Преобразователь напряжения с расчетом тепловых режимов и механических нагрузок блока РЭС

Задание на курсовик.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем»
на курсовой проект (работу)
Студент А.С. Шевцов код ЭР 92513 группа СРС-31
Тема Расчет тепловых режимов и механических нагрузок блока РЭС.
Срок представления проекта к защите
Исходные данные для проектирования (научного исследования):
Схема электрическая принципиальная группа условий эксплуатации B4 по
ГОСТ 16019-2001 климатические условия эксплуатации УХЛ 3.1 по ГОСТ
Перечень разделов пояснительной записки:
2 Исходные данные к проекту их анализ
3 Обеспечение тепловых режимов и механической устойчивости
функционального узла
4 Обеспечение тепловых режимов и механической устойчивости блока РЭС
6 Список используемых источников
7 Приложение А Спецификация
8 Приложение Б Перечень элементов
9 Приложение В Таблица тепловых режимов теплонагруженных элементов
Перечень графического материала:
1 Схема электрическая принципиальная
2 Сборочный чертеж печатной платы
3 Результаты моделирования теплового поля функционального узла
4 Результаты моделирования механических нагрузок функционального узла
5 Сборочный чертеж блока РЭС
6 Результаты моделирования теплового поля блока РЭС
7 Результаты моделирования механических нагрузок блока РЭС
Руководитель проекта О.А. Белоусов
Задание принял к исполнению А.С. Шевцов

Э3.dwg

ТГТУ.435134.013 2Д-Э3
n Преобразователь напряженияnСхема электрическая принципиальная
Autodesk AutoCAD 2012
ТГТУ 435134.013 2Д-Э3

Ведомость КП.dwg

Схема замещения каскада на транзисторе VT3
Схема замещения каскада на транзисторе VT2
Схема замещения каскада на транзисторе VT1
TitleName designation material dimension etc
Article No.Reference
Схема электрическая структурная
Блок питания лабораторный
Лабораторная работа N 2
Проводник и нижняя обкладка
Элементы в слоях выполнять по координатам на соответствующих листах.
Координаты даны в масштабе чертежа.
Внешний вид платы должен соответствовать требованиям
инструкции АБО.005.021.
Характеристики слоев приведены в таблице 1.
Значения электрических сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов
должны соответствовать данным указанным в таблице 2.
Номера контактных площадок и обозначения элементов показаны условно и.
соответствуют схеме электричекой принципиальной.
ТГТУ.435134.013 ТЭ-ВП
Преобразователь напряжения
Ведомость курсового проекта
Сборочный чертеж печатной платы
ТГТУ.435134.013 2Д-СБ
Сборочный чертеж блока РЭС
ТГТУ.435134.013 2Д-Э3
Пояснительная записка

Спецификация(плата).dwg

К50-35-0.1мкФ±10% ОЖО.460.183ТУ
К10-17А-16В-220мкФ±20%
К50-35-470мкФ±5% ОЖО.464.111ТУ
К50-35-0.47мкФ±5% ОЖО.464.111ТУ
К50-35-2.2мкФ±5% ОЖО.464.111ТУ
КТ3107А ААО.336.170 ТУ
Преобразователь напряженияnКурсовой проект
К10-17Б ОЖ0.460.107 ТУ
B41828-16В-2200мкФ±20%
К10-17а-63В-22мФ±10%
B41828-63В-470мкФ±20%
С2-14 ОЖО.467.151 ТУ
ТГТУ.435134.013 2Д-СБ
ТГТУ.435134.013 2Д-Э3
ТГТУ.435134.013 2Д-ПЭ3
Микросхемы аналоговые
К155ЛА3 БКО.348.006-01 ТУ
К155ТМ2 БКО.348.006-01 ТУ
КД522А ДР3.362.029ТУ
КТ209А аАО.336.065 ТУ
КТ315Б ЖК3.365.200ТУ

