Материал: Расчет на прочность несущих конструкций рэа

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра ПМИГ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Прикладная механика»

Тема: “Расчет на прочность несущих конструкций РЭА”

Студент гр. 1404		Сухов Ю.П.
Преподаватель		Исаев Ю.Н.

Санкт-Петербург

2023

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Студент Сухов Ю.П. Группа 1404

Тема проекта: МОДУЛЬ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

1. 
   Исходные данные к проекту:
   
   1. 
      Размеры модуля в мм: Ширина – 30. Высота – 180. Глубина – 240;
      
   2. 
      Модуль предназначен для установки в более сложные модули;
      
   3. 
      В модуле должны быть размещены:
      

- печатные платы с микросхемами 155-й серии в стандартных корпусах 2102 по 17? массой 2 г;

Способ установки плат: Шарнирный с горизонтальной осью разворота, установленной перпендикулярно передней панели, ось внизу;

- на задней панели – соединители электрических цепей (вилки);

- на передней панели:

- элементы жесткой фиксации модуля (невыпадающие винты)

- ручка для извлечения модуля из блока;

- элементы маркировки, контроля, индикации и управления

4. 
   Материал плат – стеклотекстолит СФ-2-1,5-50 ГОСТ 10316-78 с параметрами:
   

Плотность – 2000 кг/м³,

Модуль натуральной упругости 30 ГПа.

Предел прочности – 40 МПа,

Коэффициент механических потерь – 0,05;

5. 
   Серийность производства – Массовое;
   
6. 
   Параметры механических воздействий
   

Вибрация: Диапазон частот 1…50 Гц,

Амплитуда ускорения 10 м/c².

2. 
   Введение, содержание описание конструкции модуля:
   

• 
  Построение расчетной модели печатного узла.
  
• 
  Определение частоты свободных колебаний печатного узла
  
• 
  Анализ динамической прочности и жесткости печатного узла при вибрации.
  
• 
  Заключение, содержащее оценку и предположения по повышению динамической прочности и жесткости печатного узла.
  

3. 
   Состав конструкторской документации:
   

• 
  Спецификация модуля.
  
• 
  Сборочный чертеж модуля.
  
• 
  Чертежи основных деталей модуля.
  

Дата выдачи задания _________________

Дата защиты проекта _________________
Руководитель_________________

1. 
   Построение расчетной модели печатного узла
   

Определим общую массу микросхем, расположенных на плате:

– длинна краевого поля

м – длинна на которой располагаются микросхемы (высота платы)

– стандартный шаг установки микросхем 155-й серии

3шт. – количество микросхем (округлено в меньшую сторону)

– масса всех микросхем

Найдём массу платы:

– ширина выделенной полоски равная ширине шага между платами по оси х.

h=0,002 м - толщина платы

– плотность стеклотекстолита (материал плат)



Рассчитаем общую массу микросхем и платы:



Найдем момент инерции сечения:

= 1,17 * 10 ^-11 м ⁴

Выбранный участок платы рассматривается как стержень закрепленный с двух сторон на подвижный и неподвижный шарнир (рисунок 1)

Рисунок 1 – Стержень

В таком случае коэффициент жесткости вычисляется по формуле:



где Е = 30 ГПа – модуль натуральной упругости;

Найдем круговую частоту резонанса:

Тогда,



По заданным начальным условиям выбираем из диапазона частот 1 – 50 Гц, ту частоту, которая наиболее близка к частоте резонанса:

f = 50 Гц

Круговая частота будет иметь значение:



Найдём амплитуду перемещения основания:



где – амплитуда ускорения, заданная условием.
Найдём коэффициент динамичности по формуле:



где – отношение частот;

– коэффициент механических потерь, из начальных условий.

Вычислим значение коэффициента динамичности для полученных ранее частот:





Коэффициент динамичности μ показывает, во сколько раз относительное перемещение массы m превышает заданное перемещение основания.

График зависимости μ( ) представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – График зависимости μ( ) при

Определим амплитуду перемещения массы m при вынужденных колебаниях:



Определим динамическую силу (максимальное кинематическое воздействие):



где – прогиб



где – ранее найденный коэффициент жесткости

Тогда динамическая сила имеет значение:



Определим динамический момент :

Плата рассматривается как стрежень, на который воздействует динамическая сила (рисунок 3). Построим эпюры для этого запишем уравнения по методу сечений:

1ый участок (0 < x < L/2):







2ой участок (L/2 < x < L):

Рисунок 3 – расчетная модель платы

Определим динамические напряжения. Для этого найдём момент сопротивления при изгибе:


Тогда



Проверим выполнение условий прочности:



где – предел допускаемого динамического напряжения

Найдем значение предела допускаемого динамического напряжения:





где – предел прочности (взят из начальных условий);

предел выносливости (зависит от деформации материала)

Убедимся, что условия прочности выполняются:





Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был спроектирован модуль радио - электронной аппаратуры. Чертежи деталей и модуля выполнен с использование основ взаимозаменяемости. На чертежах деталей проставлены размеры с

требуемыми основными отклонениями для посадок, и назначены квалитеты, для обеспечения степени точности в местах, где это необходимо.

Также печатные платы модуля были рассчитаны на воздействие вибраций. Выполненные расчеты показали, что несущие конструкции спроектированного электронного модуля обладают достаточной прочностью при динамическом воздействии вибраций в диапазоне 1 – 50 Гц.

Среди возможных способов повышения прочности выделено увеличение толщины плат для увеличения значения частоты резонанса, которое хотя и приводит к увеличению массы, которое негативно сказывается на коэффициенте жесткости, но окупается с ростом момента инерции сечения, который зависит от куба значения толщины.

; ;

Также можно увеличивать количество осей крепления плат для увеличения коэффициента жесткости с, при этом плата в расчетной модели будет рассматриваться уже не как один стержень, а их большее количество, но меньшей длинны.