Материал: Универсальное охранное устройство

Устойчивость РЭА, в том числе и СМЭ, к механическим вибрациям характеризуется вибропрочностью и виброустойчивостью. Под вибро-прочностью понимают способность аппаратуры противостоять разрушающему действию вибрации в заданных диапазонах частот и при возникающих ускорениях в течение срока службы, а под виброустойчивостью аппаратуры - способность выполнения всех функций в условиях вибрации в заданных диапазонах частот и возникающих при этом ускорений.

Что касается ударов, которые возникают при падении оборудования, то при этом возможно самопроизвольное срабатывание подвижных и неуравновешенных вращающихся частей механических систем (реле, муфты, фиксаторы), а также самоотвинчивание крепежных деталей, нарушение регулировки, поломка несущей конструкции и т.д.

Одним из основных и наиболее эффективных методов повышения устойчивости конструкций медицинской электроники, как транспортируемой, так и стационарной, к воздействию вибраций, а также ударных и линейных нагрузок является установка ее на упругие опоры. В качестве таких опор используют резиновые, металлорезиновые или металлопружинные амортизаторы. Они просты конструктивно, дешёвы и обладают достаточной вибропрочностью. Действие амортизаторов основано на демпфировании резонансных частот, т.е. поглощении части колебательной энергии. Физическая сущность такой защиты заключается в разнице собственной резонансной частоты амортизатора и частоты возмущающей силы. Амортизаторы используют также и для звуковой изоляции оснований от шумящих объектов. При этом изоляция звуковых колебаний широкого диапазона частот иногда требует последовательного соединения амортизаторов с различными жестокостями.

7. Расчёт конструктивно-технологических параметров проектируемого устройства

.1 Компоновочный расчёт печатной платы

Для проектирования печатной платы необходимо иметь электрическую принципиальную схему с перечнем элементов и данные о размерах и форме каждого элемента.

Необходимые типоразмеры и установочные размеры ЭРЭ: представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Необходимые типоразмеры и установочные размеры ЭРЭ

Суммарная площадь поверхности платы (учитывая 4 отверстия крепления платы):

Выбираем коэффициент заполнения объема корпуса равным 0,5.

Ориентировочно определяем размеры платы:

мм2

где - суммарный объем, занимаемый ЭРЭ;

 - коэффициент заполнения.

Исходя из проведенных расчетов выбираем следующие окончательные габариты платы: длина - 100 мм, ширина - 50 мм.

При размещении элементов необходимо учитывать, что площадь, на которой можно размещать элементы и печатный монтаж, должна быть меньше площади всей платы, чтобы иметь технологические закраины.

.2 Компоновочный расчёт устройства

Выбираем корпус устройства размерами 155х100х32 мм.

.3 Расчёт конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы

Выбор типа печатной платы.

Печатные платы классифицируются:

По числу проводящих слоев на:

Односторонние печатные платы (ОПП),

Двусторонние печатные платы (ДПП),

Многосторонние печатные платы (МПП).

По конструктивному исполнению на:

Жесткие печатные платы,

Гибкие печатные платы.

Для проектирования платы наиболее оптимальным будет использование односторонней печатной платы жесткой конструкции.

Выбор группы жесткости печатной платы устройства.

Определяем условия эксплуатации, хранения и транспортировки устройства, условия сборки узлов, требования по ремонтопригодности, технологичности, стоимости и т.д.

По ГОСТ 23752 - 79 выделяют 4 группы жесткости:

Таблица 7.2 - Группы жесткости печатных плат

Изучив климатические условия нашей республики, приходим к выводу, что наиболее оптимальным по стоимости и качеству будет выбор 3-ей группы жесткости с соблюдением параметров, приведенных в таблице 1.

Выбор класса точности печатной платы.

По ГОСТ 23751-86 выделяют 5 классов точности. В нашем случае, анализируя используемую элементную базу, приходим к выводу, что плата будет реализована по 3 классу точности.

Ширина печатного проводника - 0,15 мм;

Расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка - 0,15 мм.;

Ширина гарантийного пояска - 0,05 мм;

Отношение номинального значение диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы - 0.25;

Выбор размеров и конфигурации печатной платы.

Размеры печатных плат регламентированы ГОСТ 10317 - 79. Печатные платы рекомендуется выполнять прямоугольной формы, с соотношением сторон до 3:1 и при длине сторон не более 470 мм.

Размеры печатных плат должны быть:

При длине сторон до 100 мм - кратны 2.5;

При длине сторон от 100 до 350 мм - кратны 5;

При длине сторон свыше 350 мм - кратны 10.

Установлены следующие стандартные значения диаметров переходных отверстий: 0.4; 0,5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1.0; 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 1.6; 1.7; 1.8; 2.0; 2.1; 2.2; 2.3; 2.4; 2.5; 2.6; 2.7; 2.8; 3.0.

Исходя из выбранного класса точности, выберем минимальное значение диаметра переходного отверстия равным 0,8 мм.

Рекомендуемые значения толщины печатной платы по ГОСТ 10317-79 - 1; 1.5; 2 мм, поэтому выберем толщину печатной платы, равную 1,5 мм (плюс толщина фольги, в нашем случае - 35 мкм).

