Разработка конструкции ИВЭ с частотно-импульсным регулированием, предназначенного для работы в составе блока приема-передатчика спутниковой связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ состояния проблемы

2. Назначение, устройство и работа источника вторичного электропитания

2.1 Назначение и технические данные источника вторичного электропитания

2.2 Устройство источника вторичного электропитания

2.3 Работа источника вторичного электропитания

3. Разработка конструкции источника вторичного электропитания

3.1 Выбор и обоснование конструкции источника вторичного электропитания

3.2 Тепловой расчет

3.2.1 Выбор способа охлаждения

3.2.2 Расчет теплового сопротивления

3.2.3 Расчет параметров радиатора

3.3 Расчет герметизации корпуса источника вторичного электропитания

3.4 Расчет надежности источника вторичного электропитания

4. Разработка технологии изготовления

4.1 Анализ технологичности конструкции

4.2 Особенности технологии изготовления

4.3 Нормы времени на элементарные работы

5. Планирование и организация ОКР

5.1 Расчет трудоемкости ОКР

5.2 Определение состава группы исполнителей

5.3 Распределение трудоемкости ОКР по исполнителям

5.4 Расчет договорной цены

5.5 Технико-экономические расчеты

5.6 Обоснование конкурентоспособности

6. Охрана труда

6.1 Факторы, определяющие тяжесть электрической травмы

6.2 Защитное заземление

6.3 Меры безопасности при работе с источником вторичного электропитания

6.4 Экология

7. Оценка устойчивости источника вторичного электропитания к воздействию ионизирующего излучения

Заключение

Список использованных источников

Введение

устойчивость источник вторичное электропитание

Для питания современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) требуются напряжения как постоянного, так и переменного тока различных номиналов со стабильностью более высокой, чем ее могут обеспечить первичные источники электропитания. Поэтому стабилизированные источники вторичного электропитания (ИВЭ) находят широкое применение в составе различных радиотехнических устройств: аппаратуры связи, автоматики, вычислительной и измерительной техники. Повышение надежности и экономичности работы, снижение массы, объема и стоимости РЭА в значительной степени зависят от правильного выбора и проектирования источников вторичного электропитания.

Многообразие требований к качеству выходных напряжений стабилизированных источников, необходимость преобразования энергии постоянного и переменного тока, широкий диапазон выходных мощностей, большие различия в режимах работы и условиях эксплуатации - все это привело к созданию большого числа различных вариантов стабилизированных ИВЭ и их функциональных узлов.

Отличительной особенностью ИВЭ является их высокая энергонасыщенность и тепловая нагруженность. Стремление к снижению габаритов источников питания приводит к необходимости решения проблем отвода тепла и повышения коэффициента полезного действия (КПД) ИВЭ. В этой связи возникает необходимость использования импульсных способов преобразования и стабилизации напряжения. Однако импульсное преобразование характеризуется значительным усложнением схемотехнических решений. Кроме того, повышается число реактивных элементов. Для уменьшения габаритов реактивных элементов применяется преобразование на повышенной частоте.

Настоящий дипломный проект посвящен разработке конструкции ИВЭ с частотно-импульсным регулированием, предназначенного для работы в составе блока приема-передатчика спутниковой связи.

При разработке конструкции особое внимание необходимо уделить вопросам обеспечения нормального теплового режима и надежности блока ИВЭ.

С целью создания конкурентоспособной конструкции необходимо провести анализ технико-экономических показателей ИВЭ.

В числе мероприятий охраны труда планируется выработка мер электробезопасности при работе с ИВЭ.

Так же планируется проведение оценки устойчивости ИВЭ к воздействию электромагнитного импульса ядерного взрыва.

1. Анализ состояния вопроса

Источники электропитания являются одной из основных частей любого радиоэлектронного устройства. Первичные источники электропитания - промышленная сеть переменного тока в стационарных установках, электрохимические источники тока, солнечные батареи, термоэлементы - не в состоянии удовлетворить требованиям, предъявляемым современной РЭА к качеству питающих напряжений. Современной РЭА требуется большое количество номиналов питающего напряжения постоянного и переменного тока при различных значениях потребляемых токов. Нормальная работа большинства радиоэлектронных устройств обеспечивается лишь при поддержании питающих напряжений с заданной степенью точности в течение всего времени работы. Эти и ряд других задач решаются средствами вторичного электропитания.

Средства вторичного электропитания обеспечивают преобразование напряжения постоянного или переменного тока одного номинала в одно или несколько напряжений того же вида другого номинала; преобразование напряжения переменного тока в напряжение постоянного и наоборот; гальваническую развязку выходных цепей одну от другой и от цепей первичного питания; защиту первичного источника, источников вторичного электропитания и нагрузок при возникновении аварийных ситуаций; контроль и индикацию исправного состояния источников и пр. Импульсные режимы работы аппаратуры, значительные колебания напряжения первичных источников электропитания, широкий диапазон рабочих температур, влияние электрических и магнитных полей и других воздействий приводит к тому, что стабилизация напряжения постоянного и переменного тока является одной из основных функций, выполняемых средствами вторичного электропитания.

Как и любая другая РЭА, ИВЭ должны иметь высокую надежность, большой КПД, высокие удельные показатели, удобство в эксплуатации, ремонтопригодность, взаимозаменяемость. Широкое применение полупроводниковых приборов, микросхем, позволяет создавать источники, в достаточной мере отвечающие отмеченным выше требованиям. Однако на фоне постоянного совершенствования и миниатюризации аппаратуры становится все более очевидным, что ИВЭ отстают в своем развитии и, в значительной мере, стали определять надежность, габаритные размеры и вес самой аппаратуры.

Объем, занимаемый ИВЭ в общем объеме РЭА, доходит до 50%, что в значительной мере объясняется несовершенством ИВЭ в конструктивном, технологическом и схемотехническом отношениях.

Поэтому уменьшение габаритов и массы ИВЭ при одновременном повышении надежности и обеспечении высоких энергетических и качественных показателей, автоматизация контроля и защиты, как источников, так и аппаратуры, а также электромагнитная совместимость источников питания и аппаратуры являются наиболее существенными проблемами при разработке и проектировании ИВЭ.

На мировом рынке ранее были распространены ИВЭ с линейной стабилизацией напряжения. Основным их недостатком является широкий КПД -30+50%, что определяло тепловой режим и, в конечном итоге, массу и габариты ИВЭ.

В настоящее время широкое применение нашли более сложные ИВЭ с импульсным преобразованием на повышенной частоте (до 20кГц и выше). Это позволяет значительно уменьшить габариты и массу ИВЭ, т. к. повышение частоты преобразования дает возможность применения меньших реактивных элементов трансформаторов, дросселей, конденсаторов. Так, при изменении частоты преобразования с 50-100 Гц до 10 Кгц или с 10 Кгц до 100-200 Кгц масса трансформаторов уменьшается примерно в 10 раз /1/.

