственных колебаний платы, определяется по формуле:

 

,             (6.2.1)

 

где a = 0,28 м. длинна платы;

b = 0,15 м. ширина платы;

цилиндрическая жесткость платы, ;

;

 распределенная по площади масса платы и элементов, .

Цилиндрическая жесткость платы определяется по формуле:

 

    (6.2.2)

где - модуль упругости материала платы;

 - толщина платы;

- коэффициент Пуассона.

 (6.2.3)

 

Распределенная по площади масса платы и элементов определяется из выражения:

 

,                                 (6.2.4)

 

где - удельная плотность материала платы;

- масса элементов, установленных на плате, .

 

,                       (6.2.5)

 

где - масса i - го элемента, установленного на плате, ;

n = 40 - количество элементов, установленных на плате.

Воспользовавшись справочными данными получим m_э = 104,2´10 ^–3 кг. следовательно,

 

 

Подставляя найденные величины в формулу (6.2.1), определим минимальную частоту собственных колебаний платы. Она будет минимальной при , .

 

В результате механических воздействий печатная плата подвержена усталостному разрушению, в особенности при возникновении механического резонанса.

Чаще всего усталостные отказы проявляются в виде обрыва проводников, разрушения паяных соединений, нарушения контактов в разъемах.

Подобные разрушения можно предотвратить, если обеспечить выполнение условия:

 

                    (6.2.6)

 

где - минимальная частота собственных колебаний платы;

- ускорение свободного падения, g = 9,8м/c²;

- безразмерная постоянная, выбираемая в зависимости от частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений.

- максимальные вибрационные перегрузки, выраженные в единицах g.

Следовательно,

 

¦min 85Гц

Значит, проектируемая плата будет иметь достаточную усталостную прочность при гармонических вибрациях.

Определим эффективность виброзащиты по формуле:

 

 ,      (6.2.7)

где - верхняя частота диапазона воздействующих частот, Гц;

- резонансная колебаний печатной платы, Гц.

Подставив значения, получим:

 

.

 

Таким образом, можно сказать, что спроектированное устройство на 44% защищено от вибрационных.

 

3.7 Описание уточненного окончательного варианта компоновки и конструкции синтезатора

Компоновка блока - размещение на плоскости и в пространстве различных компонентов (радиодеталей, микросхем, блоков, приборов) ЭВА - одна из важнейших задач при конструировании, поэтому очень важно выполнить рациональную компоновку элементов на самых ранних стадиях разработки ЭВА.

Основная задача, решаемая при компоновке ЭВА - это правильный выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение веса и расположения в пространстве любых элементов или изделий радиоэлектронной аппаратуры. На практике задача компоновки ЭВА чаще всего решается при использовании готовых элементов с заданными формами, размерами и весом, которые должны быть расположены в пространстве или на плоскости с учетом электрических, магнитных, механических, тепловых и других видов связей.

Имея принципиальную схему и компоновочный эскиз функционального узла, можно еще до разработки рабочих чертежей и изготовления лабораторного макета оценить возможный характер и величину паразитных связей, рассчитать тепловые режимы узла и его элементов, выполнить расчет надежности с учетом не только режимов работы схемы (электрические коэффициенты перегрузки), но и с учетом рабочих температур элементов. Методы компоновки элементов ЭВА можно разбить на две группы: аналитические и модельные. К первым относятся численные (аналитические) и номографические, основой которых является представление геометрических параметров и операций с ними в виде чисел.

Ко вторым относятся аппликационные, модельные, графические и натурные методы, основой которых является та или иная физическая модель элемента, например в виде геометрически подобного тела или обобщенной геометрической модели. Основой для всех является рассмотрение общих аналитических зависимостей. При аналитической компоновке мы оперируем с численными значениями различных компоновочных характеристик: геометрическими размерами элементов, их объемами, весом, энергопотреблением и т.п. Зная соответствующие компоновочные характеристики элементов изделия и законы их суммирования, можно вычислить компоновочные характеристики всего изделия и его частей. Элементы, которые содержит разрабатываемый печатный узел, приведены в таблице 3.9.

 

Таблица 3.9 - Перечень элементов и их площади и массы.

Наименование элемента	, шт.	, мм2	, мм2	гр.
1	2	3	4	5
Резисторы МЛТ	5	14	70	8
Конденсатор К53-1А	5	16	80	15
DIP14	7	146,25	1023,75	20
DIP16	7	152	1064	22
DIP24	7	442,5	3097,5	30
DIP40	5	680,5	3402,5	54
DIP64	1	978,25	978,25	72
Разъем (40 конт.)	1	150	150	50
Разъем (20 конт.)	3	75	225	25

        

Общая площадь, занимаемая компонентами с учетом припусков вокруг каждого элемента, обусловленных шириной контактных площадок, равна – 13400 мм². С учетом коэффициента заполнения площадь платы равна: 26800 мм². При проектировании печатного узла одним из наиболее важных критериев оптимизации является правильная компоновка, т.е. максимальное использование площади печатной платы при минимально возможных ее размерах.