Спецификация Сборочный блока.dwg

ПЗ.docx

ТГТУ.435134.013 ТЭ-ПЗ
Важным фактором определяющим темпы научно-технического прогресса в современном обществе являются радиоэлектронные средства (РЭС). Под РЭС понимают изделие и его составные части в основу функционирования которых положены принципы радиотехники и электроники.
При разработке блоков РЭС немаловажную роль для правильного их функционирования играет обеспечение допустимых тепловых режимов. При тепловых расчетах блок рассматривается как сложная система тел с множеством внутренних источников теплоты. Точное аналитическое описание температурных полей внутри блока невозможно из-за больших вычислительных трудностей и неточности исходных данных: мощности источников теплоты теплофизических свойств материалов и т.д. поэтому при расчете теплового режима блоков РЭС используются приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур нагретой зоны или его отдельных элементов размеры и виды радиаторов мощных полупроводниковых приборов что требует навыков и знаний теплофизического конструирования блоков РЭС.
Одним из важнейших этапов при проектировании РЭС этап конструкторских расчетов связанный с обеспечением прочности и жесткости радиоэлектронных средств определением собственных резонансных частот блоков и резонансных частот отдельных элементов.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ И ИХ АНАЛИЗ
Расширенное техническое задание.
В результате выполнения курсового проекта необходимо рассчитать тепловые режимы и механическую устойчивость функционального узла которые включают в себя: расчет печатной платы на механические воздействия (расчет на воздействие вибраций на действие удара на действие удара при падении) расчет теплового режима теплонагруженных элементов функционального узла. Также необходимо провести расчет тепловых режимов и механической устойчивости блока РЭС состоящего из: обеспечения защиты конструкции от заданных механических воздействий расчета теплового режима блока упаковочной тары РЭС для транспортирования. По полученным результатам построить модели: теплового поля и механических нагрузок функционального узла теплового поля и механических нагрузок блока РЭС.
2. Описание электрической принципиальной схемы.
На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов частота следования которых около 200 гц .С вывода 8 микросхемы импульсы поступают далее на делители частоты собранные на элементах DD2.1 - DD2.2 микросхемы DD2. В результате чего на выводе 6 микросхемы DD2 частота следования импульсов становится вдвое меньше - 100 гц а на выводе 8 импульсы становятся равным частоте 50. С вывода 9 снимаются неинвертируемые импульсы 50 гц -На диодах VD1-VD2 собрана логическая схема "ИЛИ". В результате чего взятые с выводов микросхем D1 вывод 8 D2 вывод 6 образуют на катодах диодов импульсы . Каскад на транзисторах VT1 и VT2 служит для увеличения амплитуды импульсов необходимых для полного открывания полевых транзисторов. Транзисторы VT3 и VT4 подключенные к выходам 8 и 9 микросхемы DD2 поочерёдно открываются запирая тем самым то один полевой транзистор VT5 то другой VT6. В результате чего управляющие импульсы формируются так что между ними существует пауза из-за чего исключается возможность протекания сквозного тока через выходные транзисторы и значительно повышается КПД. 700405257175Изм.
Характеристики преобразователя:
Напряжение выходное: 220 В.
3. Анализ соответствия элементов схемы заданным условиям эксплуатации.
По ГОСТ 16019-01 для преобразователя напряжения выбираем группу эксплуатации В4 по ГОСТ 15150-69 условия эксплуатации УХЛ 3.1. В соответствии с ними РЭС предназначено для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом для эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях. Высота над уровнем моря не более 1000 м. Атмосферное давление от 630 до 800мм рт. ст.. Температура окружающего воздуха от 10 до 35°С. Относительная влажность воздуха до 80% при температуре 25°С.
Для элементной базы диапазон рабочих температур при относительной влажности воздуха не более 85 % составляет:
- микросхема К155ЛА3 от -30 до +70 С;
- микросхема КТ155ТМ2 от -30 до +70 С;
- стабилизатор КА7905 от -65 до +150 С;
- транзисторы IRLR 2905 от -55 до +175 С;
- транзисторы КТ315Б от -40 до +120 С;
- транзистор КТ209А от -40 до +125 С;
- резисторы С2-14 от -60 до +155 С;
- диод КД522Д от -55 до +728980247650Изм.
- конденсатор К10-17А от -60 до +125 С;
- конденсаторы Epcos от -40 до +105 С.
Проанализировав диапазон рабочих температур элементов можно сделать вывод что элементная база соответствует заданным условиям эксплуатации УХЛ3.1.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ И МЕХАНИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО УЗЛА
1 Расчет печатной платы на механические воздействия.
1.1 Расчет на воздействие вибраций.