КПД импульсных источников питания может достигать значений более 90%, что упрощает систему обеспечения теплового режима и позволяет реализовывать конструкцию с высокими удельными показателями.

Следует, однако, иметь в виду, что с ростом частоты происходит увеличение динамических потерь мощности в силовых транзисторах и диодах, т. е. нужно соответственно увеличивать теплоотводящие устройства (радиаторы). Такое же противоречие можно наблюдать с ростом частоты преобразования и при выборе элементов сглаживающих фильтров. Коэффициент сглаживания пульсаций фильтра увеличивается пропорционально квадрату частоты переменной составляющей напряжения. Таким образом, при заданном коэффициенте пульсаций с ростом частоты необходимые индуктивность дросселя и емкость конденсатора уменьшаются. В то же самое время происходит уменьшение емкости конденсаторов и индуктивности дросселей, снижается максимально допустимое значение переменной составляющей напряжения на этих элементах.

Для каждого ИВЭ существует частота преобразования, при которой его масса (или объем) в заданных условиях эксплуатации будет наименьшей. С другой стороны, существует частота преобразования, при которой КПД источника будет максимальным. Как правило, эти частоты не совпадают. Практически стремятся выбрать оптимальную частоту, при которой можно достичь компромисса между такими противоречивыми требованиями. Частота эта будет оптимальной для данного устройства лишь при существующем уровне развития техники. Разработка и освоение новых безинерционных полупроводниковых приборов, малогабаритных высокочастотных трансформаторов и дросселей фильтров, электролитических конденсаторов с улучшенными характеристиками, применение более эффективных способов отвода тепла, микроминиатюризация элементной базы - все это ведет к увеличению оптимальных частот преобразования, т. е. улучшению удельных показателей ИВЭ.

В настоящее время требования к удельной мощности, весу, надежности ИВЭ возросли. Надежность источника питания является одной из важнейших эксплуатационных характеристик и определяет надежность всей РЭА. Согласно исследованиям, проведенным в США, 20% отказов радиоэлектронной аппаратуры происходит по вине ИВЭ. Основные причины отказов - повышенная температура и вибрационные нагрузки (таблица1. 1).

Таблица 1. 1

Причины отказов РЭА

Причина отказа	Удельный вес, %
Температура	21
Вибрация	14
Влажность	10
Причины, связанные с факторами окружающей среды	7
Причины не связанные с окружающей средой	48

Экспериментально установлено, что изменение температуры на 10С вызывает изменение интенсивности отказов на 15-50% в различных участках температурного диапазона.

С этих позиций наиболее критичными являются емкостные элементы. Электролитические конденсаторы, нашедшие широкое применение в ИВЭ, имеют максимальную рабочую температуру 85С. Следовательно, максимальная средняя температура воздуха в блоке не должна превышать указанную. При этом конденсаторы не должны располагаться вблизи тепловыделяющих элементов.

2. Назначение, устройство и работа источника вторичного электропитания

2.1 Назначение и технические данные источника вторичного электропитания

Источник вторичного электропитания предназначен для обеспечения электропитанием блока приема-передатчика спутниковой связи при его работе от сети 220В 50 (60) Гц.

ИВЭ допускает круглосуточную работу в условиях:

- температура окружающей среды от 223К до 328К (от -50С до +55С) ;

- пониженного атмосферного давления до 6, 0104 Па (до 450 мм. рт. ст.) ;

- относительной влажности от 65% до 98% при температуре до 308+5К (до 35+5С).

Технические данные ИВЭ приведены в таблице 2. 1.

В ИВЭ обеспечена защита от короткого замыкания в нагрузке, а также контроль наличия выходных напряжений.

Таблица 2. 1

Технические данные ИВЭ

Наименование технического параметра	Величина и допустимые отклонения
1. Напряжение электропитания, В	220 ± 44
2. Частота тока, Гц	50 ± 2 и 60 ± 2
3. Выходные напряжения и токи нагрузки по цепям:
1 - напряжение, В	+28±1, 12
ток нагрузки, А	5, 0
2 - напряжение, В	+24±1, 2
ток нагрузки, А	0, 5

Продолжение таблицы 2. 1

Наименование технического параметра	Величина и допустимые отклонения
3 - напряжение, В	+15±0, 75
ток нагрузки, А	0, 5
4 - напряжение, В	-15±0, 75
ток нагрузки, А	0, 5
5 - напряжение, В	+12±0, 6
ток нагрузки, А	0, 5
6 - напряжение, В	+9±0, 45
ток нагрузки, А	0, 5
7 - напряжение, В	+6, 3±0, 32
ток нагрузки, А	1, 0
8 - напряжение, В	-6±0, 24
ток нагрузки, А	1, 0
9 - напряжение, В	+5, 2±0, 26
ток нагрузки, А	0, 6
10 - напряжение, В	+5±0, 25
ток нагрузки, А	0, 5
4. Напряжение переменной составляющей, мВ, не более	5
5. Потребляемая от сети мощность, ВА, не более	280
6. Промышленный КПД, % не менее	82
7. Время готовности к работе, мин. : в нормальных условиях	5
при климатических воздействиях	30
8. Габаритные размеры, мм, не более	292х262х103
9. Масса, кг, не более	5, 6

2.2 Устройство источника вторичного электропитания

Источник вторичного электропитания (см. рис. 2. 1) состоит из:

- усилителя мощности (УМ) ИВЭ;

- устройства питания (УП) ИВЭ.

УМ ИВЭ предназначено для преобразования переменного напряжения сети 220 В 50 (60) Гц в постоянное напряжение 28В и целый ряд переменных напряжений повышенной частоты (10-12кГц) для подачи в УП ИВЭ.

УП ИВЭ предназначено для преобразования переменных напряжений, подаваемых в него из УМ ИВЭ, в постоянные напряжения, с последующей фильтрацией и стабилизацией выходных напряжений, необходимых для электропитания цепей блока приемо-передатчика, а также для контроля наличия всех выходных напряжений и формирования сигнала «ОТКАЗ» при отсутствии любого из выходных напряжений.

В состав УМ ИВЭ (рисунок 2. 2) входят:

- сетевой фильтр;

- сетевой выпрямитель;

- устройство задержки;

- входной фильтр;

- задающий генератор;

- стабилизирующий преобразователь напряжения;

- цепь обратной связи;

- выпрямитель и фильтр цепи +28в.

