Панков Л.Н., Асланянц В.Р., Долгов Г.Ф., Евграфов В.В. Основы проектирования электронных средств

Подождите немного. Документ загружается.

При

≤ 3

Таблица 5.2. Минимальные размеры отверстий

материалы

сталь

Форма отверстий

мягкая твердая

нержа-

вею-

щая

латунь

алю-

миний

d ≥ S d ≥ 1,2 S d ≥1,5S d ≥ 0,8S d ≥ 0,7S

a ≥ 0,9 a ≥ 1,1 a ≥ 1,4 a ≥ 0,7 a ≥ 0,6

a ≥ 0,7 a ≥ 0,9 a ≥ 1,2 a ≥ 0,6 a ≥ 0,5

a ≥ 0,8 a ≥ 1 a ≥ 1,3 a ≥ 0,65 a ≥ 0,55

Указанные соотношения - предельные с точки зрения допустимости по

износу инструмента. По возможности целесообразно применять их увели-

ченными в 1,5-2 раза.

При

≤ 3

Острые углы на деталях, изготав-

ливаемых вырубкой, желательно

скруглять. Минимальный радиус

скругления зависит от материала и от

толщины листа детали (рис. 5.8, табл.

5.3).

Таблица 5.3. Минимальный радиус закруглений (мм)

Толщина материала

Материал

Угол между

сопрягаемыми

сторонами

0,2 – 0,5 0,5 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 5

≥ 90

0,3 0,4 0,4 0,6 0,8

Сталь мягкая

≤ 90

0,5 0,7 0,7 1,1 1,5

≥ 90

0,5 0,5 0,5 0,8 -

Сталь твер-

дая

≤ 90

0,8 0,8 - 1,5 2

≥ 90

0,2 0,3 0,3 0,5 0,6

Латунь,

медь, алю-

миний

≤ 90

0,3 0,5 0,5 - 1,2

При вырубке и пробивке шероховатость поверхности среза получается

в пределах 4-5 класса чистоты. При необходимости получения лучшей

чистоты 6-7 класса применяют зачистку в штампах, что позволяет обеспе-

чить точность изготовления детали по 3-4 классу.

Расстояния между центрами отверстий, получаемых штамповкой,

обеспечиваются в 2 раза точнее, чем расстояния от их центров до базовых

поверхностей (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Простановка расстояний между центрами отверстий

Гибка – распространенный метод получения объёмных деталей из лис-

тового материала. При гибке узких полос происходит искажение попереч-

ного сечения детали (рис. 5.10).

Рис. 5.8. Минимальные радиусы

скругления

неверно

верно

неверно

верно

Рис. 5.10. Искажение поперечного сечения детали при гибке

Утонение материала в месте гибки тем больше, чем меньше радиус из-

гиба. При малых радиусах увеличиваются внутренние напряжения в сече-

ниях изгиба, что может привести к трещинам. Поэтому, минимальный ра-

диус гибки R листового проката ограничивают значениями:

R = k

где:

S – толщина листа;

– коэффициент, зависящий от марки материала и направления гиба

по отношению к направлению проката;

– коэффициент, зависящий от угла гибки.

Таблица 5.4. Значения коэффициента k

Угол гибки α

90 - 180

1 1,3 1,5

Утонение листового материала или утолщение при гибке полос на реб-

ро находятся из соотношений рис. 5.11 и табл. 5.5.

A-A

Рис. 5.11. Утонение и утолщение

листового материала при гибке

Таблица 5.5. Утонение и утолщение листового материала при гибке

0,1 0,25 0,5 1 2 4 2 3 4 5

0,7 0,8 0,9 0,95 0,98 0,99 1,12 1,08 1,06 1,05

При гибке на ребро

для алюминия, латуни, мягкой стали

min

>= 2,5 S.

При гибке труб

диаметром до 20 мм

min

>= 1,5 D,

где D – наружный диаметр трубы.

При гибке П – образных деталей

размер полки:

min

> 2 S.

При гибке плоских пластин для организации детали в форме паралле-

лепипеда (кожухи, шасси, крышки) в местах гибки, в углах, необходимо

предусматривать технологические отверстия.

Если гибка выполняется с большим радиусом, то на развертке испол-

няются прорези (рис. 5.12) и технологические отверстия (табл. 5.6).

Рис. 5.12.

