Разработка блока управления электромеханическим замком (стр. 12 из 16)
- допустимое падение напряжения в цепях питания Uпд,В: 1,5
- ток потребляемый всеми элементами, установленными на плате, I, А: 1,5
- максимальная длина печатного проводника для микросхем, L, м: 0.3
- толщина фольги печатной платы, h, м: 3.5×10-5
- удельное сопротивление проводника на печатной плате,
, Ом×м: 1.72×10-8Определим минимальную ширину проводника для выбранных выше значений по формуле:
(6.3.2.2) 
м.Таким образом, для нормальной работы устройства ширина печатного проводника в цепях «питания» и «земли» должна быть не менее 1,5×10-4м. Указанные цепи целесообразно выбрать шириной порядка 2мм.
Результаты расчета свидетельствуют о правильности выбора толщины фольги-, равной 35мкм. Толщина фольги выбиралась также с учетом максимальной адгезионной прочности печатной платы при расстоянии между печатными проводниками порядка 0.3...0.5мм максимально допустимое напряжение для текстолита, из которого изготовлена плата составляет не менее 50В. В данной принципиальной схеме модуля питания максимальное значение допустимого напряжения не превышает 15В, что более чем в 3 раза ниже допустимой величины. Таким образом, в разрабатываемой конструкции печатной платы обеспечивается с 3‑х кратным запасом диэлектрическая прочность основания платы.
6.4 Расчет механической прочности и системы виброударной защиты
Все виды РЭС подвергаются воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей РЭС, если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭС. При разработке конструкции РЭС необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую прочность элементов.
Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкции достигается усилием конструктивной основы: контроля болтовых соединений, повышение прочности узлов методами заливки и обволакивания. Во всех случаях нельзя допустить образование механической колебательной системы.
Так как создаваемый прибор относится к наземной РЭС, то при транспортировке, случайных падениях и т.п. он может подвергаться динамическим воздействиям. Изменения обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭА находятся в пределах:
- Вибрации: (10...70)Гц, виброперегрузка n=(1...4)g;
- Ударные сотрясения: ny=(10...15)g, длительность t=(5...10)мс;
- Линейные перегрузки: nл=(2...4)g.
Несущие конструкции типа плат, панелей, шасси, каркасов, стоек и рам, работающие в условиях вибраций, должны удовлетворять требованию вибропрочности.
Расчет на вибропрочность несущих конструкций типа плат сводится к определению наибольших напряжений исходя из вида деформации, вызванной действием вибраций в определенном диапазоне частот, и сравнением полученных значений с допустимыми.
Этот расчет можно свести к нахождению собственной частоты колебаний ¦, при которой плата с определенными размерами и механическими характеристиками имеет прогибы и напряжения в пределах допустимых значений. При этом частота колебаний платы не должна быть близка к ее резонансной частоте.
Для расчета частоты собственных колебаний платы с расположенными на ней ЭРЭ существенным является выбор характера ее закрепления по контуру.
Крепление пластин к опоре может быть жёстким или подвижным. Всякое закрепление (когда нет угловых и линейных перемещении) соответствует сварке, пайке, прижиму или закреплению винтами. Шарнирной опоре соответствует закрепление в направляющих и в некоторых случаях закрепление винтами или разъемом.
Используя эти данные, проведем проверочный расчет платы блока управления на виброустойчивость. Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.
Собственная частота колебаний монтажных плат с распределённой нагрузкой определяется по формуле:
, (6.4.1)где
- коэффициент, зависящий от способа закрепления, определяется по таблицам; D - цилиндрическая жёсткость пластины (платы), определяется
по формуле (6.4);
а - длина пластины (платы);
b - ширина пластины (платы);
М - масса пластины (плат с ЭРЭ).
Цилиндрическая жёсткость пластины (платы) определяется по формулам:
, (6.4.2)
– коэффициент Пуассона;Для инженерных расчётов более удобно при закреплении пластин (плат) по углам в четырёх точках собственную частоту определять по формуле:
, (6.4.3)Методика такого расчёта приведена в [10].
При определении собственной частоты платы базового модуля блока управления в первую очередь определим цилиндрическую жёсткость платы по формуле (6.4.2), подставив следующие исходные данные: h = 1,5 · 10 
м; E= 3,02 · 10
Па ( Е выбрали из таблицы 4.16[10]).D = 3,02 · 10
· (1,5 · 10 ) 
/ 12 · (1 – 0,222) = 8,926 Па.Теперь no формуле (6.4.3) определим собственную частоту, подставив следующие исходные данные: а = 0.14 м; b=0.12 м и М = 0.55 кг.
= 95,1 ГцСудя по условиям эксплуатации и особенностям блока управления следует отметить, что в использовании демпферов и частотной отстройки, конструкция не нуждается.
Таким образом расчет показал, что плата базового модуля электромеханического замка будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.
6.5 Полный расчет надежности
Исходными данными для расчета являются значения интенсивностей отказов всех радиоэлементов и элементов конструкций.
Расчет надежности устройства состоит из следующих этапов:
- Определяется суммарное значение интенсивности отказов по формуле:
,час-1 (6.5.1)где n - число наименований радиоэлементов и элементов конструкции устройства;
- величина интенсивности отказа i‑го радиоэлемента, элемента конструкции с учетом заданных для него условий эксплуатации: коэффициента электрической нагрузки, температуры, влажности, технических нагрузок и т.п.;Ni - количество радиоэлементов, элементов конструкции i‑го наименования.
- Определяется значение величины наработки на отказ T по формуле:
, (6.5.2)- Определяется значение вероятности безотказной работы P(t) по формуле:
(6.5.3)где t - заданное время безотказной работы устройства в часах.
Полученные результаты сравниваются с заданными.
Таблица 6.5.1 – Справочные и расчетные данные об элементах конструкции.