В нашем случае печатную плату можно представить пластиной закреплённой в четырех точках. Эскиз закрепления равномерно нагруженной пластины представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Эскиз закрепления
) Определяем частоту собственных колебаний [1]:
где а- длина платым; а=0074м;
b- ширина платым; b=0038м;
D-цилиндрическая жесткость Hм;
где Е– модуль упругост757555226060Изм.
(для стеклотекстолита E=31010 Hм2);
– коэффициент Пуассона
(для стеклотекстолита =022);
h – толщина платы м; h = 0002 м;
- масса платы с элементамикг;
Где - удельный вес материала Н
(для стеклотекстолита = 205 Н);
- суммарная масса элементов на плате.
-коэффициент зависящий от способа закрепления сторон пластины
Частота собственных колебаний:
Проверяем условие вибропрочности по правилу октавы f0 > 2f
где f–частота вибрации Гц; f =40 Гц (из таблицы характеристики механических воздействий РЭС В4 группа по ГОСТ 16019-01).
Cледовательно проектируемое устройство отвечает необходимым требованиям по вибропрочности. Поверяем выполнение условия заданным техническим условиям771525238125Изм.
) Определяем коэффициент динамичности [1]:
- для силового возбуждения
- для кинематического возбуждения
где -коэффициент расстройки;
-показатель затухания
Коэффициенты близки к 1 следовательно печатный узел будет устойчив к вибрациям.
1.2 Расчет на д748030247650Изм.
) Определяем условную частоту ударного импульса [1]:
где – длительность ударного импульса
) Определяем коэффициент передачи при ударе [1]:
-для прямоугольного импульса:
-для полусинусаидального импульса :
Где -коэффициент расстройки
) Рассчитываем ударное ускорение [1]:
Где -амплитуда ускоренного импульса ;
) Определяем максимальное относительное перемещение [1]:
– для прямоугольного импульса:
-для полусинусоидального импульса:
) Проверяем выполнение условия удароп757555236220Изм.
рочности по следующим критериям [1]:
-для ПП с ЭРЭ: Где b- размер стороны ПП параллельно которой установлены ЭРЭ b=0038м.
- удовлетворяет допустимому.
-для ЭРЭ ударное ускорение должно быть меньше допустимому:
aу доп.=150 мc2 –исходя из анализа элементной базы.
aу= 150 мc2 - удовлетворяет допустимому.
1.3 Расчет максимального смещения блока при воздействии на него вибрации.
Максимальное смещение блока блmax мм вычисляется по формуле
блmax=aв0122fв2=025aвfв2
где aв мс2 – ускорение внешнего источника вибрации; fв Гц – частота вибрации внешнего источника.
блmax=025392402=0006 м.
После вычисления максимального смещения блока блmax осуществляется проверка условия заданным техническим требованиям:
где блдоп – допустимое смещение блок765810238125Изм.
06 м0008 м – удовлетворяет допустимому.
2 Расчет теплового режима теплонагруженных элементов функционального узла.
) Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля при условии отсутствия теплопроводных шин [1]:
где п – теплопроводность материала основания платы.
) Определяем эквивалентный радиус корпуса ЭРЭ [1]:
R=S где S – площадь основания ЭРЭ:
для диода КД522: S0 ис =3810-3 1910-3 =72210-6 м2;
для микросхемы К155ЛА3: S0 ис =19510-3 7510-3 =1462510-6 м2;
для микросхемы К155ТМ2: S0 ис =19510-3 7510-3 =1462510-6 м2;
для транзистора КТ315Б: S0 ис =7210-3 310-3 =21610-6 м2 ;
для транзистора КТ209А: S0 ис =4410-3 2510-3 =1110-6 м2 ;
для резистора C2-14-0125: S0 ис =610-3 2210-3 =13210-6 м2 ;
для стабилизатора КА7805: S0 ис =9910-3 4510-3 =445510-6 м2 ;
) Рассчитываем коэффициент распространения теплового потока [1]:
где: α1 и α2 – коэффициенты теплообмена с 1-й и 2-й сторон ПП; для естественного теплообмена 1 + 2 = 17 Вт(м2 К).
п=15 мм – толщина ПП функционального узла.
m=α1+α1пλэкв=1712 м-1.
) Определяем искомый перегрев поверхности корпуса ЭРЭ [1]:
где В = 85R2 ВтК (для КД522: В = 613710-6 ВтК; для К155ЛА3: В = 1243 ВтК; для К155ТМ2: В = 1243 ВтК; для КT315Б: В = 183610-6 ВтК; для КТ209А: В =93510-6ВтК; для С2-14-0125: В =112210-6ВтК; для КА7805:В = 378710-6 ВтК и М=2 – условные величины введенные для упрощения формы записи (при одностороннем расположении корпусов ЭРЭ ПП);
k – эмпирический коэффициент центр которых отстоит от торцов ПП на расстоянии более 3R: k = 114.
SИС–суммарная площадь ЭРЭ (для КД522: SИС = 283510-6 м2; для К155ЛА3: SИС = 56310-6 м2; для К155ТМ2: SИС = 56310-6 м2; для КT315Б: SИС = 14510-6 м2; для КТ209А: SИС = 12910-6 м2; для С2-14-0125: SИС = 4910-6 м2; для КА7805: SИС = 35410-6)
k– коэффициент теплоотдачи от корпусов ЭРЭ (для К155ЛА3 и К155ТМ2: k =30 Вт(м2 К) для КД522 КТ315Б КТ209А С2-14-0125: k=50Вт(м2 К); для КА7805:k=40Вт(м2 К)).
К1 и К0 – модифицированные функции Бесселя их значения определяем по графику (рис. 2).
Рисунок 2. Модифицированные функции Бесселя
-для диода КТ522: mR = 1712151610-3 =026;
К0(mR) = К0 (026) =1507 и К1(026) =3596; К1 (026) К0 (026)= 35961507=239.
-для микросхемы К155ЛА3: mR = 1712682310-3 =1168;
К0(mR) = К0 (1168) =0333 и К1(1168) =0457; К1 (1168) К0 (1168)= 04570333=137.
-для микросхемы К155ТМ2: mR = 1712682310-3 =1168;