Конфигурация прорезей при гибке с большим радиусом

Таблица 5.6. Рекомендуемые диаметры технологических отверстий

S, мм 0.6 1 1.5 2

d, мм 3 4 5 6

Выдавка и отбортовка – с целью придания деталям большей жесткости,

увеличения поверхности теплообмена, для крепления (рис. 5.13, табл. 5.7).

Рис. 5.13. Выдавка штампованных деталей

Таблица 5.7. Размеры элементов выдавки

Размеры, мм

S ≈ r

r ± 0,4 h ± 0,4

до 0,5 2 1,6 10

0,5 – 0,8 3 2,5 16

0,8 - 1 4 3 20

1 – 1,6 5 4 25

1,6 – 2 6 5 30

2 – 2,5 7 6 36

5.4. Несущие конструкции. Основы расчёта

Функцию несущих конструкций в ЭС выполняют печатные платы,

рамки, теплоотводящие основания печатных плат, шасси, каркасы основа-

ний. Несущие конструкции должны выдержать статическую нагрузку от

элементов конструкции, кроме того, аппаратура, испытывающая вибрации

и удары, должна выдержать динамические нагрузки. Для аппаратуры ста-

ционарной не испытывающей удары и вибрации выполняют статический

расчёт на

нагрузку несущих от силы тяжести элементов:

gMP

⋅

где: М – масса элементов, установленных на несущей конструкции,

g – ускорение свободного падения (в средних широтах g=9,81 м/с

В случае наличия ударов и вибраций для аппаратуры подвижных объ-

ектов выполняют динамический расчёт с учётом перегрузок при ударах и

вибрациях.

Динамический расчёт.

Сила, действующая на элементы конструкции F при внешних воздейст-

виях, рассчитывается по формуле:

IMF

⋅

где I – ускорение при механическом воздействии.

Величину ускорения для различных условий эксплуатации ЭС задают в

единицах ускорения свободного падения: I = n·g.

Кроме того, выполняют конструкцию так, чтобы исключить резонанс в

заданных значениях частот ударов и вибраций.

Рассмотрим статистический расчёта несущих конструкций на примере

определения диаметра ручек блока или прибора ЭС (рис. 5.14).

Схема

блока ЭС Ручка блока ЭС

Рис. 5.14. Статический расчет ручек блока ЭС

Гайка

шайба

ц.т.

Целью расчёта является выбор материала и диаметра резьбового окон-

чания ручек исходя из нагрузки силы тяжести прибора.

Прибор нагружен с силой тяжести gMP

⋅

. Сила тяжести приложена к

центру тяжести (на рис. 5.14 обозначен «ц.т.») прибора с координатами:

∑

ц.т.

∑

ц.т.

∑

ц.т.

где: M

– масса i-го элемента конструкции прибора,

, y

, z

– координаты центра тяжести этих элементов по осям x, y, z;

m – количество элементов конструкции.

Для того чтобы выбрать диаметр резьбового окончания ручки, необхо-

димо рассчитать силы реакций приходящиеся на эти окончания. Для этого

необходимо составить уравнение равновесия сил и моментов сил реакции

в этих точках.

Опрокидывающий момент P⋅l, где: l – расстояние от центра тяжести

до

передней панели.

Момент удержания приборов в равновесии равен: 2N⋅h, где: N – сила

реакции по оси задела ручки,

h – высота ручки.

hN2lP

⋅

=⋅ , отсюда .

⋅

Чтобы прибор удерживался на заданном уровне необходимо выполнить

условие равновесия сил.

RRP

где R

, R

– силы реакции в точках А и В, направленные противоположно

силе тяжести.

Если цент тяжести находится на пересечении осей симметрии прибора,

то каждая сила определяется как

== .

Если же центр тяжести смещён, то силы реакции в каждой точке опре-

делятся по формулам:

⋅=

a b

A B

Для того чтобы ручка не перемещалась в отверстии передней панели

необходимо гайку ручки затянуть так, чтобы в соединении действовала си-

ла N1, которая зависит от силы реакции R

, R

и коэффициента трения пе-

редней панели и шайбы соединения.

= , f – коэффициент трения.

Для пары трения сталь по стали f=0,16…0,18. В итоге имеем результи-

рующую силу, которая направлена по оси резьбового окончания ручки на

разрыв ручки.