Выбор и обоснование метода изготовления электронного модуля

Выберем комбинированный позитивный метод изготовления печатной платы.

Для изготовления печатной платы комбинированным методом необходимо иметь листовой материал в виде изолированного основания с приклеенной к нему фольгой. В качестве изоляционного основания выбран фольгированный стеклотекстолит (СТФ), марки СТФ-2, обладающий рядом преимуществ по сравнению с фольгированным гетинаксом:

а) прочность сцепления фольги с основанием у стеклотекстолита не менее 10 Н/см, а у генитакса 9 Н/см;

) после выдержки в течение 24 часов при температуре 40°С и относительной влажности до 98%;

в) удельное объемное сопротивление ГФ 1 ГОм*см, а СТФ 5000 ГОм·см;

г) тангенс угла диэлектрических потерь ГФ 0.07, а СТФ 0.03.

Одним из достоинств стеклотекстолита, определившим применение его в качестве платы усилителя мощности ИФ, является повышенная стойкость к температуре. Фольгированный стеклотекстолит марки СТФ-2 может работать при температуре 180°С около 100 часов, а также выдерживает и более высокие температуры на короткий промежуток времени. Это свойство необходимо для исключения вероятности распространения огня печатной платой при возникновении пожара.

В качестве материала фольги использована медь, так как она обладает хорошими проводящими свойствами.

В качестве конструкционных материалов для изготовления деталей используются металлы. К металлам, из которых будут изготавливаться детали такими высокопроизводительными методами как литье, штамповка, прессование, предъявляются требования:

) высокая текучесть при небольшом перегреве;

) малая усадка;

) достаточная прочность при высоких температурах.

Контур платы печатной, технологические отверстия и всевозможные вырезы под устанавливаемые на нее детали (экраны, радиаторы и т.д.) выполнены при помощи вырубки на специально сконструированных штампах.

С целью обеспечения хорошей смачиваемости печатной платы припоем, для защиты поверхности меди от окисления, а, следовательно, и для достижения хорошей пайки сформированный рисунок проводников покрыт сплавом КОУТС 501 ТСМ. Покрытие способствует также снижению суммарного сопротивления печатных проводников электрическому току.

.4 Оценка теплового режима и выбор способа охлаждения

Расчет теплового режима РЭС заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

Расчёт начинается с определения средней температуры воздуха в блоке.

Исходными данными служат:

. Габаритные размеры: L1 = 0,155 м, L2 = 0,1м, L3 = 0,032м.

. Давление окружающей среды: Н1=84кПа,

. Так как корпус негерметичный, то оно будет равно давлению внутри корпуса: Н1=Н2=84кПа

. Температура окружающей среды:

. Коэффициент заполнения:

. Мощность рассеиваемая в блоке:мВт.

Средний перегрев нагретой зоны герметичного корпуса блока с естественным воздушным охлаждением определяется по следующей методике:

Рассчитывается поверхность корпуса блока:

где L1, L2 - горизонтальные размеры корпуса, м;- вертикальный размер, м.

Определяется условная поверхность нагретой зоны:

Определяется удельная мощность корпуса блока:

Определяется удельная мощность нагретой зоны:

. Находится коэффициент Q1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

. Находится коэффициент Q2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

. Определяется коэффициент КН :

,

. Рассчитывается перегрев корпуса блока:

9. Определяется перегрев нагретой зоны:

Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

Определяется температура корпуса блока:

Определяется температура нагретой зоны:

Находится средняя температура воздуха в блоке:

Тогда получаем:

м2

м2

 Вт/м2

 Вт/м2

0С

0С

0С

Из анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие температуры не превышают предельно допустимых величин.

.5 Расчёт механической прочности и системы виброударной защиты

В результате воздействия вибраций, ударов и линейных ускорений имеют место следующие повреждения РЭА: нарушение герметизации вследствие нарушения паяных, сварных и клеевых швов и появление трещин в металлостеклянных спаях; полное разрушение корпуса РЭА или отдельных его частей вследствие механического резонанса или усталости; обрыв монтажных связей; отслаивание печатных проводников; выход из строя разъёмных и неразъёмных электрических контактов; смещение положения органов настройки и управления; выход из строя механических узлов.

Разрабатываемый блок электрокардиографа принадлежит к наземной РЭС, поэтому при транспортировке и случайных падениях он может подвергаться динамическим воздействиям. Изменения обобщенных параметров в результате механических воздействий на наземную РЭА находятся в следующих пределах:

- вибрации: (10...70) Гц;

- виброперегрузка: n=(1...4);

- ударные сотрясения: nу=(10...15)g;

- длительность: (5...10) мс;

- линейные перегрузки: n=(2...4)g.

Используя эти данные, проведем проверочный расчет платы электрокардиографа на виброустойчивость.

Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибрации. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний платы удовлетворяла условию:

где  - вибрационные перегрузки в единицах g;  - размер короткой стороны платы, мм; γf0 - безразмерная постоянная, числовое значение которой, зависит от значения частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений.