Мобільний термінал охоронної системи для автомобіля (стр. 9 из 17)
Рис.4.1. Схематичне зображення розробленого РЕЗ (а), його теплова модель (б), теплова схема (в): 1 – корпус; 2 – шасі; 3 – елементи; 4 – нагріта зона. На рисунку позначено:
Р – потужність, яка виділяється в нагрітій зоні;
RЗК – тепловий опір нагріта зона-корпус РЕЗ;
RК – тепловий опір стінки корпусу;
RКС – тепловий опір корпус-середовище;
tЗ – температура нагрітої зони;
tКВ – температура внутрішньої поверхні корпуса;
tКН – температура зовнішньої поверхні корпуса;
tС – температура середовища.
Обравши найгірший випадок умов роботи пристрою, визначимо вихідні дані для терміналу:
· Термінал встановлений на транспортному засобі під панеллю приладів:
· Максимальна температура середовища tс=55°С;
· Максимальна напруга живлення Uж=35 В;
· Максимальний споживаний струм I=250 мА;
· Матеріал корпусу – алюміній;
· Характер навколишнього середовища – повітря.
· Тиск повітря Н1 = Н2 = 0,1 МПа;
· Коефіцієнт заповнення КЗ = 0,6;
· Габаритні розміри корпуса дорівнюють 135х70х30 мм.
Розраховуємо поверхню корпуса блоку за формулою:
Sк = 2∙[L1L2 +L1+L2)L3] =2∙(0,135∙0,07+(0,135+0,07) 0,03)=0,031 м2
Визначаємо умовну поверхню нагрітої зони за формулою:
Sз=2∙[L1L2+(L1+L2)L3Kз]=2∙(0,135∙0,07+(0,135+0,07) 0,03∙0,6)=0,026 м2
Визначаємо питому потужність, яка розсіюється корпусом блоку за формулою:
qк = РЗ/SК,
де РЗ=Uж·I= 1,32– максимальна потужність, яку споживають всі елементи пристрою.
qк = (12·110·10-3)/ 0,031 = 42,31 Вт/м2
Визначаємо питому потужність нагрітої зони за формулою:
qЗ = РЗ/SЗ = 1,32/0,026 = 50,21 Вт/м2
В загальному випадку перегрів корпусу визначається залежністю:
υ1=0,1472∙qк-0,2962∙10-3qк2+0,3127∙10-6∙qк3,
де qк – питома потужність корпусу приладу, Вт/м2
υ1=0,1472∙42,31 -0,2962∙10-3∙42,312+0,3127∙10-6∙42,313= 5,72°С
Перегрів нагрітої зони визначається аналогічною залежністю
υ2=0,1390∙q3-0,1223∙10-3∙q32+0,0698∙10-6∙q33,
де q3 – питома потужність нагрітої зони, Вт/м2
υ2=0,1390∙50,21 -0,1223∙10-3∙50,212+0,0698∙10-6∙50,213=6,69°С
Зміна атмосферного тиску зовні корпусу впливає на перегрів корпусу приладу відносно температури навколишнього середовища, а в середині корпусу – на перегрів нагрітої зони відносно температури корпусу приладу. Виходячи з цього перегрів нагрітої зони в загальному випадку визначається як:
υз=υ1КН1+( υ2- υ1) КН2·KП,
де перший доданок є перегрів корпусу:
υк=υ1КН1,
коефіцієнт КН1 визначається тиском повітря зовні приладу:
КН1=0,82+1/(0,925+4,6∙10-5∙Н1),
а коефіцієнт КН2 залежить від тиску середовища у середині приладу та визначається за формулою:
КН2=0,80+1/(1,25+3,8∙10-6∙Н2),
де Н1 та Н2 – атмосферний тиск, МПа, зовні та у середині приладу відповідно.
Виходячи з цього маємо:
КН1=0,82+1/(0,925+4,6∙10-5∙0,1)=1,9
КН2=0,80+1/(1,25+3,8∙10-6∙0,1)=1,6
KП – коефіцієнт, який враховує перфорацію корпусу:
KП=0,82·0,32·(Sотв/Sпп),
де Sотв – плаща отворів на вході блоку, Sпп – площа поперечного перерізу порожнього блоку.