Сетевой фильтр предназначен для ослабления помех, появляющихся на входе устройства при работе его преобразователя и представляет собой двухзвеньевый индуктивно-емкостный фильтр, обмотки дросселей которого включены в оба провода, подводящие напряжение сети в устройство.

Сетевой выпрямитель предназначен для выпрямления сетевого напряжения 220в 50 (60) Гц в постоянное и выполнен по мостовой двухполупериодной схеме.

Устройство задержки предназначено для уменьшения бросков зарядного тока конденсаторов фильтра в момент включения устройства в сеть посредством балластного резистора R30 при закрытом тиристоре VS1.

Входной фильтр обеспечивает подавление до определенного уровня переменной составляющей входного выпрямленного напряжения.

Задающий генератор предназначен для включения стабилизирующего преобразователя напряжения на определенной частоте при достижении входным выпрямленным напряжением определенной величины.

Стабилизирующий преобразователь напряжения предназначен для преобразования выпрямленного входного напряжения в необходимый ряд переменных напряжений, требующихся при последующем выпрямлении и стабилизации для питания цепей блока приема-передатчика.

Выпрямитель и фильтр цепи +28в предназначен для выпрямления и сглаживания переменной составляющей напряжения, подаваемого с трансформатора стабилизирующего преобразователя.

Цепь обратной связи предназначена для обеспечения стабильности выходного напряжения цепи +28в при воздействии всех дестабилизирующих факторов.

УП ИВЭ (см. рис. 2. 3) состоит из:

- фильтров радиопомех (ФРП) ;

- выпрямителей;

- сглаживающих фильтров;

- линейных стабилизаторов напряжения (ЛСН) ;

- устройства контроля.

Фильтры радиопомех предназначены для подавления высокочастотных составляющих, поступающих в УП ИВЭ с выходных обмоток трансформатора Т2 УМ ИВЭ и для исключения сквозных токов выпрямительных диодов, которые также создают при этом радиопомехи.

Выпрямитель предназначен для выпрямления переменного напряжения, подающегося в УП ИВЭ.

Сглаживающие фильтры предназначены для сглаживания переменной составляющей выпрямленного напряжения основной частоты.

Линейные стабилизаторы напряжения предназначены для стабилизации напряжения постоянного тока и для ослабления переменной составляющей этого напряжения.

Устройство контроля предназначено для контроля наличия выходных напряжений и подачи сигнала «ОТКАЗ» при отсутствии любого из выходных напряжений.

2.3 Работа источника вторичного электропитания

УМ ИВЭ работает следующим образом. При подаче на вход устройства питания переменного напряжения сети 220в 50Гц или 60Гц оно подается на входной выпрямитель, выполненный по двухполупериодной мостовой схеме на диодах VD13, VD14, VD16, VD17 (см. СС. 436727. 001 ЭЗ), и далее через балластный резистор R30 на входной емкостный фильтр на конденсаторах С16, С20. После сглаживания переменной составляющей конденсаторами С16 и С20 постоянное напряжение подается на полумостовой преобразователь напряжения, выполненный на мощных высоковольтных транзисторах VT4-VT7, трансформаторе Т2 и конденсаторах С23-С25 и С40-С42.

При достижении на конденсаторе С4 величины напряжения, достаточной для пробоя стабилитрона VD6, открываются транзисторы VT2, VT3 и транзисторы VT5, VT7. Начинается процесс релаксации задающего генератора на транзисторах VT2, VT3.

При этом транзисторы VT4, VT6 и VT5, VT7 начинают поочередно переключаться, через первичную обмотку трансформатора Т2 протекает в связи с этим переменный ток и во вторичных обмотках индуцируется переменное напряжение. При первых же тактах (периодах) за счет появления на обмотке 37-38 трансформатора Т2 переменного напряжения, которое выпрямляется диодами VD30, VD31 и VD33, VD34, открывается тиристор VS1 и шунтирует резистор R30, исключая дополнительные потери мощности на нем.

Переменное напряжение с обмотки 7-8-9 трансформатора Т2 через дроссель L4 подается на выпрямитель на диодах VD35, VD36, далее на сглаживающие фильтры на конденсаторах С27-С30 и на L6 и С34-С39. Далее выпрямленное напряжение подается на выходную вилку устройства и в цепь обратной связи. Регулирование выходного напряжения +28В 5А осуществляется посредством резистора R46 в цепи обратной связи.

Переменные напряжения для остальных цепей с выходных обмоток трансформатора подаются далее на выходную розетку устройства УМ ИВЭ для последующего преобразования в постоянные стабилизирующие напряжения в устройстве питания ИВЭ.

Управление транзисторами VT4-VT7 полумоста осуществляется через базовые цепи напряжениями, получаемыми с базовых обмоток 5-6 и 3-36 трансформатора Т2. Слежение за насыщением магнитопровода трансформатора Т2 осуществляется посредством одновитковой обмотки 13-14, которая является питающей для трансформатора Т1, вторичные обмотки 3-4 и 5-6 которого включены в базы транзисторов VT12 и VT13, а 7-8 - в цепь обратной связи. При увеличивающемся насыщении в один из полупериодов магнитопровода трансформатора Т2 с его обмотки подается такое напряжение, которое посредством транзисторов VT12 и VT13, а также цепи обратной связи подзапирает соответствующую пару транзисторов VT4, VT6 или VT5, VT7, выводя трансформатор Т2 из насыщения.

Для обеспечения вентиляторов блока приемо-передатчика напряжением 220В переменное напряжение подается транзитом с вилки Х1 «вход 220В» на вилку Х2 «выход 220В» УМ ИВЭ. Также, транзитом, подается напряжение цепей +15В и -15В из УП ИВЭ через розетку Х3 на вилку Х2 УМ ИВЭ и далее в цепи контроля вентиляторов блока приемо-передатчика.

Транзисторы VT10 и VT11 предназначены для защиты стабилизирующего преобразователя при коротком замыкании в его выходных цепях. При превышении тока через резисторы R17, R18 отпираются транзисторы VT10 и VT11, и напряжение конденсаторов С17 и С18 в обратной полярности прикладывается к базам транзисторов VT6, VT7, запирая их.

Устройство питания ИВЭ работает следующим образом.

Устройство содержит десять силовых цепей. Напряжение цепи 28В 5А проходит с входной вилки на выходную транзитом. Стабилизация напряжения этой цепи осуществляется в УМ ИВЭ. Для исключения влияния на стабильность напряжения за счет падения напряжения на проводах цепь обратной связи цепи 28В заведена в устройство УМ ИВЭ с выходной вилки Х2 УП ИВЭ.

Построение трактов цепей для получения всех выходных напряжений идентичны. Отличие только в построении выпрямителя. Они построены либо по мостовой схеме, либо по схеме со средней точкой.