-для транзисторов КТ315Б:mR = 1712262210-3 =04489;
К0(mR) = К0 (04489) =1015 и К1(04489) =1897; К1 (04489) К0 (04489)= 18971015= 1869.
-для транзисторов КТ209А:mR = 1712187110-3 =032;
К0(mR) = К0 (032) =1312 и К1(032) =2835; К1 (032) К0 (032)=28351312 = 216.
-для резисторов С2-14-0125:mR = 171220510-3 =0351;
К0(mR) = К0 (0351) =123 и К1(0351) =2551; К1 (0351) К0 (0351)= 2551123 =2074
-для стабилизатора КА7805: mR = 1712376610-3 =0645;
К0(mR)= К0 (0645) =0722 и К1(0645) =118; К1 (0645) К0 (0645)= 118 0722=1634
tВ – среднеобъемный перегрев воздуха в блоке (принимаем равным 0);
QИСi–мощность рассеиваемая i-м ЭРЭ (для диода КД522 QИС =001Вт
для микросхемы К155ЛА3:QИС =0059 Вт ;для микросхемы К155ТМ2 QИС =01575 Вт ; для КТ315Б: QИС =015Вт; для КТ209А: QИС =02Вт; для С2-14-0125: QИС =0125Вт; для стабилизатора КА7805: QИС =02Вт).
Зi0025 Вт(мК) – коэффициент теплопроводности материала заполняющего зазор (воздуха).
для диодов КД522: tИС=9313ºC.
для микросхемы К155ЛА3: tИС=4522ºC.
для микросхемы К155ТМ2: tИС=12051ºC.
для транзисторов КТ315Б:tИС=25742 ºC.
для транзисторов КТ209А:tИС=37063 ºC.
для резисторов С2-14-0125:tИС=68234 ºC.
для стабилизатора КА7805:tИС=17922 ºC.
) Определяем температуру поверхн800100228600Изм.
ости корпуса ЭРЭ [1]:
для диодов КД522: tИС=20+9313=29313ºC.
для микросхемы К155ЛА3: tИС=20+4522=24522ºC.
для микросхемы К155ТМ2: tИС=20+12051=32051ºC.
для транзисторов КТ315Б: tИС=20+25742=45742 ºC.
для транзисторов КТ209А: tИС=20+37063=57063 ºC.
для резисторов С2-14-0125: tИС=20+68234=88234 ºC.
для стабилизатора КА7805: tИС=20+17922=37922 ºC.
Вывод: при эксплуатации данной схемы необходимо использовать принудительное воздушное охлаждение т.к абсолютная величина перегревов лежит в промежутке 24-89ºC.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖ776605257175Изм.
ИМОВ И МЕХАНИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ БЛОКА РЭС
1 Обеспечение защиты конструкции от заданных механических воздействий.
) Статический расчет амортизаторов [1]:
Расчет начинают с нахождения положения центра масс блока. Для каждого функционального узла и крупных деталей входящих в блок находят положение центра масс. Обычно считают что для таких изделий положение центра масс функционального узла или детали совпадает с центром симметрии.
Используя моменты первого рода находят координаты центра масс блока:
где mi – массы этих изделий.
XM=18110-644710-5=40510-3 м; YM=23810-644710-5=53310-3 м;
ZM=64110-744710-5=14310-3 м.
Рисунок 3. К определению положения центра масс блока.
Наиболее часто используют вариант симметричного расположения амортизаторов на блоке РЭС. Амортизаторы располагают на блоке таким образом чтобы проекции амортизаторов на плоскость XY не выходили за контур проекции блока.
Определяют координаты центра жесткости амортизаторов используя моменты первого рода:
XC=c YC=cy ZC=cziziczi
cxixi cyiyi czizi – статические моменты жесткости амортизаторов относительно координатных плоскостей.
XC=004812=004 м; YC=00612=005 м; ZC=000612=0005 м
Рисунок 4. Схема расположения амортизаторов на блоке РЭС.
Условия статического равновесия системы амортизации
где pi – весовая нагрузка приходящаяся на i-й амортизатор G – вес блока.
Блок устанавливается на носителе без перекосов (поэтому Z =0) тогда получаем:
Задаваясь координатами размещения амортизаторов получают систему из четырех линейных уравнений:
x1 x2 11x3 x4y1y2x1y1x2y2 y3y4x3y3x4y4p1p2p3p4=26000
Где y1=006; y2=006; y3=04; y4=04.
x1 x2 11x3 x4y1y2x1y1x2y2 y3y4x3y3x4y4p1p2p3p4=068000
где y1=0006; y2=0006; y3=0094; y4=0094.
Решая эту сист776605245745Изм.
ему с помощью программ MathCAD относительно нагрузок на амортизаторы находят статические нагрузки на амортизаторы: p1=079; p2=-0064; p3=-005; p4=40910-3.
По полученным статическим нагрузкам и условиям эксплуатации выбирают амортизатор демпфированный АД4.
При несовпадении центра масс блока с центром симметрии статическая нагрузка на амортизаторы будет разная и следовательно осадка однотипных амортизаторов будет различна. Для устранения перекоса блока вводят выравнивающие прокладки между амортизатором и корпусом блока.
Осадка амортизаторов
z1= z2= z3= z4=p4c4.
z1=07903=0237 мм; z2=-006403=-00192;
z3=-00503=-0015 мм; z4=40910-303=12310-3
Из полученных значений выбирают наименьшее и относительно zi min определяют толщину выравнивающих прокладок под остальные 3амортизатора:
где пр– толщина выравнивающей прокладки под соответствующий амортизатор.
Δпр 1=0237-12310-3=0236;
)Резонансные частоты блока на амортизаторах [1]:
Расчет начинают с определения коорди748030245745Изм.
нат расположения центра масс. Исходя из условий эксплуатации и с учетом статической нагрузки на амортизаторы выбирают амортизатор демпфированный АД4.
Задаются расположением амортизаторов на блоке и находят координаты их расположения при этом начало координат совмещают с центром масс.