KП=0,06
υк=5,72 1,9=10,87°С
υз=5,72 1,9+(6,69-5,72)∙1,6·0,06=10,96°С
По отриманим значенням визначаємо перегрів повітря у приладі:
υп=0,5∙( υк +υз),
де υз – перегрів нагрітої зони.
υп=0,5∙(10,87+10,96)=10,92°С
Визначаємо середню температуру повітря у приладі за формулою:
Tп= υп+tc,
де tc – температура оточуючого середовища;
Tп=10,92+55=65,92°С
Визначаємо температуру корпусу приладу за формулою:
Tк= υк+ tc
Tк=10,87+55=65,87°С
Визначаємо температуру нагрітої зони за формулою
Tз= υз+ tc
Tз=10,96+55=65,96°С
Гранично допустима температура для спроектованого пристрою визначається на основі аналізу гранично допустимих температур його елементів. В результаті аналізу гранично допустимих температур всіх складових елементів обирається найменше значення температури. Воно приймається за гранично допустиму температуру. Таким чином серед елементів, які входять до складу розробленого терміналу найнижчу допустиму температуру має GSM модуль, робочий діапазон температур якого складає мінус 30..+80°С. Визначена в результаті розрахунків температура нагрітої зони в найбільш екстремальних умовах теплового навантаження Tз< TGSMдоп. Отже отримані значення температури нагрітої зони задовольняють вимогам до умов експлуатації пристрою.
4.4.2 Оцінка вібростійкості ДП
4.4.2.1. Розрахунок частоти власних коливань
Для оцінки вібростійкості друкованої плати терміналу скористаємося методикою розрахунку для багатошарових друкованих плат (розроблена плата двостороння).
Сформуємо вихідні дані для розрахунків власної частоти двосторонньої плати:
· Габаритні розміри:
a=0,128 м; b=0,065м; h=0,0015 м;
· Матеріал основи плати – склотекстоліт СФ1,5-35-30 з параметрами:
Е2=5,7·1010 Н/м2, ρ2=2,67·103 кг/м3, ε2=0,24;
· Матеріал плакування – мідна фольга товщиною h1=h3=35·10-6м з параметрами Е1=Е3=13,2·1010 Н/м2; ρ1=ρ3=8,9·103 кг/м3; ε1=ε3=0,3;
· Маса ЕРЕ m=0,045 кг.
Розрахуємо величину ефективних модулів пружності:
(Н/м2); 
(Н/м2)Розрахуємо приведений коефіцієнт поперечного стискання:
Розрахуємо відстань до нейтральної зони з урахуванням симетричності структури:
Визначимо значення приведеної жорсткості з урахуванням
, h1=h3: 
Визначимо приведену щільність плати:
Визначимо приведене значення модуля пружності:
,де M - масса плати, m - маса ЕРЕ.
По таблиці 2.3 [27] знаходимо значення С=127,6
Поправочний коефіцієнт на матеріал:
Розраховуємо власну частоту коливань плати:
4.4.2.2 Розрахунок вібростійкості
Перевіримо умову віброміцності розробленої друкованої плати:
Вихідні умови для розрахунків:
· Діапазон частот вібрацій за ГОСТ 16019-78 (рухома/автомобільна РЕА): Δf=(10-70) Гц;
· Коефіцієнт віброперевантаження: Пп=4;
· Час випробувань: Т=45 хв=2700 с;
· Габаритні розміри:
o a=0,128 м; b=0,065м; h=0,0015 м.
· Частота власних коливань плати:
;· Межа пружності для склотекстоліту:
;· Логарифмічний декремент загасання:
;· Запас міцності: n=10,4.
Розрахуємо коефіцієнти динамічності, при цьому використаємо в якості збуджуючих частот частоту власних коливань плати
, нижнє та верхнє значення частоти за ГОСТ 16019-78. 