Выпрямители первого типа используются в цепях с выходными напряжениями +12В, +15В, -15В, +24В. Переменное напряжение через ФРП подается на мостовой выпрямитель и, после выпрямления, на сглаживающий СLС - фильтр и далее на линейный стабилизатор, выполненный на интегральной микросхеме. Для получения напряжения +24В последовательно включены два линейных стабилизатора.

Цепи для получения выходных напряжений +5В, +5, 2В, +6В, +6, 3В, +9В построены с применением выпрямителей второго типа. Переменное напряжение подается через ФРП на выпрямитель. Переменная составляющая выпрямленного напряжения сглаживается двухзвенным СLC - фильтром. Для дальнейшего ослабления пульсаций и для стабилизации отфильтрованное напряжение подается на вход линейного стабилизатора.

С выходов линейных стабилизаторов каждого из трактов напряжения подаются на выходную вилку Х2 и далее в цепи блока приемо-передатчика.

Контроль наличия выходных напряжений осуществляется с помощью транзисторных оптронов. Транзисторы этих оптопар включены последовательно. Сигнал о наличии всех напряжений подается с транзистора последней оптопары, который запирается при пропадании любого из напряжений и на выходе появляется сигнал «отказ» уровнем напряжения, равным (0, 5ч0, 9) от Uпит.

3. Разработка конструкции источника вторичного электропитания

3.1 Выбор и обоснование конструкции ИВЭ

Анализируя принципиальную электрическую схему ИВЭ, можно сделать вывод о целесообразности выполнения конструкции ИВЭ в виде двух функционально законченных субблоков: УМ ИВЭ и УП ИВЭ, размещенных, соответственно, в корпусе и на крышке блока.

Монтаж элементов будем осуществлять с помощью печатных плат, как наиболее прогрессивного способа. С целью повышения плотности монтажа, печатные проводники будем располагать в два слоя.

В качестве материала печатных плат выбираем фольгированный стеклотекстолит СТФ-35-1, 5 ТУ16-503. 161-83, обладающий высокой прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами, а в качестве метода изготовления - комбинированный позитивный, обеспечивающий необходимую точность печатного монтажа (третий класс точности по ГОСТ 23751-86).

С целью уменьшения массы блока ИВЭ, в качестве материала корпуса и крышки выбираем алюминиевый сплав АК12 (АЛ2) ГОСТ 1583-89. С учетом требований технологичности и, руководствуясь стремлением к снижению затрат на изготовление ИВЭ в условиях мелкосерийного производства, в качестве метода изготовления корпуса и крышки выбираем литье в песчано - глинистые формы.

Паяные соединения будем выполнять широко распространенным оловянно-свинцовым припоем ПОС 61 ГОСТ 21930-76, что согласуется с требованием ТУ на радиоэлементы и позволяет получить качественные паяные соединения.

Из анализа принципиальной электрической схемы видно, что в конструкции ИВЭ имеются элементы с повышенным тепловыделением: десять микросхемных стабилизаторов напряжения 142-й серии, четыре транзистора КТ 841А, два диода КД 2999А, трансформатор Т2, дроссель L3, четыре диода КД 203А, тиристор КУ 202 Н и резистор С 5-35 В. Для обеспечения нормального теплового режима их работы необходимо обеспечить отвод тепла от их поверхностей. Для этой цели можно использовать в качестве радиатора корпус и крышку блока. Для обеспечения теплового контакта поверхностей элементов с корпусом или крышкой блока ИВЭ между ними вводятся переходные радиаторы. Их наличие, а также возможность многократного соединения и разъединения их с корпусом блока позволяет повысить ремонтопригодность блока, упростить сборку, исключив проводные соединения, и избежать повреждения элементов.

Трансформатор Т2 и дроссель L3 целесообразно установить непосредственно на основание корпуса.

Для увеличения площади теплоотдающей поверхности корпуса и крышки блока они выполняются оребренными.

Для снижения теплового сопротивления контактные поверхности корпуса и крышки блока, а также переходных радиаторов зачищаются до шероховатости 2. 5 мкм. Кроме того, контактирующие поверхности смазываются теплопроводящей пастой КПТ-8 ГОСТ 19783-74, что позволяет в 2-2, 5 раза снизить тепловое сопротивление контакта и влияние шероховатости контактных поверхностей, а также влияние случайных факторов (затяжка винтов, попадание пыли, наличие заусенцев).

Для повышения степени черноты, согласно рекомендациям ОСТ 4. 012. 001-78 « Радиаторы охлаждения полупроводниковых приборов. Методы расчета «, наружные поверхности корпуса и крышки блока покрываются черной эмалью МЛ 12 ГОСТ 9754-76.

Устройство УМ ИВЭ, с целью уменьшения габаритов, целесообразно выполнить на четырех печатных платах, размещенных в корпусе блока, имеющим габаритные размеры 292х252х93 мм.

Для крепления в корпусе печатных плат и других конструктивных элементов на основании корпуса выполнены бабышки цилиндрической формы различной высоты с резьбовыми отверстиями М3. Крепление осуществляется посредством винтовых соединений, что удобно при сборке, регулировке, ремонте.

Плата размерами 145х55 мм, на которой выполнены сетевой фильтр, сетевой выпрямитель, устройство задержки и входной фильтр, крепится к переходному радиатору, установленному на основании корпуса. На этом радиаторе установлены диоды сетевого выпрямителя VD 13, VD 14, VD 16 и VD 17, а также тиристор VS1 и резистор R 30 устройства задержки.

Стабилизирующий преобразователь напряжения выполнен на двух печатных платах. На основании корпуса устанавливается большая из плат, имеющая габаритные размеры 220х120 мм. Над ней закрепляются вторая плата преобразователя (размеры 110х100 мм) и плата управления (размеры 80х100 мм). Крепление плат осуществляется винтами М3.

К основанию корпуса, кроме трансформатора Т2 и дросселя L3, крепятся конденсаторы С16 и С20 входного фильтра.

На внешней стороне основания корпуса устанавливается вилка Х1 «вход 220в» типа 2РМГД18Б4Ш5Е2Б ГеО. 364. 140ТУ и вилка Х2 «выход 220в» типа 2РМГ18Б7Ш1Е2Б. Здесь же запрессовывается резьбовая втулка для подключения клеммы заземления.

Для электрического соединения с устройством УП ИВЭ на кронштейне, укрепленном на внутренней поверхности одной из стенок корпуса устанавливается розетка Х3 типа РП15-50ГВВ ГЕО. 364. 160ТУ.