Если блок установлен на амортизаторах без перекосов а центры масс и жесткости лежат на одной вертикали кроме того использованы амортизаторы одного типоразмера у которых упругая жесткость по X и Y одинакова то при выполнении этих условий расчетная модель соответствует варианту 2.
Система дифференциальных уравнений распадается на 2 уравнения независимых и 4 попарно связанных:
где c J m– масса блока; φx φy φz– углы поворота относительно координатных осей.
Из уравнений (1) и (2) определяют частоты собственных колебаний вдоль оси Z и вращательных колебаний вокруг этой оси.
=czm=420; 2=(czy2+cyx2)J=393.
Из уравнений (3) и (4) находят еще 748030247650Изм.
две частоты 3 и 4 решая биквадратное уравнение:
где a1=cxz2+czx2Jy+cxm=2633 b1=cxcxz2+czx2-cxz2mJy=15328
Из уравнений (5) и (6) находят частоты 5 и 6 решая биквадратное уравнение:
где a2=czy2+cyz2Jx+cym=2821 b2=cyczy2+cyz2+cyz2mJx=18648
2 Расчет теплового режима 757555228600Изм.
2.1 Определение температуры нагретой зоны блока РЭС.
Исходным данным для расчета являются:
-блок изготовлен в форме прямоугольного параллелепипеда.
-габариты блока: длина ширина высота
-габариты нагретой зоны: длина ширина высота
-все внутренние и наружные поверхности блока покрыты эмалью степень черноты которой
- температура окружающей среды: tс=20С
- мощность потребляемая блоком от сети Р= 50 Вт.
3939017526000 Область 1
Рисунок 5. Модель блока.
Расчет площадей боковой (Sб) верхней (Sв) и нижней (Sн) стенок блока
Sб= 2L3(L1+L2) Sв = Sн = L1L2.
Sб= 201(028+015)=0086; Sв = Sн = 028015=0042.
Определение площадей нагретой зоны обращенных в области 1 2 и 4 здесь область 1 – расположена над нагретой зоной область 2 – под нагретой зоной а область 4 – между боковой поверхностью нагретой зоны и кожухом.
Sз1 = Sз2 = l1l2 Sз4 = 2l3(l1+l2).
Sз1 = Sз2 = 026013=00338 Sз4 = 2008(026+013)=00624.
Приведённая степень черноты нагретой зоны в областях 1 и 2 рассчитывается по формулам
где – степени черноты зоны и кожуха.
Приведённая степень черноты нагретой зоны в области 4 равна
Ориентировочное значение тепловой проводимости участка от нагретой зоны к кожуху рассчитывается по формуле
где 4– толщина корпуса блока (если блок имеет тонкостенный кожух то толщину 4 можно не учитывать).
Задание температуры перегрева кожуха (tк). Температура кожуха равна tк=tc+tк. Определяющая (средняя) температура tm= (tк+tc)2.
Для нашего блока прим757555228600Изм.
Для большинства одиночных блоков РЭС имеющих небольшую мощность тепловыделения конвективный теплообмен подчиняется закону степени исходя из этого предположения рассчитывается коэффициент теплоотдачи для всех наружных поверхностей кожуха выполняется по формуле
Где – коэффициент объемного расширения К–1; g– ускорение силы тяжести м – критерий Прандтля ;m– кинематическая вязкость м2с; a – коэффициент температуропроводности м2c; m – теплопроводность Вт(мК) ; t L – определяющий размер м (для вертикально ориентированной поверхности это высота для горизонтально ориентированной поверхности – меньшая сторона); N – коэффициент ориентации нагретой поверхности: для вертикальной стенки N=1 для нагретой поверхности обращенной вниз N=07 и вверх N=13.
Kритерий Прандтля =0702
Kинематическая вязкость =155 м2c
Теплопроводность m=264 ВтмК
Для большинства блоков РЭС кожух выполнен из материала с хорошей теплопроводностью поэтому его можно считать изотермической поверхностью и следовательно температура кожуха в любой точке принимать одинаковой = tк=30 ºС.
Расчет коэффициента лучеиспускания выполняется следующим образом:
ft1t2=567t1+2731004-t2+2731004t1-t2
где t1 – температура кожуха; 767080228600Изм.
t2 – температура среды; φ12 – коэффициент взаимного облучения (для одиночного блока φ12=1).
Далее рассчитываются полные коэффициенты теплоотдачи с поверхности кожуха: αб = αкб + αл αв = αкв + αл αн = αкн + αл
где αкб αкв αкн - коэффициенты теплоотдачи боковой верхней и нижней поверхностей.
Тепловая проводимость кожуха в окружающую среду
к= 70940042+63290042+ 68480086=1153.
Температура нагретой зоны в первом приближении
Расчётная мощность P1 нагретой зоны в предположении что кожух имеет перегрев tк =10 : PI=к(tк– tс);
PI=1153 (30– 20)=1153Вт.
Поскольку область 1 (рис. 5) замкнутая то используют конвективно-кондуктивные коэффициенты верхней Kв и боковой Kб воздушной прослойки между нагретой зоной и внутренней поверхностью кожуха
где N – коэффициент ориентации нагретой поверхности: для вертикальной стенки N=1 для нагретой поверхности обращенной 757555219075Изм.
вниз N=07 и вверх N=13; h и – для боковых областей нагретой зоны и кожуха. Значение A2 в нашем случае равна 059 а величину f(hil) находят из графика (рис. 6).
Рисунок 6. Значение функции f(hil)
Определяют лучистую составляющую коэф738505255270Изм.
