Устройство управления газонатекателями при магнетронном распылении (стр. 10 из 18)

Подставив значения в формулу (5.41), получим:

.

Следовательно, выбираем

.

Проанализировав произведенные расчеты можно сделать вывод, что плата с диаметрами контактных площадок приведенными в табл.5.4 и минимальной шириной проводников равной 0,45 мм будет удовлетворительно работать при электрических нагрузках, соответствующих принципиальной электрической схеме данного устройства.

5.6 Расчет конструкции на виброзащищенность

Для того, чтобы проверить насколько хорошо защищено проектируемое устройство от механических воздействий, необходимо провести расчеты собственных частот вибраций блока и платы, а затем подобрать соответствующие виброизоляторы.

Так как проектируемое устройство предполагается использовать без виброизоляторов, то в этом случае плата является единственной колебательной системой.

Жесткость платы зависит от материала, формы, геометрических размеров и способа закрепления.

Печатная плата разрабатываемого прибора изготовлена из стеклотекстолита марки СФ – 2Н – 50 - 2. Она имеет прямоугольною форму следующих размеров: ахbxh =140x140x2 мм

Крепится плата в устройстве в четырех точках крепления (см.рис.5. 1).

Крепление платы

Рис. 5.1

При расчете собственной частоты вибрации печатной платы используют следующие допущения:

- плата представляется в виде модели распределенными массами и упругими демпфирующими связями;

- ЭРЭ на плате располагаются равномерно на ее поверхности;

- плата с элементами принимается аз тонкую пластину, так как

- толщина платы принимается постоянной, h = const;

- материал платы однородный, идеально упругий, изотропный;

- возникающие изгибные деформации малы по сравнению с толщиной платы;

- при изгибе платы нейтральный слой не подвергается деформации растяжения (сжатия).

Основная резонансная частота колебаний платы, определяется по формуле:

, (5.42)

где

- поправочный коэффициент, учитывающий способ закрепления платы (в четырех точках); - длина платы; D - цилиндрическая жесткость платы; m - распределенная по площади масса платы и элементов;

Цилиндрическая жесткость платы определяется по формуле:

, (5.43)

где

- модуль упругости материала платы; - толщина платы; - коэффициент Пуассона.

Распределенная по площади масса платы и элементов определяется из выражения:

, (5.44)

где

- удельная плотность материала платы; - масса элементов, установленных на плате:

, (5.45)

где

- масса i - го элемента, установленного на плате; n=129 - количество элементов, установленных на плате.

Так как

, то из формулы (5.45):

Подставляя найденные величины в формулу (5.42), определим частоту собственных колебаний печатной платы:

В результате механических воздействий печатная плата подвержена усталостному разрушению, в особенности при возникновении механического резонанса. Чаще всего усталостные отказы проявляются в виде обрыва проводников, разрушения паянных соединений, нарушения контактов в разъемах. Подобные разрушения можно предотвратить, если обеспечить выполнение условия:

(5.46)

где

- минимальная частота собственных колебаний платы; - ускорение свободного падения, g = 9.81м/c²; - безразмерная постоянная, выбираемая в зависимости от частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений; - максимальные вибрационные перегрузки, выраженные в единицах g. Получим,

.

Условие (5.46) выполняется (

). Следовательно, проектируемая плата будет иметь достаточную усталостную прочность при гармонических вибрациях.

Проектируемое устройство в процессе эксплуатации будет подвергаться воздействию вибраций в диапазоне 30...120 Гц.

Определим эффективность виброзащиты по формуле:

, (5.47)

где

- верхняя частота диапазона воздействующих частот, Гц; - резонансная колебаний печатной платы, Гц.

Подставив значения, получим:

.

Таким образом можно сказать, что спроектированное устройство на 67٪ защищено от вибрационных воздействий.

5.6 Проектирование и расчет катушки газонатекателя

Выбор обоснование конструкции прибора необходимо начать с выбора и расчета рабочего органа. Это необходимо для получения заданных выходных характеристик схемы усиления при известной магнитной индукции на рабочей поверхности катушки.

В промышленных устройствах катушки и постоянные магниты обычно помещают в корпус из пластмассы, что диктуется как требованиями электробезопасности и санитарной обработки, так и соображениями эргономики и эстетики. В катушках для сохранения возможно большего диаметра полости особое внимание обращают на то, чтобы прослойка воздух— пластмасса по внутреннему диаметру была незначительной. Увеличение толщины обмотки катушки тоже нежелательно, иначе возрастает масса. В то же время при неизменном внутреннем диаметре увеличение толщины обмотки может быть целесообразным в том случае, если необходимо повысить магнитную индукцию, которая пропорциональна среднему радиусу. Для электромагнита и постоянного магнита расстояние между пластмассовой рабочей поверхностью и расположенным под ней полюсом по возможности уменьшают, иначе область наибольшей интенсивности магнитного поля окажется неиспользованной.

Зона действия источника тем дальше распространяется, чем более удалены друг от друга полюса. Поэтому глубина проникновения поля зависит от нормированной длины индуктора и растет по мере увеличения ее.

Толщину корпуса катушки принимаем 1 см.

В качестве рабочего органа натекателя могут использоваться электромагниты и соленоиды. Применение электромагнитов целесообразно в натекателе, т.к. магнитное поле концентрируется внутри него. Также электромагниты обладают большей магнитной индукцией по сравнению с соленоидами, а следовательно при одинаковой индукции меньшими габаритными размерами, потребляемой мощностью, проще в эксплуатации. Поэтому в разрабатываемом приборе будем использовать электромагнит.

Прямоугольные или цилиндрические сердечники индукторов-электромагнитов, предназначенных для создания переменного магнитного поля, изготавливаются из листовой или ленточной (рулонной) электротехнической стали. Из-за наличия изоляции между пластинами или слоями ленты и невозможности их плотной укладки коэффициент заполнения сечения сердечника сталью всегда меньше единицы. Наибольший коэффициент заполнения – у ленточных магнитопроводов. Поэтому часто используют сердечник П-образной формы с прямоугольным сечением, который представляет собой половину разрезного ленточного магнитопровода типа ПЛ,ПЛМ или ПЛР, габариты которого выбирают по ГОСТ 22050—76 “Магнитопроводы ленточные. Типы и основные размеры”.

Для изготовления прямых сердечников с прямоугольным сечением нужны изолированные пластины без отверстий, которые собирают в пакеты. Целесообразно применение готовых пластин, например, 1-образных (см. ГОСТ 20249—80). Направление длинной стороны этих пластин совпадает с направлением проката, если они изготовлены из анизотропного материала. Когда стандартные размеры не подходят, пластины вырезают вдоль длинной стороны листа электротехнической стали.