Второй функционально законченный субблок (УП ИВЭ) выполнен в виде плоской крышки блока размерами 292х252х10 мм. с закрепленной на ней с внутренней стороны печатной платой размерами 240х200мм. с собранными на ней стабилизаторами выходных напряжений. На внешней стороне крышки закреплена выходная вилка типа 2РМГ30Б32Ш1Е2Б, а на внутренней - вилка типа РП15-50ШВВ для соединения с устройством УМ ИВЭ.

Элементы с токопроводящими корпусами, устанавливаемые на печатные платы, изолируют от печатных проводников с помощью прокладок из электроизоляционной ткани, из стеклянных крученых комплексных нитей типа ЛСК-1551 180 0, 15 ГОСТ 10156-78. Прокладки приклеиваются к поверхности плат с помощью клея ГИПК 23-16 ТУ 6-05-251-128-82.

Для электрического соединения с другими платами и элементами на каждой из плат устанавливаются штифты.

Для защиты элементов от механических повреждений, пыли, влаги и других факторов после настройки и регулировки платы покрываются лаком УР-231 ТУ6-21-14-90.

Блок ИВЭ в сборе имеет габаритные размеры 292х262х103мм.

Соединение корпуса и крышки осуществляется винтовыми соединениями. Для повышения надежности и долговечности резьбовых соединений, винты ввинчиваются в стальные втулки, установленные также посредством резьбового соединения в отверстиях алюминиевого корпуса заподлицо с поверхностью со стопорением с помощью клея ВК-9 ОСТ. ГО. 029. 204.

Для повышения надежности работы блока ИВЭ осуществляется его герметизация. Это обеспечивает практическую непроницаемость корпуса для жидкостей и газов и защищает его элементы от воздействия влаги, песка, пыли, плесневых грибов и механических повреждений. Герметизация блока осуществляется с помощью уплотнительной резиновой прокладки, закладываемой по периметру в паз в крышке.

Прокладка фиксируется в пазу крышки с помощью клея эластосил 11-01 марки Б ТУ6-02-857-74. С помощью этого же клея герметизируются внешние винтовые соединения в корпусе и крышке блока.

ИВЭ устанавливается в составе изделия на одной из опор треноги, на которой размещены блок приемопередатчика и параболическая антенна, посредством крепления типа «ласточкин хвост».

Кронштейн «ласточкин хвост» изготавливается фрезированием из листа Д16АТ 10, 0 ГОСТ21631-76 и крепится на боковой стенке корпуса блока.

Для контроля герметичности блока путем создания внутреннего избыточного давления с последующей проверкой на отсутствие утечки, в боковой стенке его корпуса предусмотрено технологическое резьбовое отверстие.

3.2 Тепловой расчет

3.2.1 Выбор способа охлаждения

Рассмотрим вопрос обеспечения нормального теплового режима платы стабилизаторов, закрепленной на крышке блока ИВЭ.

На плате установлены десять микросхемных стабилизаторов серии 142. Они определяют во многом тепловой режим всей платы. Суммарная рассеиваемая этими микросхемами мощность P составляет 17, 3 Вт. Для отвода от микросхем выделяющегося тепла необходимо применение радиатора. Это обеспечит увеличение площади теплоотдачи микросхем: часть теплового потока будет рассеиваться с корпусов микросхем, остальная часть через контактные поверхности будет передаваться на радиатор и рассеиваться в окружающую среду.

В данной конструкции ИВЭ роль радиатора для платы стабилизаторов выполняет крышка блока ИВЭ, изготовленная, как и корпус, из алюминиевого сплава АК12. Тепловое соединение каждой микросхемы с крышкой - радиатором осуществляется посредством переходного радиатора, так же выполненного из сплава АК12.

Для выбора способа охлаждения воспользуемся методом, рекомендуемым в / 7/. Выбор осуществляется с помощью графиков, характеризующих области целесообразного применения различных способов охлаждения. За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена.

q=, (1)

где Р - суммарная рассеиваемая мощность;

kр - коэффициент, учитывающий давление воздуха;

S - площадь основания радиатора.

Вторым показателем служит минимально допустимый перегрев элементов РЭА Tc=Тi min - Tc, где Тi min - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента по ТЗ, т. е. элемента, для которого допустимая температура имеет минимальное значение; Тс - температура окружающей среды.

Согласно ТЗ, проектируемый ИВЭ должен эксплуатироваться в условиях пониженного атмосферного давления (6, 0 · 104 Па). Как известно, понижение давления воздуха способствует ухудшению условий теплообмена. С уменьшением давления температура элементов РЭА возрастают при неизменной мощности рассеивания. При нормальном атмосферном давлении такое увеличение температуры можно получить, увеличив мощность рассеивания элементов. Степень увеличения удельной мощности определяется коэффициентом k р.

Для атмосферного давления 6, 0 · 104 Па kр=1, 1. По формуле (1) находим плотность теплового потока

q= Вт/м2.

Полагая Тi min =85єC, а Tc=55єC, находим Тc=85 - 55=30єC. С помощью графика /7/ определяем, что для данной конструкции целесообразно применение естественного воздушного охлаждения.

3.2.2 Расчет теплового сопротивления

Для расчета параметров радиаторов необходимо определить общее тепловое сопротивление Rо, величина которого включает в себя значения внутреннего теплового сопротивления Rвн каждой из десяти микросхем, а также тепловых сопротивлений контактов «корпус - переходной радиатор» Rk1 и «переходной радиатор - собственно радиатор» Rк2.

Используя электротепловую аналогию, представим искомое тепловое сопротивление в виде параллельного соединения десяти цепей, состоящих из последовательно соединенных тепловых сопротивлений Rвн, Rк1 и Rк2. Эти сопротивления одинаковы во всех десяти цепях и, следовательно, общее тепловое сопротивление можно определить из выражения

; (2)

или =. (3)

Согласно бКО. 347. 098 ТУ «микросхемы серии 142. Технические условия», внутреннее тепловое сопротивление Rвн данного типа микросхем составляет 8 град/Вт.

Величина теплового сопротивления контакта определяется из выражения

Rk=, (4)

где Rкп - контактное тепловое сопротивление пары материалов;

Sк - площадь соприкосновения контактирующих материалов.

Для определения значений контактных тепловых сопротивлений (КТС) воспользуемся методикой, изложенной в ОСТ 4 ГО. 012. 014 /9/. В основу построения методики расчета положен коэффициентный метод, основанный на кусочно-линейной зависимости контактного теплового сопротивления от следующих параметров: приведенной теплопроводности металлов контактирующей пары, контактного давления, твердости, микрогеометрии контактных поверхностей, теплопроводности межконтактной среды.

При разработке методики расчета величины КТС приняты следующие допущения:

- конвективный перенос тепла в контактной зоне отсутствует;

- лучистый теплообмен в контактной зоне отсутствует;

- пятна касания реальных контактных поверхностей могут иметь любую форму, приближающуюся к форме круга или эллипса.

