Конструювання ЕВС

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

1 Призначення апаратури

Даний блок відноситься до класу бортової апаратури і призначений для установки в керований снаряд Функціонально блок призначений для згортки сигналу прийнятого бортової РЛС

2 Технічні вимоги

а) умови експлуатації

- Температура середовища tо = 30 оC;

- Тиск p = січня 1933 × 104 Па;

б) механічні навантаження

- Перевантаження в заданому діапазоні

f, Гц

10

30

50

100

500

1000

g

5

8

12

20

25

30

- Удари u = 50 g;

в) вимоги щодо надійності

- Ймовірність безвідмовної роботи P (0.033) ³ 0.8

3 Конструкційні вимоги

а) елементна база - мікросхеми серії К176 з КМДП логікою;

б) потужність у блоці P £ 27 Вт;

в) маса блоку m £ 50 кг;

г) тип корпусу - корпус по ГОСТ 17045-71;

д) тип амортизатора АТ 15;

е) умови охолодження - природна конвекція

ПІДБІР елементної бази

Оскільки проектований електронно-обчислювальний блок є бортовою апаратурою, то до нього висуваються такі вимоги

висока надійність;

висока перешкодозахищеність;

мала споживана потужність;

Найбільш повно цим вимогам задовольняють інтегральні мікросхеми на доповнюють МДП (МОП) структурах - КМДП структури

Цифрові інтегральні схеми на КМДП-транзисторах - найбільш перспективні. Потужність споживання в статичному режимі ЦІС становить десятки нановат, швидкодія - більше 10 МГц. Серед ЦІС на МДП-транзисторах ЦІС на КМДП-транзисторах мають найбільшу завадостійкістю: 40 ... 45% від напруги джерела живлення. Відмітна особливість ЦІС на КМДП-транзисторах - також висока ефективність використання джерела: перепад вихідної напруги елемента майже дорівнює напрузі джерела живлення. Такі ЦІС не чутливі до змін напруги живлення. В елементах на КМДП-транзисторах полярності і рівні вхідних і вихідних напруг збігаються, що дозволяє використовувати безпосередні зв'язки між елементами. Крім того, у статичному режимі їх споживана потужність практично дорівнює нулю

Таким чином була обрана серія мікросхем К176 (тип логіки доповнюють МОП-структури) Конкретно були обрані дві мікросхеми

К176ЛЕ5 - чотири елементи 2ИЛИ-НЕ;

К176ЛА7 - чотири елементи 2І-НЕ

Параметр

К176ЛЕ5

К176ЛА7

Вхідний струм у стані "0", Iвх0, мкА, не менш

-0 1

-0.1

Вхідний струм у стані "1", Iвх1, мкА, не більше

0 1

0.1

Вихідна напруга "0", Uвих0, В, не більше

0 3

0.3

Вихідна напруга "1", Uвих1, В, не менш

2 серпня

8.2

Струм споживання в стані "0", Iпот0, мкА, не більше

0 3

0.3

Струм споживання в стані "1", Iпот1, мкА, не більше

0 3

0.3

Час затримки поширення сигналу при включенні tзд р1, 0, нс, не більш

200

200

Час затримки поширення сигналу при включенні tзд р0, 1, нс, не більш

200

200

Гранично допустимі електричні режими експлуатації

Напруга джерела живлення, В

5 - 10 В

Навантажувальна здатність на логічну мікросхему, не більше

50

Вихідний струм Iвих0 і Iвих1, мА, не більше

0 5

Перешкодостійкість, У

0 9

РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ БЛОКУ

Вихідні дані

Розміри блоку

L1 = 250 мм L2 = 180 мм L3 = 90 мм

Розміри нагрітої зони

a1 = 234 мм a2 = 170 мм a3 = 80 мм

Зазори між нагрітої зоною і корпусом

hн = hв = 5 мм

Площа перфораційних отворів

Sп = 0 мм2

Потужність однієї ІС

Pіс = 0,001 Вт

Температура навколишнього середовища

tо = 30 оC

Тип корпусу

Дюраль

Тиск повітря

p = січня 1933 × 104 Па

Матеріал ПП

Склотекстоліт

Товщина ПП

hпп = 2 мм

Розміри ІС

з1 = 19 5 мм с2 = 6 мм c3 = 4 мм

Етап 1 Визначення температури корпусу

1 Розраховуємо питому поверхневу потужність корпусу блоку qк

де P0 - потужність розсіюється блоком у вигляді теплоти;

