VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В настоящее время техническое развитие в мире привело к тому, что человечество не может обходиться без радиоэлектронных приборов. Радиоэлектроника охватывает все сферы деятельности человечества – от бытовой техники до космических аппаратов.

К радиоэлектронной аппаратуре, используемой на космических аппаратах, предъявляются наиболее жесткие требования, чем к какой-либо другой (наземная, морская, самолетная). Поэтому при проектировании такой аппаратуры следует учитывать влияние большого числа факторов [1]:

•  

  • вакуум (пониженное давление до 10^-6 мм. рт. ст.);

  • вибрации и удары;

  • способы отвода тепла в условиях вакуума;

  • космическое ионизирующее излучение и проч.

Целью работы является создание основания устройства управления, которое будет соответствовать всем требованиям к приборам космической техники.

Исследование проблемы проектированияипутиее решения.

Чтобы решить проблему проектирования устройства необходимо провести анализ и рассмотреть вопросы, касающиеся снижения массогабаритных показателей.

Основания узлов, как правило, изготавливаются из как можно более легких, но, тем не менее, прочных материалов, которые должны также соответствовать по тепловым и эксплуатационным параметрам требованиям технического задания. Такими материалами служат алюминиевые и магниевые сплавы.

Для уменьшения массы также возможно предусмотреть вырезы и отверстия в основании узла без потери необходимой жесткости конструкции.

Печатные платы крепятся на основание методом прессования через склеивающий материал.

Разработка конструкции.

Конструктивное исполнение узла устройства управления разрядом определяется исходя из условий эксплуатации прибора, воздействий внешней среды, особенностей теплоотвода и электрических параметров схемы электрической принципиальной изделия.

Таким образом, представляется целесообразным провести подробный анализ всех вышеперечисленных факторов и определить необходимый вид несущей конструкции узла, конструкции печатных плат, используемых в изделии, и необходимые меры защиты узла от воздействия внешних факторов.

Все основания узлов изготавливают из магниевого проката. Выбор данного материала обусловлен, главным образом, снижением массы проектируемых приборов. Использование алюминиевых сплавов не представляется целесообразным из-за того, что их удельный вес выше практически в 1,5 раза. В таблице 1 приведен сравнительный анализ характеристик алюминиевых сплавов с магниевым сплавом МА2-1.

Таблица 1  Характеристики сплавов

Марка материала	Удельный вес ,	Коэффициент теплопроводности ,	Временное сопротивление по разрыву в,	Предел текучести при растяжении 0,2,
АМг2М	2,67	142	19	8
АМг6М	2,64	120	30	15
Д16	2,78	193	44	29
МА2-1	1,79	69,1	26	16

Из таблицы 1 видно, что сплав МА2-1 значительно уступает алюминиевым сплавам лишь по значению коэффициента теплопроводности. Тем не менее, данный параметр соответствует требованиям обеспечения отвода тепла с узла даже при эксплуатации изделия в глубоком вакууме. В этом случае главным фактором при выборе материала был его удельный вес, так как он позволяет значительно снизить массовые характеристики устройства управления в целом.

Используемый магниевый прокат выпускается плитами различной толщины . Для разрабатываемой конструкции выберем прокат толщиной 32 мм. Этот выбор зависит от высоты применяемых ЭРИ и их расположения.

Для того чтобы элементы не создавали помех при установке соседних узлов в приборе, в основании предусмотрены вырезы, с одной стороны глубиной 18,1мм, с другой стороны 9,1мм (рисунок 1). Вырезы также предусматривают снижение массы изделия. Обработка заготовки основания производится фрезерованием на станках с ЧПУ.

Рисунок 1 – Вид основания в разрезе (Красной линией показана максимальная высота ЭРЭ)

Перед установкой всех ЭРИ, сборочных единиц и деталей полученную деталь основания после обработки покрывают гальваническим покрытием Хим.Окс (Применяется для защиты от коррозии для деталей из литейных сплавов, а также алюминия и магния). После этого для защиты от коррозии основание дополнительно покрывают эмалью темно-зеленого цвета. Поверхности, находящиеся под платами, покрывают грунтом. Это делается для защиты от коррозии посадочных мест, раззенкованных отверстий, заклепок, втулок, для установки и законтривания крепежа.

Основание узла, помимо функции несущей конструкции выполняет также функцию отвода тепла, так как является единственным способом отвода тепла в условиях вакуума.

Расчет массы основания.

Расчет массы основания (рисунок 2) проведем для того, чтобы проверить соответствует ли масса проектируемого узла требованиям технического задания.

Расчет массы основания производим в программе SolidWorks 2010. Для этого нам нужно значение плотности материала. Значение плотности магниевого сплава МА2-1 =1,79 кг/м³.

Масса спроектированного основания равна 266 гр. Что удовлетворят требованиям технического задания (266 гр < 280гр).

Рисунок 2- Внешний вид основания

Определение теплового поля узла

С помощью программы SolidWorks 2010 проведем тепловой анализ узла.

Для проведения анализа нам понадобилось определить самые нагреваемые элементы ЭРИ и расставить примерное их расположение относительно проектируемого основания. Список высоконагреваемых ЭРИ и их мощность представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Мощность высоконагреваемых ЭРИ

Наименование элемента	Мощность
R1-R5	0,5 Вт
R6,R8,R9	0,5 Вт
DA5	300 мВт
DA10	140 мВт
DA11	1,12 Вт

Рисунок 3 – Распределение теплового потока с правой стороны узла

Рисунок 4 – распределение теплового потока с левой стороны узла

Исходя из анализа, видно, что самый высокий уровень температуры достигается до 44,8 ˚С. Диапазон температур при работе узла от 40 до 44,8 ˚С. Полученные показатели не превышают рабочих показателей элементов радиоэлектроники. Для надежной работы ЭРИ обеспечить теплоотвод на основание узла от элементов, приведенных в таблице 2. Для этого в основании печатных плат будут сделаны отверстия (рисунок 5) под корпусами высоконагреваемых элементов для отвода тепла на основание узла через термопасту, чтобы оградить остальные ЭРИ от нагрева.

Рисунок 5 – Проектируемое основание печатной платы

В результате выполнения курсового проекта было спроектировано основание для узла устройства управления.

Уменьшение массогабаритных показателей были достигнуты с помощью конструкторских и технологических решений.

В процессе проектирования был выполнен следующий комплекс работ:

- Разработана конструкция прибора;

- Выполнен анализ теплового поля узла;

Результаты всех проведенных испытаний и расчетов удовлетворяют требованиям технического задания.

Спроектированное основание имеет следующие характеристики:

- масса 0,266 кг;

- габаритные размеры:

1) ширина – 195 мм;

2) длина – 265 мм;

3) высота – 29 мм.

- диапазон температур при работе узла от 40 до 44,8 ˚С;

Список использованных источников:

1. «Алгоритмическое обеспечение базы знаний информационно-аналитической системы подготовки специалистов по анализу отказов аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.13.06 / Кайнов Виталий Михайлович ; [Институт информатизации образования Российской академии образования]

Код для цитирования: Скопировать