фициента теплопередачи областей 1 2 и 4 (рис. 1) для воздушного зазора между боковой поверхностью нагретой зоны и кожухом при этом величина приведенной степени черноты полученная при расчете в первом приближении сохраняется а коэффициент взаимной облученности принимается равным единице температура нагретой зоны берется равной температуре полученной при расчете в первом приближении. В результате получают величины αл1 αл2 αл4
αл1=αл2=αл4=пφ12ft1t2
л1=л2=л4=0906160084=5441.
Полные коэффициенты теплопередачи всех областей для нагретой зоны расположенной горизонтально рассчитываются следующим образом:
K1=k1+л1 K4=k4+л4 K2=k2+л2.
K1=5441+225=769; K4=5441+196=7405; K2=5441+1848=728.
Температура нагретой зоны во втором приближении определяется выражением:
где kI – тепловая проводимость от кожуха в окружающую среду полученная при расчёте в первом пр757555228600Изм.
иближении; kII – тепловая проводимость от нагретой зоны к кожуху рассчитанная во втором приближении по формуле:
Так как температуры нагретой зоны полученные при расчётах в первом и во втором приближениях отличаются на более 10% проводим расчёт в третьем приближении при этом
5200-200025009801282901854004043644802904tз
Рисунок 7. Тепловые характеристики
Вывод: по результатам расчета можно сказать что необходимо использовать принудительное воздушное охлаждение.
3 Расчет упаковочной тары РЭС для транспортировки.
Упаковочная тара должна гарантировать с757555238125Изм.
охранность РЭС при ее перевозке любыми транспортными средствами. Контейнер для транспортировки изготовляют из недорогих материалов (металл слоистое стекловолокно и дерево). Между жесткой оболочкой тары и поверхностью РЭС прокладывают упругие амортизационные прокладки гасящие вибрационные и ударные нагрузки при транспортировке (рис. 8).
Механические свойства упаковочных материалов характеризуются соотношением приложенной к поверхности материала нагрузкой и деформацией материала вызываемой этой нагрузкой т.е. статической жесткостью: P = f (z).
Амортизирующие прокладки могут быть упругие и неупругие. Первые полностью восстанавливают свою толщину после снятия приложенной нагрузки. В неупругих прокладках наблюдается остаточная деформация поэтому они являются прокладками разового использования.
Рисунок 8. Схема упаковочной тары
– внешняя оболочка тары 2 – упругая прокладка 3 – РЭС.
Восстанавливающая сила после удара которая вызовет в прокладке механическое напряжение Нсм2:
где m – масса блока m=025 кг; S – опорная поверхность блока S=0008 м2; K – наибольшая перегрузка допустимая на РЭС.
=0259800081+25=079625 Hсм2.
Потенциальная энергия поднятого776605216535Изм.
на высоту Н блока РЭС которая приводит к максимально допустимой деформации прокладки
Расчетная толщина прокладки
Обозначая Tv= получаем толщину прокладки: h=HK
Величину 764540260985Изм.
определяем из графика на рис 9:
Рисунок 9. Зависимость = f() для поролона (1) и резины (2).
Для поролона: h=61525=036
В результате выполнения курсовог767080209550Изм.
о проекта был проанализирован преобразователь напряжения смоделированы тепловые поля и механические нагрузки на плату и блок РЭС а также рассчитаны:
) Тепловые режимы теплонагруженных элементов функционального узла: при эксплуатации данной схемы необходимо использовать принудительное воздушное охлаждение т.к. абсолютная величина перегревов лежит в промежутке 24-89 ºC.
) Печатная плата на механические нагрузки: определены действующие на элементы печатного узла перегрузки при действии вибрации и ударов а также максимальные перемещения. Устройство отвечает необходимым требованиям по вибропрочности. Полученные коэффициенты динамичности близки к 1 поэтому печатный узел будет устойчив к вибрациям. Частично удовлетворяет условиям по ударопрочности печатной платы.
) Тепловой режим блока РЭС: по результатам которого можно сказать что блок не удовлетворяет допустимым значениям перегрева и необходимо использовать принудительное воздушное охлаждение.
) Обеспечение защиты конструкции от заданных механических воздействий: произведен расчет амортизаторов блока РЭС.
) Упаковочная тара РЭС для транспортировки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Проектирование и технология р767080219075Изм.
адиоэлектронных средств: учебное пособие З. М. Селиванова [и др.]; - Тамбов: Тамб. гос. техн. ун-т. 2011. - 164 с.
Дополнительная литература
Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: Учебное пособие Баканов Г. Ф. [и др.]. Изд-во: Академия 2007. -368с.
Основы конструирования и технологии РЭС: учеб. пособие для вузов Ю. Л. Муромцев [и др.]. - Тамбов: ТВВАИУ 2007. - 267 с.
Конструирование и микроминиатюризация РЭА: Учебник для вузов П.П. Гелль [и др.]. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское. отд. 1984. - 535с.
Несущие конструкции РЭА П.И. Овсищер [и др.]. - М.: Радио и связь 1988. - 232с.
Проектирование конструкций РЭА Е.М. Парфенов [и др.].- М.: Радио и связь 1989. - 272с.
Надежность радиоэлектронных и микропроцессорных систем Ю.Л. Муромцев [и др.] - М.: МИХМ 1989. - 104с.