Исходные данные для расчета величины КТС включают значения следующих параметров:

- коэффициентов теплопроводности материалов контактной пары и межконтактной среды л1, л2, лср, Вт/м·град;

- предела прочности менее твердого материала контактной пары увр, н/м2;

- класса поверхности (высоты микровыступов контактных поверхностей hср. 1, hср. 2) ;

- контактного давления с, н/м2;

- температуры в зоне контакта tк, єC.

Расчет величины КТС при контакте в пастообразной среде производиться в следующем порядке:

определяется приведенный коэффициент теплопроводности материалов контактирующей пары по формуле:

= . (5)

Рассчитывается тепловое сопротивление фактического контакта по формуле:

Rфк=Rфк0·= 0, 815·10-4 ·kр ·k л ·kн ·k у, (6)

где Rфк. 0 - базовое значение теплового сопротивления фактического контакта; Rфк. 0=0, 815 · 10-4 м2· град/Вт;

Кн - коэффициент, зависящий от класса шероховатости;

Кл - коэффициент, зависящий от коэффициентов теплопроводности материалов контактирующей пары;

Кр - коэффициент, зависящий от величины контактного давления;

Ку - коэффициент, зависящий от величины предела прочности менее твердого материала контактной пары.

Значения коэффициентов Кр, Кл, Кн, Ку определяются по графикам / 9 /.

Рассчитывается величина дополнительного сопротивления () по формуле:

ДR=. (7)

Рассчитывается тепловое сопротивление фактического контакта (Rфк. п) по формуле:

=. (8)

Определяется приведенный коэффициент теплопроводности межконтактной среды по формуле:

лср=, (9)

где лсрi=0, 14 + 2, 9 · 103 hсрi. (10)

Определяется величина теплового сопротивления межконтактной среды по формуле:

Rср. п=. (11)

Рассчитывается величина КТС по формуле:

Rк. п=. (12)

Определим по изложенной методике величину контактного теплового сопротивления « корпус - переходной радиатор « Rк. п1.

В контакте находятся латунный корпус микросхемы и переходной радиатор из алюминиевого сплава АК12. чистота обработки контактирующих поверхностей соответствует восьмому классу. Микросхема прижимается к переходному радиатору (ПР) с помощью двух винтов М3. Максимальное усиление при контролируемой затяжке составляет 185 кгс (1850 Н). Площадь контакта - 2, 37 · 10-4 м2.

Определяем контактное давление

Руд= H/м2.

По таблицам / 9 / определяем:

увр=43, 2 · 107 Н/м2;

hср1, 2=2, 5 · 10-6 м;

Н=2, 5 · 10-6 + 2, 5 · 10-6=5 · 10-6 м;

л1=180, 3 Вт/м · град;

л2=105, 8 Вт/м · град.

По формуле (5) определяем приведенный коэффициент теплопроводности материалов контактирующей пары

= Вт/м · град.

По графикам / 9 / определяем коэффициенты

Кр=1, 33;

Кл=0, 24;

Кн=0, 93;

Ку=1, 85;

и по формуле (6) рассчитываем тепловое сопротивление фактического контакта

Rфк=0, 815 · 10-4 · 1, 33 · 0, 24 · 0, 93 · 1, 85=4, 48 · 10-5 м2·град/Вт.

По формуле (7) рассчитываем величину дополнительного сопротивления

ДR= м2·град/Вт.

По формуле (8) определяем тепловое сопротивление фактического контакта

Rфк. п=4, 48 · 10-5 + 1, 42 · 10-5=5, 90 · 10-5 м2 ·град/Вт.

По формулам (9, 10) определяем приведенный коэффициент теплопроводности межконтактной среды (лср) :

лср=лср1, 2=0, 14 + 2, 9 · 103 · 2, 5 · 10-6=0, 147 Вт/м · град.

По формуле (11) находим величину теплового сопротивления межконтактной среды

Rср. п= м2·град/Вт.

По формуле (12) рассчитываем величину КТС (Rкп1) :

Rк. п1= м2·град/Вт.

По формуле (4) определяем значение теплового сопротивления контакта Rк1:

Rк1= град/Вт.

Аналогично рассчитываем контактное тепловое сопротивление Rк. п2. В контакте находятся переходной радиатор и крышка - радиатор, выполненные из алюминиевого сплава АК12. Чистота обработки контактирующих поверхностей соответствует восьмому классу. Радиаторы прижимаются друг к другу с помощью винта М3. Максимальное усиление при контролируемой затяжке составляет 185 кгс (1850 Н). Площадь контакта

Sк=3, 14 · (4, 5 · 10-3) 2=6, 36 · 10-5 м2.

Определим величину контактного давления

Руд= H/м2.

По таблицам / 9 / определяем:

увр= 43, 2 · 107 Н/м2;

hср1, 2=2, 5 · 10-6 м;

Н=2, 5 · 10-6 + 2, 5 · 10-6=5 · 10-6 м;

л1, 2=180, 3 Вт/м·град.

По формуле (5) определяем приведенный коэффициент теплопроводности материалов контактирующей пары:

= Вт/м·град.

По графикам /9/ определяем коэффициенты

kр=0, 65;

kл=0, 18;

kн=0, 93;

kу=1, 85.

и по формуле (5) рассчитываем тепловое сопротивление фактического контакта

Rфк=0, 815 · 10-4 · 0, 65 · 0, 18 · 0, 93 · 1, 85=1, 64 · 10-5 м2·град/Вт.

По формуле (7) определяем величину дополнительного сопротивления

ДR= м2·град/Вт.

По формуле (8) определяем тепловое сопротивление фактического контакта

Rф. к. п=1, 64 · 10-5+7, 62 · 10-6=2, 4 · 10-5 м2·град/Вт.

По формулам (9, 10) определяем приведенный коэффициент теплопроводности межконтактной среды (лср) :

лср=лср1, 2=0, 14+2, 9 · 103 · 2, 5 · 10-6=0, 147 Вт/м·град.

По формуле (11) находим величину теплового сопротивления межконтактной среды:

Rср. п= м2·град/Вт.

По формуле (12) рассчитываем величину КТС (Rк. п2) :

Rк. п2= м2·град/Вт.

По формуле (4) определяем значение теплового сопротивления контакта Rк2:

Rк2= град/Вт.

Теперь по формуле (3) находим величину общего теплового сопротивления:

Rо= град/Вт.

3.2.3 Расчет параметров радиатора

Рассчитываем параметры радиатора, необходимого для снижения температуры микросхем до приемлемого значения.