Sк - площа зовнішньої поверхні блоку

Для здійснення реального розрахунку приймемо P0 = 20 Вт, тоді

2 За графіком з [1] задаємося перегрівом корпусу в першому наближенні D tк = 10 оС

3 Визначаємо коефіцієнт лучеиспускания для верхньої a л у, бічний a л б і нижньої a л н поверхонь корпусу

Так як e для всіх поверхонь однакова і дорівнює e = 0 39 то

4 Для визначальною температури tm = t0 + 0.5 D tk = 30 + 0.5 10 = 35 oC розраховуємо число Грасгофа Gr для кожної поверхні корпусу

де Lопр i - визначальний розмір i-ої поверхні корпусу;

g - прискорення вільного падіння;

gm - кінетична в'язкість газу, для повітря визначається з таблиці 4 10 [1] і дорівнює gm = 16 48 × 10-6 м2 / с

5 Визначаємо число Прандталя Pr з таблиці 4 10 [1] для визначальною температури tm, Pr = 0.7

6 Знаходимо режим руху газу, обтекающих кожну поверхню корпусу

5 × 106 <Grн Pr = Grв Pr = 1 831 × 0 7 × 107 = 1282 × 107 <2 × 107 отже режим ламінарний

Grб Pr = 6832 × 0 7 × 106 = 4782 × 106 <5 × 106 отже режим перехідний до ламінарного

7 Розраховуємо коефіцієнт теплообміну конвекцією для кожної поверхні блоку a ki

де lm - теплопровідність газу, для повітря lm визначаємо з таблиці 4 10 [1] lm = 0 0272 Вт / (м К);

Ni - коефіцієнт враховує орієнтацію поверхні корпусу Ni = 0.7 для нижньої поверхні, Ni = 1 для бічній поверхні, Ni = 1 3 для верхньої поверхні

8 Визначаємо теплову провідність між поверхнею корпусу і навколишнім середовищем s до

9 Розраховуємо перегрів корпусу блоку РЕА у другому наближенні D tк про

де Кк п - коефіцієнт залежить від коефіцієнта корпусу блоку Оскільки блок є герметичним, отже Кк п = 1;

Кн1 - коефіцієнт, що враховує атмосферний тиск навколишнього середовища береться з графіка рис 4 12 [1], Кн1 = 1

10 Визначаємо помилку розрахунку

Так як d = 0332> [d] = 0.1 проводимо повторний розрахунок скорегувавши D tк = 15 оС

11 Після повторного розрахунку отримуємо D tк, про = 15,8 оС, і отже помилка розрахунку буде дорівнює

Така помилка нас цілком влаштовує d = 0053 <[d] = 0.1

12 Розраховуємо температуру корпусу блоку

Етап 2 Визначення середньоповерхнева температури нагрітої зони

1 Обчислюємо умовну питому поверхневу потужність нагрітої зони блоку Qз

де Pз - потужність розсіюється в нагрітій зоні, Pз = 20 Вт.

2 За графіком з [1] знаходимо в першому наближенні перегрів нагрітої зони D tз = 18 оС

3 Визначаємо коефіцієнт теплообміну випромінюванням між нижніми a з л н, верхніми a з л в і бічними a з л б поверхнями нагрітої зони і корпусу

Для початку визначимо наведену ступінь чорноти i-ої поверхні нагрітої зони e Пi

де e зi і Sзi - ступінь чорноти і площа поверхні нагрітої зони, e зi = 0 92 (для всіх поверхонь так як матеріал ПП одінаковай)

Так як наведена ступінь чорноти для різних поверхонь майже однакова, то ми можемо прийняти її рівною e п = 0 405 і тоді

4 Для визначальною температури tm = 0 5 (tк + t0 + D tk) = 0 5 (45 + 30 + 17 = 46 oC і визначального розмірі hi розраховуємо число Грасгофа Gr для кожної поверхні корпусу

де Lопр i - визначальний розмір i-ої поверхні корпусу;

g - прискорення вільного падіння;

gm - кінетична в'язкість газу, для повітря визначається з таблиці 4 10 [1] і дорівнює gm = 17 48 × 10-6 м2 / с

Визначаємо число Прандталя Pr з таблиці 4 10 [1] для визначальною температури tm, Pr = 0.698

Grн Pr = Grв Pr = 213 654 × 0698 = 149 1913

Grб Pr = 875 128 × 0 698 = 610 839

5 Розрахуємо коефіцієнт коефіцієнти конвективного теплообміну між нагрітої зоною і корпусом для кожної поверхні