Документы.docx

-411480-11874500-408305-11874500-411480-46355000Номер
57425-11874500Примечание
ТГТУ.436437.051 ТЭ-ТЛ
Лабораторный практикум
Расчет тепловых режимов и механических нагрузок блока РЭС
ТГТУ.210201.051 ТЭ-ТЛ
Цель (причина) выпуска
ТГТУ.436437.051 ТЭ-ЗД
-411480-12065000-411480-12065000Номер
57425-12065000Примечание
ТГТУ.436437.051 ТЭ-ПЗ
Пояснительная записка
ТГТУ.436437.051 ТЭ-ПЭ3
-41592560007500ТГТУ.436437.051 УЛ
Таблица тепловых режимов теплонагруженных элементов печатного узла
ТГТУ.436437.051 2Д-Э3
Схема электрическая принципиальная
ТГТУ.436437.051 2Д-СБ
Сборочный чертеж платы
-40957558420000ТГТУ.436437.051 УЛ
Результаты моделирования теплового поля печатной платы
Результаты моделирования резонансных частот радиоэлементов схемы
Сборочный чертеж блока РЭС
Результаты моделирования теплового поля блока РЭС
Результаты моделирования собственных частот амортизаторов блока РЭС
-40322560642500ТГТУ.436437.051 УЛ

Перечень документов.dwg

Обозначение КДВерсия
Наименование КДnвид документа
Цель (причина) выпуска Дата
Цель (причина) выпуска
Титульный лист nКурсовой проект
Блок питания для домашней лабораторииnТГТУ.436437 ТЭ-ТЛ
Лист заданияnКурсовой проект
Блок дистанционного управления ИП3nТГТУ. 465636.024 ЗД - ТЭ
Ведомость проектаnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 ДП - ТЭ
Пояснительная запискаnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 ПЗ - ТЭ
Схема электрическая структурнаяnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 Э1 - 2Б
Схема электрическая принципиальная блокаnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 Э3 - 2Б
Схема электрическая принципиальная ФУnКурсовой проект
ТГТУ. 467459.024 Э3 - 2Б
Плата печатанаяnКурсовой проект
Модуль управления nСборочный чертежnКурсовой проект
ТГТУ. 467459.024 СБ - 2Б
Компоновочный чертежnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 К - 2Б
Сборочный чертежnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 СБ - 2Б
Электромонтажный чертежnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 МЭ - 2Б
Жгут nСборочный череж nКурсовой проект
ТГТУ. 685627.024 СБ - 2Б
Панель лицеваяnКурсовой проект
Выполняется на формате А5 (по ГОСТ 2.301-68)
Образец выполения курсового проекта в электронной форме
СпецификацияnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 ПЭ3
Перечень элементовnКурсовой проект
ТГТУ. 465636.024 ПЭ3 - ТЭ

1. Титульный лист.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
Кафедра «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем»
Зав. кафедрой: Д.Ю. Муромцев
подпись инициалы фамилия
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту (работе) по Компьютерным технологиям для расчета
наименование учебной дисциплины
тепловых режимов и механических воздействий
на тему: Расчет тепловых режимов и механических нагрузок блока РЭС
Автор работы А.С. Шевцов Группа СРС-31
подпись дата инициалы фамилия
Специальность:210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных
Обозначение курсового проекта (работы) ТГТУ. 435134.013 ПЗ
Руководитель проекта (работы) О.А. Белоусов
подпись датаинициалы фамилия
Проект (работа) защищен (а)Оценка
НормоконтролерО.А. Белоусов

Приложение Б.docx

72009025209500Приложение Б
ТГТУ. 435134.013 ТЭ-ПЭ3

Приложение В.docx

72009025209500Приложение В
Таблица тепловых режимов теплонагруженных режимов функционального узла
Тепловой режим элемента (°C)

Спецификация Сборочный блока-Model.pdf

IRLR 2905 International Rectifier
DS-026C Dragon City Industries

Перечень документов.docx

Перечень документов сдаваемых в архив
Обозначение документа
Лабораторный практикум на
Информационно-удостоверяющий лист