Радиатор выполнен из алюминиевого сплава АК12 (коэффициент теплопроводности материала радиатора лр=180, 3 Вт/м·град). Размеры основания радиатора: D=292 мм; Н=252 мм; толщина основания радиатора Др=5 мм (см. рис. 3. 1).

Суммарная мощность тепловых потерь, выделяющихся в микросхемах, Р=17, 3 Вт. Общее тепловое сопротивление R0, как показали приведенные выше расчеты, составляет 0, 82 град/Вт. Максимально допустимая температура кристалла микросхем серии 140, согласно бКО. 347. 098 ТУ, составляет 175єС. В тоже время, эксплуатация элементов при температуре кристалла, близкой к предельной, приводит к значительному снижению их надежности и, соответственно, к снижению надежности блока в целом. Поэтому, для расчета снизим предельно допустимую температуру кристалла (tкр) доп до 130єС.

Тепловой поток с радиатора рассеивается в окружающую среду в условиях естественной конвекции. Температура воздушной среды tс=55єC. Коэффициент Кр=1, 1.

Радиус области контакта переходного радиатора и крышки-радиатора r составляет 4, 5 · 10-3м. Радиус r эквивалентной площади контакта десяти микросхем с крышкой-радиатором, можно определить из равенства:

r02 =r02, (13)

откуда r0=r. (14)

В данном случае

r0=4, 510-3=0, 014 м.

Расчет начинаем с определения теплового коэффициента проектируемого радиатора:

Fр (r0) = - R0, (15)

Fр (r0) = град/Вт.

Задача проектирования радиатора сводится к определению его размеров, обеспечивающих диктуемой формулой (15) тепловой коэффициент FP (r0).

Теперь находим критерий ц и r0 / L0:

ц (, ) =2 FP (r0) pp, (16)

ц (, ) =23, 12180, 3510-3=5, 63, (17)

=,

=.

Зная ц и r0/L0, по таблице / 5 / определяем величину критерия =0, 76. Далее находим сумму эф эффективных коэффициентов теплоотдачи радиатора по формуле:

эф=, (18)

эф= Вт/м2·град.

Среднеповерхностная температура перегрева радиатора (нs) определяется по формуле:

нs=gн (r0), (19)

где g - коэффициент, зависящий от параметров с и ч;

н (r0) - температура перегрева в месте крепления деталей.

Температура н (r0) определяется по формуле:

н (r0) = (tкр) доп - tc - P · kp · R0. (20)

Параметр с определяется по формуле:

с=, (21)

с=.

Параметр ч находим как:

ч=, (22)

ч=.

Теперь по графику / 5 / определяем коэффициент g=0, 42.

По формуле (20) находим температуру перегрева в месте крепления деталей:

н (r0) =130 - 55 - 17, 3 · 1, 1 · 0, 82=59, 39 град.

Из формулы (19) определяем среднеповерхностную температуру радиатора:

нs=0, 42 · 59, 39=24, 95 град.

Для эффективного коэффициента теплоотдачи эф =22, 39 Вт/м2 · град. и среднеповерхностной температуры перегрева радиатора нs =24, 95 град. по графику / 6 / определяем возможный вид оребрения радиатора в условиях естественной конвекции; как следует из графиков, необходимо выбрать ребристый радиатор.

Эффективный коэффициент теплоотдачи эф. 1 неоребренной поверхности радиатора определяется как:

эф. 1 =1к + 1л, (23)

где 1к - коэффициент теплоотдачи неоребренной поверхности радиатора конвекцией;

1л - коэффициент теплоотдачи неоребренной поверхности радиатора излучением.

Коэффициент теплоотдачи 1к определяется по формуле:

1к =А2, (24)

где А2 - коэффициент, зависящий от средней арифметической температуры tm.

Температура tm определяется как:

tm= 0, 5 (tc + ts), (25)

tm = 0, 5 (24, 95 + 55 + 55) =67, 47 град.

По таблице / 5, табл. 1-5 / находим А2=1, 3.

Теперь по формуле (24) определяем коэффициент 1к:

1к = Вт/м2·град.

Коэффициент теплоотдачи излучением 1л определяется по формуле:

1л=е · ц1 · f (ts, tc), (26)

где е - степень черноты поверхности;

f (ts, tc) - функция температур ts и tc.

Для данного случая е=0, 9; ц1=1. Значение f (79, 95; 55) находим по таблице/5/.

Оно составляет 6, 81 Вт/м2·град.

Таким образом,

1л= 0, 9·1·6, 81=6, 12 Вт/м2·град.

Теперь, по формуле (23), находим эффективный коэффициент теплоотдачи неоребренной поверхности радиатора:

эф. 1=3, 96 + 6, 12=10, 08 Вт/м2·град.

Эффективный коэффициент теплоотдачи оребренной поверхности радиатора найдем как:

эф. 2=эф - эф. 1, (27)

эф. 2=22, 39 - 10, 08=12, 31 Вт/м2·град.

Площадь оребренной поверхности радиатора определяем по формуле:

S2=, (28)

где 2 - коэффициент теплоотдачи оребренной поверхности.

Далее применяем метод последовательных приближений. Задаем ориентировочное значение коэффициента теплоотдачи оребренной поверхности 2 =7 Вт/м2 · град. / 5 /.

По формуле (28) находим:

S2=м2.

Находим в первом приближении произведение nh:

nh=, (29)

nh=м.

Находим толщину теплового пограничного слоя у поверхности ребра:

у=, (30)

где лm - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре tm=0, 5 (ts + tc).

Значение лm находим для значения tm=67, 47 град. по таблице / 5 /. Оно составляет 0, 0295 Вт/м · град.

По формуле (30) находим:

у=м.

Количество ребер следует выбирать так, чтобы расстояние между ребрами b было не меньше удвоенной толщины у теплового пограничного слоя у поверхности ребра.

Поэтому задаемся b=8, 5 мм и у=3 мм.

Количество ребер найдем по формуле:

n=, (31)

n=.

Тогда, из формулы (29), определяем высоту ребер:

h=м.

Теперь проведем точный расчет коэффициента теплоотдачи оребренной части радиатора.

Температура среды между ребрами определяется по формуле:

tic=ts- (ts-tc) L (), (32)

где L (з) - критерий, зависящий от критерия з.

Критерий з находится по формуле:

з=Au (tm) bмм, (33)

где Au (tm) - параметр, учитывающий свойства окружающей среды при температуре tm.

Для tm=67, 47 град из таблицы / 5 / находим Au (tm) =0, 306.

По формуле (33) рассчитываем:

з=0, 306 · 8, 5.

По таблице / 5 / находим L (з) =0, 64.

По формуле (32) находим:

tic=79, 95 - 24, 95 · 0, 64=63, 98 град.