N1NN

рез

Следовательно, в резьбовом окончании ручки возникают напряжения

[]

доп

≤

⋅

рез

где: d

– внутренний диаметр резьбы по канавке резьбового окончания

ручки;

β - коэффициент запаса на перетяжку резьбового окончания ручки;

β = 1,5…2.

Возникающие напряжения должны быть меньше допустимых напряже-

ний на разрыв выбираемого материала ручки [σ

доп

[]

доп

σπ

⋅

≥

рез

Через внутренний диаметр резьбы ручки рассчитывается наружный

диаметр ручки и выбирается ручка под стандартную метрическую резьбу.

85,0

≥

Подобная методика расчёта через уравнение равновесия сил и момен-

тов сил применяется также для расчётов узлов крепления крупногабарит-

ных элементов.

В случае наличия ударов и вибраций в динамическом расчете сила на-

грузки от элементов увеличивается относительно силы тяжести в n раз [см.

5.?)]. При этом, чтобы избежать резонансных колебаний при вибрацион-

ных воздействиях несущие конструкции должны иметь собственную час-

тоту механических колебаний выше верхней частоты возмущающих виб-

раций в 1,5…2 раза

(

)

2...5,1f

⋅

≥

виб

В случае плоской конструкции несущего элемента, например печатной

платы с теплоотводящим основанием, собственная частота рассчитывается

по формуле:

⋅⋅

⋅

где: D – цилиндрическая жесткость;

m' – масса единицы площади поверхности;

a – длина плоской конструкции;

α – коэффициент, зависящий от способа крепления.

Для того чтобы обеспечить необходимую вибропрочность таких несу-

щих конструкций необходимо увеличивать цилиндрическую жёсткость D

и уменьшать распределенную массу m'.

теплпл

DDD

где: D

пл

, D

тепл

– цилиндрические жесткости платы и теплоотводящего ос-

нования на плате.

Увеличить жёсткость платы и теплоотвода можно, увеличивая момен-

ты инерции их сечений, т.к. цилиндрическая жёсткость пропорциональна

моменту инерции сечения.

Увеличить момент инерции сечения теплоотвода или плоской рамки

можно увеличением толщины пластины либо ее отбортовкой или ребрени-

ем.

Уменьшить распределённую массу m'

можно, предлагая для несущей

конструкции прочный, но лёгкий материал (алюминий и его сплавы, титан

и его сплавы).

ЭС носимой аппаратуры, а также выносной вариант автомобильной ап-

паратуры должен быть ударопрочен при падении с высоты

Н = 500…750 мм. В случае наличия ударных воздействий при падении ап-

парата корпус аппарата рассчитывается на силу соударения

о грунт:

ср

кн

−

⋅=

где:

⋅⋅=

- начальная скорость аппарата в момент соударения с

грунтом;

– конечная скорость отскока аппарата.

нк

⋅−=

;

– длительность ударного импульса (время соприкосновения с землей при

ударе).

Коэффициент k зависит от жёсткости грунта и упавшего аппарата (для

случая падения аппарата на сухой грунт k = 0,65). Так как скорости υ

при указанном значении К разнонаправлены, то для скалярных значений

скоростей получим

ии

ghk

ττ

υυ

)21(

)1(

ср

Μ=

= .

Длительность ударного импульса τ

составляет сотые доли секунды. В

этом случае ускорение при ударе о грунт достигает значений

а = 100…120 g.

Элементы внутри аппарата при соударении о грунт испытывают мень-

шую силу нагрузки, чем корпус аппарата.

ср

ЭЭ

amF ⋅=⋅= .

– сила действующая на элемент.

– масса элемента.

Контрольные вопросы

1 Что такое несущие элементы ЭС? В виде каких изделий они изго-

тавливаются?

Какие материалы и методы изготовления используют для несущих

конструкций?

Каким образом простановка размеров влияет на точность конструк-

ции?

Как выбрать погрешность размеров?

Требования к каркасам оснований.

Проектирование рамок и теплоотводящих оснований.

Особенности конструкций литых деталей. Литейные сплавы.

Особенности конструкций штампованных деталей.

Основные операции штамповки. Материалы, используемые для из-

готовления штампованных деталей.

10.

Минимальные размеры элементов штампованных деталей.

11.

Цель и порядок расчет прочности элементов стационарной аппара-

туры.

12.

Цель и порядок расчета элементов ЭС, подвергающегося динамиче-

ским нагрузкам.