для нижньої і верхньої

для бічній поверхні

де lm - теплопровідність газу, для повітря lm визначаємо з таблиці 4 10 [1] lm = 0 0281 Вт / (м К);

6 Визначаємо теплову провідність між нагрітої зоною і корпусом

де s - питома теплова провідність від модулів до корпусу блоку, за відсутності притиску s = 240 Вт / (м2 К);

Sl - площа контакту рамки модуля з корпусом блоку;

Кs - коефіцієнт враховує кондуктивний теплообмін

У результаті отримуємо

7 Розраховуємо нагрів нагрітої зони D tз про у другому наближенні

де КW - коефіцієнт, що враховує внутрішнє перемішування повітря, залежить від продуктивності вентилятора, КW = 1;

КН2 - коефіцієнт, що враховує тиск повітря усередині блоку, КН2 = 1 3

8 Визначаємо помилку розрахунку

Така помилка нас цілком влаштовує d = 0053 <[d] = 0.1

9 Розраховуємо температуру нагрітої зони

Етап 3 Розрахунок температури поверхні елемента

1 Визначаємо еквівалентний коефіцієнт теплопровідності модуля, в якому розташована мікросхема Для нашого випадку, коли відсутні теплопровідні шини l екв = l п = 0.3 Вт / (м К), де l п - теплопровідність матеріалу підстави друкованої плати

2 Визначаємо еквівалентний радіус корпусу мікросхем

де S0ІС - площа підстави мікросхеми, S0ІС = 0 0195 × 0006 = 0 000 117 м2

3 Розраховуємо коефіцієнт поширення теплового потоку

де a 1 і a 2 - коефіцієнти обміну з 1-й і 2-й стороною ПП; для природного теплообміну a 1 + a 2 = 18 Вт / (м2 К);

hпп - товщина ПП

4 Визначаємо шуканий перегрів поверхні корпусу мікросхеми для ІМС номер 13 знаходиться в середині ПП і тому працює в найгіршому тепловому режимі

де В і М - умовні величини, введені для спрощення форми запису, при однобічному розташуванні корпусів мікросхем на ПП В = 5 серпні p R2 Вт / К, М = 2;

до - емпіричний коефіцієнт для корпусів мікросхем, центр яких відстоїть від кінців ПП на відстані менше 3R, к = 1.14; для корпусів мікросхем, центр яких відстоїть від кінців ПП на відстані більше 3R, к = 1;

Кa - коефіцієнт тепловіддачі від корпусів мікросхем визначається за графіка (рис 4 17) [1] і для нашого випадку Кa = 12 Вт / (м2 К);

Ni - число i-х корпусів мікросхем, розташований навколо корпусу розраховується мікросхеми на відстані не більше ri <10 / m = 0.06 м, для нашої ПП Ni = 24;

К1 і К0 - модифіковані функції Бесселя, результат розрахунку яких наведено нижче

D tв - среднеоб'емний перегрів повітря в блоці

QІСi - потужність, що розсіюється i-й мікросхемою, у нашому випадку для всіх однакова і дорівнює 0001 Вт;

SІСi - сумарна площа поверхонь i-й мікросхемs, в нашому випадку для всіх однакова і дорівнює SІСi = 2 (з1 × с2 + з1 × с3 + с2 × с3) = 2 (19 5 × 6 + 19.5 × 4 + 6 × 4) = 438 мм2 = 0 000 438 м2;

d зi - зазор між мікросхемою і ПП, d зi = 0;

l зi - коефіцієнт теплопровідності матеріалу, що заповнює цей зазор

Підставляючи чисельні значення у формулу отримуємо

5 Визначаємо температуру поверхні корпусу мікросхеми

Така температура задовольняє умовам експлуатації мікросхеми D Тр = -45 +70 оС, і не вимагає додаткової системи охолодження

РОЗРАХУНОК МАСИ БЛОКУ

Вихідні дані для розрахунку

Маса блоку ІС

mіс = 24 г = 0024 кг

Щільність дюралюмінію

r ін = 2800 кг/м3

Щільність стеклотекстолита

r Ст = 1750 кг/м3

Товщина дюралюмінію

hk = 1 мм = 0001 м

Товщина друкованої плати

hпп = 2 мм = 0002 м

Кількість друкованих плат

nпп = 60

Кількість ІС

nіс = 25

РОЗРАХУНОК власною ЧАСТОТИ ПП

Так як в нашій ПП використовуються однотипні мікросхеми рівномірно розподілені по поверхні ПП, то для визначення власної частоти коливань ПП можна скористатися формулою для рівномірно навантаженої пластини