Коэффициент теплоотдачи оребренной части радиатора определяется по формуле:

2=2k · L (з) + 2л, (34)

где 2к и 2л - конвективный и лучистый коэффициенты теплоотдачи.

Коэффициент 2к определяем по формуле:

2к=1, 3А2. (35)

Для температуры tm=0, 5 (79, 95 + 63, 98) =71, 97 град. из таблицы / 5 / находим А2=1, 3. Таким образом,

2к=1, 3 · 1, 3 Вт/м2 град.

Радиационная составляющая коэффициента теплоотдачи рассчитывается по формуле:

2к=е · ц2 · f (ts, tc), (36)

где ц2 - коэффициент облученности оребренной поверхности.

Коэффициент облученности определяется по формуле:

ц2=, (37)

ц2=.

Из таблицы / 5 / находим f (79, 95; 55) =8, 96 Вт/м2град. По формуле (36) находим:

2л=0, 9 · 0, 46 · 8, 96=4, 86 Вт/м2 град.

По формуле (34) определяем коэффициент теплоотдачи оребренной поверхности радиатора:

2=3, 530, 64+4, 86=7, 12 Вт/м2град.

Поскольку 2 > 2, параметры радиатора рассчитаны верно.

Таким образом, в результате проектирования пришли к радиатору со следующими параметрами: Н=252 мм; D=292 мм; Д=5 мм; у=3 мм; h=5 мм; в=8, 5 мм; n=23; лр=180, 3 Вт/м град.

Рассчитанный радиатор способен обеспечить тепловой режим, соответствующий требованиям ТУ на радиоэлементы, снижая температуру их кристаллов до допустимого значения.

3.3 Расчет герметизации корпуса ИВЭ

Как было отмечено выше, герметизация блока ИВЭ осуществляется с помощью уплотнительной резиновой прокладки, закладываемой по периметру в паз в крышке и стягиванием корпуса и крышки винтами, что устраняет зазор между ними. Резина обладает высокой объемной упругостью (объемный модуль К?27000 кг/см2). Практически объем резины при деформации не меняется, поэтому при ее сжатии в одном направлении необходимо обеспечить свободу расширения в другом.

Резине свойственна релаксация напряжения, характеризующаяся уменьшением ее упругих свойств с течением времени при постоянной деформации образца. Релаксация ускоряется с повышением температуры и замедляется при ее снижении.

Сформируем исходные данные для расчета.

1. Нижний и верхний пределы температуры эксплуатации -50, +80єC.

2. Время хранения и эксплуатации при температуре t =25єС Т1=9 лет.

3. Время эксплуатации при t =50єС Т2 =4, 5 месяцев; при t =90єС Т3 =10 суток.

4. Параметр канавки по средней линии L1 =1040 мм.

Требуется рассчитать на эти условия резиновую уплотнительную прокладку и посадочное гнездо.

Расчет будем производить по методике, изложенной в КСО. 010. 000 «Герметизация (уплотнение) разъемных узлов в корпусах приборов»:

По таблице / 11 / для заданных условий эксплуатации выбираем подходящую марку резины - ИРП - 1267 ТУ 38103321 - 76. Это тепломорозостойкая резина на основе силиконового каучука СКТВ, допускающая эксплуатацию в диапазоне температур -60... +250єС. Максимально допустимая деформация для данного типа резины - 20%.

Исходя из заданного параметра канавки по таблице / 11 / задаемся размерами сечения прокладки (см. рис. 3. 2) b=3 мм; h=4 мм. В соответствие с рекомендациями / 11, с. 6 /, задаемся допуском Д, у на размеры сечения прокладки ± 0, 1 мм. Намечаем крайние пределы степени сжатия прокладки е=10 - 20%. Определяем размеры сечения канавки. Исходя из намеченных пределов степени сжатия:

h1мин= (1 - емакс) (h + Д), (38)

h1мин= (1 - 0, 2) (4 + 0, 1) =3, 28 мм,

h1макс= (1 - емин) (h - Д), (39)

h1макс= (1 - 0, 1) (4 - 0, 1) =3, 51 мм.

h в1 L1/? h1

в L/?

а) б)

а - прокладка; б - канавка (гнездо)

Рисунок 3. 2 - Прокладка и гнездо для нее

Принимаем h1мин=3, 3 мм, для четвертого класса точности поле допуска равно 0, 060. Тогда h1макс=3, 36 мм.

b1мин=, (40)

b1мин= мм.,

b1макс=, (41)

bмакс= мм.

Принимаем b1мин=3, 9 мм. Исходя из четвертого класса точности, b1макс=3, 98 мм.

Исходя из полученных размеров гнезда определяем пределы степени сжатия прокладки:

емин=, (42)

емин=,

емакс=, (43)

емакс=.

Теперь определим периметр прокладки. Его можно выбирать в пределах:

Lмакс=L1 + 2р (b1 - b), (44)

Lмакс=1040 + 2р (3, 9 - 3) =1045, 65 мм,

Lмин=, (45)

Lмин= мм.

Задаемся L=1038 мм.

Определяем коэффициент остаточной эластичности в заданное время хранения и эксплуатации. По совмещенной кривой изменения остаточной деформации резины ИРП - 1267 / 11 / определяем остаточную деформацию о, соответствующую заданным температурам и времени хранения и эксплуатации.

Для этого необходимо привести заданные времена эксплуатации при разных температурах к одной температуре, например, t=25єC. Время Т2=4, 5 месяцев при t=50єC эквивалентно времени работы при t=25єC, равному Т2=15, 8 года / 11 /. Время Т3=10 суток при t=90єC эквивалентно времени работы резины при t=25єC, равному Т3=6 лет.

Суммарное время хранения и эксплуатации прокладки при t=25єC равно:

ТУ=9 + 15, 8 + 6=30 лет.

Этому времени соответствует о=36%. Коэффициент остаточной эластичности определяется по формуле:

К2=1 - , (46)

К2=1 - .

Модуль прокладки рассчитываем по формуле:

Епр=Ерез (1 + ф), (47)

где Ерез - модуль эластичности резины;

ф - коэффициент формы.

Модуль эластичности резины берем из таблицы / 11 /, Ерез=23, 4 кг/см2.

Коэффициент формы определяется как

ф=, (48)

ф=.

Коэффициент трения резины по металлу принимаем равным м=0, 5, тогда =2м=1.

Таким образом, по формуле (47) находим:

Епр=23, 4 (1 + 1 · 0, 375) =32, 175 кг/см2.

Напряжение в прокладке при ее сжатии определяем по формуле:

у=Епр · е, (49)

умин=32, 175 · 0, 138=4, 44 кг/см2,

умакс=32, 175 · 0, 195=6, 27 кг/см2.

Напряжение в прокладке пос...