Методика виконання розрахунків на міцність електрорадіоелементів та елементів конструкцій радіоелектронної

виправити

МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ МІЦНОСТІ РОЗРАХУНКІВ Електрорадіоелементи І ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЙ РЕА

Розрахунок міцності електрорадіелементов

1.1 Міцність ЕРЕ, закріпленого на висновках

Більшість відмов електрорадіелементов (ЕРЕ) обумовлено втомного руйнування їхніх висновків. Втомні руйнування зазвичай виникають при резонансних коливаннях ЕРЕ, закріплених на висновках, і резонансних коливаннях монтажних плат, що визначають згинальні моменти у висновках ЕРА.

Розрахункові моделі ЕРЕ в цьому випадку студенту слід вибирати у вигляді рам балок. При коливаннях ЕРЕ на нього діє інерційна сила Р u, яка може бути розкладена на три складові Px, Py, Pz (рис.1).

У табл. 1 наведені розрахункові співвідношення для визначення згинальних моментів і власних частот коливань в характерних перетинах висновків ЕРЕ: місця приєднання висновків до монтажної плати (точки A, D), місцях вигину висновків (струми В, С).

Рис. 1 Розрахункова модель ЕРЕ при дії інерційної сили Р u

Таблиця 1

Схема і навантаження	Згинальні моменти в характерних перерізах	Частоти власних коливань

У формулах табл.1:

M _A, M _B, M _C, M _D, - згинальні моменти в перерізах A, B, C, D, Н · м; fx, fy, fz - частоти власних коливань ЕРЕ вздовж осей X, Y, Z, Гц; Е - модуль пружності матеріалу виведення ЕРЕ, Н / м ^2; G - модуль зсуву матеріалу виведення ЕРЕ, Н / м ^2, де ε - коефіцієнт Пуассона; I - момент інерції перерізу висновки ЕРЕ, м ^4; l - довжина прольоту рами (відстань між точками кріплення висновків ЕРЕ), м; h - висота осі ЕРЕ, м; K - коефіцієнт, що зв'язує l і h; m - маса ЕРЕ.

Власні частоти згинальних коливань ЕРЕ, описаного еквівалентною схемою балки, визначається за формулою:

(.1)

де φ - безрозмірний коефіцієнт, що залежить від виду конструкції і способу закріплення ЕРЕ; l - довжина виводу ЕРЕ, м; E - модуль пружності матеріалу виведення ЕРЕ, Н / м ^2; I - момент інерції перерізу висновки ЕРЕ, м ^4; M - маса ЕРЕ без висновків, кг; C - коефіцієнт, що враховує вплив маси висновків; m - маса одного виводу ЕРЕ, кг.

Розрахункові схеми у вигляді балки деяких типів ЕРЕ і співвідношення для оцінки частоти власних коливань наведено в табл. 2.

Таблиця 2.2

Тип елемента	Еквівалентна схема	f ₀
Конденсатор, резистор, діод
Транзистор мікромодуль, інтегральна схема
Контакт реле

Необхідно дізнатися, що вибір розрахункової схеми залежить від умов зовнішніх впливів і коливання ЕРЕ. Модуль у вигляді рами придатна у випадках встановлення ЕРЕ на друкованій платі при різних напрямках вібраційного навантаження, модель у вигляді балки - лише при відповідному напрямку Pu.

Приклад 1. Резистор МЛТ - 0,5 встановлений на друкованій платі за варіантом 11 а (ОСТ 4ГО.010.030) у конструкції автомобільної РЕА (група 3 по ГОСТ 16019 - 78); орієнтація РЕА в кабіні автомобіля - довільна.

Визначити, чи витримає випробування вибропрочность резистор, встановлений за цим варіантом.

Вихідні дані.

З ОСТ 4.ГО.010.030 випливає, що маса резистора m = 3.10 ^-3 кг;

відстань між висновками l = 1.10 ^-2 м;

висота установки резистора h = 5.10 ^-3 м.

Висновки виконані з холоднокатоной мідного дроту з параметрами:

модуль пружності Е = 1,23 · ^{11 жовтня} Н / м ^2;

модуль зсуву G = 4,8 · 10 ¹⁰ Н / м ^2;

коефіцієнт Пуассона ε = 0,28;

боковий вівтар міцності σ _в = 40.10 ⁵ Н / м ^2;

діаметр виведення d = 1.10 ^-3 м.