де a і b - довжина і ширина пластини, a = 186 мм, b = 81 мм;

D - циліндрична жорсткість;

E - модуль пружності, E = 3.2 × 10-10 Н / м;

h - товщина пластини, h = 2 мм;

n - коефіцієнт Пуассона, n = 0.279;

М - маса пластини з елементами, М = mпп + mіс × 25 = 0.095 + 0.024 × 25 = 0.695 кг;

Ka - коефіцієнт, що залежить від способу закріплення сторін пластини;

k, a, b, g - коефіцієнти наведені в літературі [1]

Підставляючи значення параметрів у формулу розраховуємо значення власної частоти

РОЗРАХУНОК СХЕМИ АМОРТИЗАЦІЇ

Вихідні дані

Вид носія - керований снаряд

Маса блоку m = 42.385 кг

f, Гц

10

30

50

100

500

1000

g

5

8

12

20

25

30

1. Розрахуємо величину вібросмещенія для кожного значення f.

так як нам відомий порядок Кe »103, то при мінімальній частоті f = 10 Гц

отже ми можемо розрахувати величину вібросмещенія для кожної частоти спектру Результат розрахунку наведемо у таблиці

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. Розрахунок номінальної статичної навантаження і вибір амортизатора

Оскільки блок заповнений однаковими модулями то й маса його розподілена рівномірно При такому розподілі навантаження доцільно вибрати симетричне розташування амортизаторів У такому випадку дуже легко розраховується статичне навантаження на амортизатор

Виходячи зі значень Р1 ... Р4 вибираємо амортизатор АТ -15 який має номінальну статичне навантаження Рном = 100 .... 150 Н, коефіцієнт жорсткості kам = 186 4 Н / см, показник загасання e = 0 5

3 Розрахунок статичної опади амортизатора і відносного переміщення блоку

Статична осаду амортизаторів визначається за формулою

Для визначення відносного переміщення s (f) необхідно спочатку визначити власну частоту коливань системи

Конструювання ЕВС

і коефіцієнт динамічності який визначається за наступною формулою

Результат розрахунку наведемо у вигляді таблиці

Маса блоку m = 42.385 кг

f, Гц

10

30

50

100

500

1000

g

5

8

12

20

25

30

f, Гц

10

30

50

100

500

1000

x (f), мм

13

2

1

0 5

0 25

0 076

m (f)

1.003

1.118

1.414

2.236

4.123

13.196

s (f) = x (f) m (f)

13.039

2.236

1.414

1.118

1.031

1.003

РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ БЛОКУ ЗА Раптові відмови

Так як носієм нашого блоку є керований снаряд час життя якого мало, і схема складається тільки з послідовних елементів той ми ухвалюємо рішення не резервувати систему.

Інтенсивність відмов елементів з урахуванням умов експлуатації виробу визначається за формулою

де l 0i - номінальна інтенсивність відмов;

k1, k2 - поправочні коефіцієнти залежно від впливу механічних факторів;

k3 - поправочний коефіцієнт в залежності від тиску повітря;

Значення номінальних інтенсивностей відмови і поправочних коефіцієнтів для різних елементів використовуються в блоці були взяті з літератури [1] і наведені в таблиці

Елемент

l 0i, 1 / год

k1

k2

k3

k4

Мікросхема

0,013

1,46

1,13

1

1,4

З'єднувачі

0,062 × 24

1,46

1,13

1

1,4

Провід

0,015

1,46

1,13

1

1,4

Плата друкованої схеми

0,7

1,46

1,13

1

1,4

Пайка навісного монтажу

0,01

1,46

1,13

1

1,4

Імовірність безвідмовної роботи протягом заданої напрацювання tp для нерезервованої систем визначається з формули

Конструювання ЕВС

Середній час життя керованого снаряда не перевищує 1 ... 2 хвилин і отже значення P (0.033) = 0.844, що цілком задовольняє технічним умовам

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Шпаргалка
33.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Конструювання
Конструювання антен
Конструювання одягу 2
Конструювання одягу
Конструювання насильства
Конструювання машин
Конструювання ГИМС
Конструювання мікросхем
Основи конструювання
© Усі права захищені
написати до нас