Сборочный плата.dwg

ТГТУ.435134.013 2Д-СБ
n Преобразователь напряженияСборочный чертеж
Autodesk AutoCAD 2012
ТГТУ 435134.013 2Д-СБ
* Размеры для справокn2.Шаг координатной сетки n*05где n=5 по ГОСТ Р51040-97n3.Установку ИЭТ производить по ГОСТ 29137-91nпоз. 234 - по варианту 180.00.0000.00.02nпоз. 51314 - по варианту 190.00.0000.00.00nпоз. 67 - по варианту 320.00.0000.00.00nпоз. 8-11 - по варианту 010.02.0201.00.00nпоз. 12 - по варианту 140.02.0202.00.02n4.Паять припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76.n5.Печатные проводники условно не показаны.n6.Позиционные обозначения ЭРЭ показаны nусловно и соответствуют ТГТУ.435134.013 2Д-Э3.n7.Маркировать краской ТНПФ-01 черной в соответствии с шифром изделия шрифт 25 по ОСТ 4.010.024.87.n8. Клеймить краской ТНПФ-01 черной лакnЭП-730 УХЛ 3.1n9.Маркировка элементов показана условноn10.Остальные - ТТ по ОСТ 4 ГО.070.015

Приложение А.docx

72009025209500Приложение А

Содержание.doc

Исходные данные к проекту и их анализ . 8
1 Расширенное техническое задание .. . 8
2 Описание электрической принципиальной схемы 8
3 Анализ соответствия элементов схемы заданным условиям
Обеспечение тепловых режимов и механической устойчивости
функционального узла .. . 10
1 Расчет печатной платы на механические воздействия . 10
1.1 Расчет на воздействие вибраций . 10
1.2 Расчет на действие удара . 13
1.3 Расчет максимального смещения блока при воздействии на него
2 Расчет теплового режима теплонагруженных элементов
функционального узла .. 15
Обеспечение тепловых режимов и механической устойчивости блока
1 Обеспечение защиты конструкции от заданных механических
2 Расчет теплового режима блока 27
2.1 Определение температуры нагретой зоны блока РЭС 27
3 Расчет упаковочной тары РЭС для транспортировки .. 34
Список используемых источников 38
Приложение А Спецификация
Приложение Б Перечень элементов
Приложение В Таблица тепловых режимов теплонагруженных элементов
функционального узла
ТГТУ.435134.013 ТЭ-ПЗ
Расчет тепловых режимов и механических нагрузок блока РЭС
Пояснительная записка

Перечень элементов.dwg

К155ЛА3 БКО.348.457-04 ТУ
С2-14-0125-680Ом±1%. ОЖО.467.151ТУ
С2-14-0125-75кОм±1%. ОЖО.467.151ТУ
С2-14-0125-10кОм±1%. ОЖО.467.151ТУ
С2-14-0125-1кОм±1%. ОЖО.467.151ТУ
Микросхемы аналоговые
К155ЛА3 БКО.348.006-01 ТУ
К155ТМ2 БКО.348.006-01 ТУ
КД522А ДР3.362.029ТУ
КТ315Б ЖК3.365.200ТУ
КТ209А аАО.336.065 ТУ
ТП-50-7ЭКМЮ.671111.001 ТУ
Преобразователь напряженияnПеречень элементов
ТГТУ.435134.013 ТЭ-ПЭ3
К10-17а-63В-22мкФ±10% ОЖО.460.107ТУ
B41828-63В-470мкФ±20% Epcos
B41828-16В-2200мкФ±20% Epcos
КА7805 Fairchild Semiconductor Corporation
ТП-50-7 ЭКМЮ.671111.001 ТУ
Поз.n обозначе- n ние
IRLR2905 International Rectifier

Этикетка.docx

Расчет тепловых режимов и механических нагрузок блока РЭС.
Шевцов А.С. гр. СРС-31

Аннотация.docx

73723526289000АННОТАЦИЯ
Курсовой проект на тему: «Расчет тепловых режимов и механических нагрузок блока РЭС» разработал Шевцов А.С. под руководством Белоусова О.А. в 2012 г.
Курсовой проект посвящен расчету тепловых режимов и механических воздействий для преобразователя напряжения .
Объём пояснительной записки ..34 листа
Количество приложений .3
Количество графического материала .7 листов

Сборочные.dwg

Блок преобразователя напряженияnСборочный чертеж
ТГТУ.435134.013 2Д-СБ
* Размеры для справок.n2. Покрытие деталей крепежных деталей: на передней панели лак АК 113.02 остальных - лак 113 с 8% ПАП-2.02.n3. Транзисторы крепить на радиатор с термопастой КПТ-8n4. Клеймить краской ТНПФ-01 черной УХЛ3.1.
Преобразователь напряженияnРезультаты моделирования теплового поля блока РЭС
ТГТУ.435134.013 2Д-МБ
Преобразователь напряженияnРезультаты моделирования теплового поля печатной платы
Преобразователь напряженияnРезультаты моделирования механических воздействий на плату
Преобразователь напряженияnРезультаты моделирования механических воздействий на блок
ТГТУ.435134.013 2Д-МП