З ГОСТ 16019 - 78 слід:

діапазон частот вібрацій Δ f = (10 - 70) Гц;

коефіцієнт віброперегрузкі _n n = 4;

час випробувань Т = 45 хв = 2700 с.

РІШЕННЯ. Оскільки орієнтація РЕА довільна, слід оцінити всі можливі варіанти впливу вібраційних навантажень.

Розрахунок власних частот коливань резистора

За табл. П.2 знаходимо, що момент інерції перерізу виведення

I = 0,05 · d ⁴ = 0,05 · 1.10 ^-12 = 5.10 ¹⁴ м ^4;

К = h / l = 5.10 ^-3 / 10.10 ^-3 = 0,5;

Гц;

= 1184 Гц;

Гц.

Вибираємо частоту fy, як мінімальну.

Розрахунок інерційної сили і згинальних моментів. Визначимо логарифмічний декремент загасання

і коефіцієнт динамічності по (1.9):

Знаходимо інерційну силу по (1.8):

Pu = 3.10 ^-3 · 9,8 · 5.10 ^-3 · 4 = 0,6 · 10 ^-3 Н.

Використовуючи формули табл.2.1, знаходимо згинальні моменти

Н · м;

Н · м

Визначаємо розрахункові напруги

Н / м ^2;

Н / м ^2.

Таким чином, максимальні напруги в місцях кріплення висновків до плати σ = 0,15 · 10 Н / м ^2.

Визначаємо допустимі напруження

Оскільки число циклів N = Т f = 3, 2.10 ⁶ менше 10 ^7, знаходимо бокові напруги з (1.17):

Н / м ^2;

Н / м ^2.

Визначаємо запас міцності, приймаючи n ₁ = 2, n ₂ = 1,3, n ₃ = 4. N = 2 · 1,3 · 4 = 10,4. Допустимі напруги

[Σ] = σ _N / n = 10,7 · 10 ⁵ / 10,4 = 1,03 · 10 ⁵ Н / м ^2.

Таким чином, обраний спосіб кріплення резистора задовольняє вимогам технічного завдання.

1.2 Міцність ЕРЕ, прикріпленого до плати

У цьому випадку найбільш небезпечними є резонансні коливання на основній частині плати. На висновок буде діяти згинальний момент, обумовлений поворотом перетину плати на кут θ, а також лінійна сила, що визначається деформацією Δ Z = Z ₁ - Z ₂ (рис. 2).

Рис.2 Вигин висновків ЕРЕ при резонансних коливаннях плати

Розрахункову модель можна представити у вигляді рамки, зображеної на рис.3

Рис.3 Розрахункова модель ЕРЕ, закріпленого на платі

Згинальні моменти для характерних перерізів А, В, С визначаються зі співвідношень:

(2)

Таблиця 3 Значення частотної постійної

Номер варіанта схеми	Відношення сторін плати
	0,1	0,2	0,5	1	1,5	2	2,5	3	4
1	23,1	23,8	28,6	45,8	74,4	114,5	166,0	228,9	389,3
2	23,3	24	30,2	55	98,8	160,9	241,2	339,4	589,7
3	35,9	36,5	40,2	55	81,8	120,7	171,5	234,1	394
4	23,2	23,9	32,1	67,6	131,1	221,4	337,9	480,5	843,6
5	52	52,4	55,3	67,3	90,9	127,6	176,9	238,8	396,7
6	35,8	36,6	41,4	63,1	104,7	165,7	245,4	343,2	593,1
7	52,1	52,5	56,2	74,1	102,5	170,6	248,5	345,1	592,8
8	35,9	36,7	42,2	74,1	135,4	224,6	340,6	482,8	845,8
9	52,1	52,6	57,2	83,8	141,4	228,7	343,7	485,4	847,6
10	0,8	1,6	4,1	8,2	12,3	16,4	20,5	24,6	32,8
11	0,2	0,9	5,7	22,9	51,5	91,6	143,1	206,1	366,4
12	23	23	23	23	23	23	23	23	23
13	1,5	3,1	9,4	27,3	56,2	96,3	147,9	210,9	371,2