2. Расчет на действие вибрации.

В процессе эксплуатации ПП в составе ячейки и блока подвергается механическим воздействиям, к которым относятся вибрация, удары и линейные перегрузки.

Под вибрацией понимаем механические колебания элементов конструкции или конструкции в целом. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью и виброускорением.

Характерным видом отказов ЭРИ при вибрационных воздействиях является усталостное разрушение (необратимое) выводов в области изгиба и соединения с контактной площадкой ПП в результате возрастания механических напряжений: при резонансных колебаниях ЭРИ или резонансных колебаниях ПП, на которой установлены ЭРИ.

Первый случай относится к условиям силового возбуждения механической колебательной системы,

второй – к условиям кинематического возбуждения.

Поэтому, проводя проработку компоновки ячейки ЭА, конструктор должен обеспечить вибропрочность, виброустойчивость и отсутствие резонанса ЭРИ в рабочем диапазоне частот.

Вибропрочность – способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия вибраций.

Виброустойчивость – способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия вибраций.

Условиями обеспечения вибропрочности ячейки являются:

- отсутствие в конструкции ячейки механических резонансов;

- ограничение амплитуды виброперемещения и виброскорости значениями, исключающими опасные напряжения и усталостные явления в ЭРИ и ПП;

- допустимые значения виброперегрузок в диапазоне частот внешних воздействий должны превышать величины, определенные техническим заданием на разработку конструкции ЭА.

Таким образом, оценка вибропрочности ячейки выполняется по следующим показателям:

- частоте свободных колебаний;

- допустимому значению напряжения в материале ЭРИ и ПП и предельному числу циклов нагружения;

- допустимому значению виброперегрузки.

При расчёте частот свободных колебаний в качестве расчётной модели ячейки используется модель пластины с равномерным распределением массы.

Целью расчёта является определение действующих на ЭРИ и ПП перегрузок при действии вибрации, атакже максимальных перегрузок и проверка этих ЭРИ и ПП на вибропрочность.

Исходные данные: диапазон действующих вибраций Δƒ = 200 Гц; виброускорение

a₀ = 20,5 м/с².

Боковые стороны ПП расположены в направляющих, считаем их опертыми. На третьей стороне ПП расположена вилка разъема, на четвёртой – панель, будем считать, что эти края ПП жестко защемлены.

Считаем, что вибрации действуют в плоскости, перпендикулярной плоскости ячейки. Возбуждение системы – кинематическое, так как источник вибраций внешний.

Решение.

2.1. Определение частоты собственных колебаний.

Считаем, что ячейка равномерно нагружена. Частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляем по следующей формуле:

Гц,

где а = 240 мм – длина пластины (совподает с длиной ячейки);

b = 170 мм – ширина пластины;

D - цилиндрическая жесткость:

H · м.

Здесь E = 3,02 · 10¹⁰ Н/м² – модуль упругости для материала платы;

h = 0,12 мм – толщина платы;

v = 0,22 – коэффициент Пуассона;

M – масса пластины с ЭРИ, кг:

кг,

где M_ПП – масса ПП:

кг;

= 2,05 · 10³ кг/м³ – плотность материала платы СФ;

M_ЭРИ – масса ЭРИ.

Масса ЭРИ, кг, рассчитывается при анализе элементной базы ячейки.

Наименование	Коли-чество	Масса, г	Диапазон Темпера-тур, ^оС	Диапазон вибра-ции, Гц	Вибропе- регрузка, g	Ударные Перегрузки, g	Влаж-ность, %	Интенсив-ность отказов, 10^-6 1/ч
Конденсаторы
К10-17а	1	1	-60…+85	1…800	5	20	98(35)	0,01
Микросхемы
К561ТЛ1	1	1	-45…+85	1…600	10	20	98(25)	0,015
564ЛП13	1	0,7	-45…+85	1…500	5	20	98(25)	0,017
564ЛН2	1	0,7	-45…+85	1…500	5	20	98(25)	0,017
Микроэлектронные реле
5П142А	10	0,7	-45…+85	1…600	10	20	98(25)	0,015
Реле
РЭС80	3	2,9	-60…+125	1…5000	30	75	98(25)	0,1
Резисторы
С2-33Н	40	0,25	-60…+125	1…5000	20	20	98(20)	0,01
Преобразователь
ТМН2412S фирмы TRACO	1		-40…+75
Диоды
2Д522Б	7	0,15	-55…+85	1…600	10	20	98(35)	0,1
2Д106А	3	0,2	-55…+85	1…600	10	20	98(35)	0,1

кг,

где m_i – масса i-го ЭРИ i-го типа;

N_i – количество ЭРИ i-го типа;

K_a – коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины, определяется по формуле

.

Здесь k = 22,37, = 1, = 0,48, = 0,19 – коэффициенты, соответствующие заданному способу закрепления сторон ПП.

Таким образом, собственная частота рассматриваемого элемента конструкции

ƒ₀ = 370,69 Гц, что значительно превышает частоты действующих на конструкцию вибраций.