Исходя из этого, выбираем площадь платы равную 280х150мм.

4 РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИНТЕЗАТОРА

Типовая структура технологического процесса изготовления модуля включает следующие операции: входной контроль элементов и печатных плат, подготовка к монтажу, установка комплектующих элементов на плату, нанесение флюса и его сушка, пайка, очистка от остатков флюса, контрольно - регулировочные работы, технологическая тренировка, маркировка, герметизация и приемо-сдаточные испытания. Сборка осуществляется согласно ГОСТ 23887-79.

Входной контроль — это технологический процесс проверки поступающих на завод ЭРЭ, ИМС и ПП по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. Входной контроль комплектующих элементов может быть как 100 % так и выборочным.

Подготовка ЭРЭ и ИМС включает распаковку элементов, выпрямление, зачистку, формовку, обрезку и лужение выводов, размещение элементов в технологической таре. Для проведения подготовительных операций разработано много типов технологического оборудования и оснастки. В условиях мелкосерийного производства подготовка осуществляется пооперационно с ручной подачей элементов.

Установка элементов на печатные платы в зависимости от характера производства может выполняться вручную, механизированным и автоматизированными способами.

Нанесение флюса на плату может осуществляться различными способами (кистью, погружением, потягиванием, распылением, вращающимися щетками, пенное и волной). Нанесенный слой флюса перед пайкой просушивается при температуре 353…375 К, а плата подогревается.

Групповая пайка элементов со штыревыми выводами производится волной припоя на автоматизированных установках модульного типа.

Процесс групповой пайки начинаются с подготовки поверхности ПП, которая заключается в зачистке мест пайки и обезжиривании. Зачистку выполняют эластичными кругами с абразивным порошком или металлическими щетками. Затем поверхность платы обезжиривают в растворе спирта с бензином и обдувают воздухом. Защита участков платы не подлежащих пайке, осуществляется маской из бумажной ленты, пропитанной костным клеем. Маску приклеивают к плате так, чтобы места пайки не выходили за пределы отверстий в маске. Вместо бумажной маски можно применять слой краски, наносимой через сетчатый трафарет. Краска должна противостоять непосредственному воздействию расплавленного припоя, температура которого доходит до 260 ° С.

Следующим этапом является нанесение флюса и подогрев платы, который удаляет влагу и уменьшает термический удар в момент погружения платы в расплавленный припой.

Пайка волной представляет собой процесс, при котором нагрев спаиваемых материалов, помещенных над ванной, и подача припоя к месту соединения осуществляется стоячей волной припоя возбуждаемой в ванне. При пайке волной припоя устраняется возможность быстрого окисления припоя и температурных деформаций платы.

Заключительной операцией групповой пайки является удаление маски. Для этого ПП погружают на 0.8 … 0.9 ее толщины в ванну с горячей водой ( t=40 ° С) и выдерживают до тех пор, пока она не отклеится (2…3 мин). Затем плату обдувают горячим воздухом до полного высыхания.

Удаление остатков водорастворимых флюсов осуществляется путем промывки плат в проточной горячей воде с использованием мягких щеток или кистей. Следы канифольных флюсов удаляют промывкой в течении 0.5 … 1 мин, в таких растворителях, как спирт, смесь бензина и спирта (1:1), трихлорэтилен и др.

Выходной контроль можно условно разделить на три последовательных этапа:

первый:

визуальный контроль правильности сборки и качества паяных соединений;

второй:

контроль правильности монтажа и поиск неисправностей;

третий:

функциональный контроль.

Ориентировочный технологический процесс сборки модуля приведен в таб. 4.1.

 

Таблица 4.1. – Tехнологический процесс сборки модуля

№ операции	Наименование и содержание.	Оборудование и приспособления.
1.	Входной контроль микросхем и ПП.	Лупа 10X , стенд.
2.	Защита маркировки.	Вытяжной шкаф, ванна.
3.	Формовка и обрезка выводов.	Приспособление.
4.	Лужение выводов. Флюсовать выводы погружением во флюс ФСКП. Лудить выводы припоем ПОС-61.	Ванна.
5.	Подготовка ПП к сборке. Лудить контактные площадки.	Ванна для обезжиривания.
6.	Установка элементов на ПП.	Верстак, стойки технологические.
7.	Пайка выводов элементов к ПП.
8.	Контроль электрических параметров. Настройка.	Стенд, комплект измерительных приборов.
9.	Влагозащита. Покрытие лаком УР-23Т или Э-4100.
10.	Контроль электрических параметров.