Устройство контроля и поддержания температуры

4) Экономически выгодным  также является то, что в одной пресс-форме можно изготовить в короткий срок большое количество отливок.

Высокая производительность этого способа литья и минимальные  припуски снижают себестоимость  производства как в литейном, так  и в механических цехах. Кроме  того, литье под давлением исключает применение формовочных смесей, поэтому санитарно-производственные условия лучше, чем в обычных литейных цехах.

Таким образом, литье под  давлением - один из наиболее прогрессивных  способов изготовления отливок.

В исследовательской части дипломного проекта был выбран материал корпуса – пластмасса, так же необходимо выбрать марку пластмассы.

Пластмасса, отливаемые литьем под давлением, должны удовлетворять  следующим требованиям:

1) Пластмасса должна хорошо  заполнять рабочую полость пресс-формы, т. е. иметь достаточную жидкотекучесть при небольшом перегреве (15—20° С выше температуры плавления), так как большой перегрев увеличивает износ пресс-форм.

2) Пластмасса должна иметь  минимальную усадку. При литье  под давлением невозможно полностью компенсировать усадку, поэтому в средней части сечения отливок появляется усадочная пористость, которая тем меньше, чем меньше усадка сплава. Кроме того, меньшей усадке сплава соответствуют меньшие внутренние напряжения в отливках, а следовательно более слабый обжим стержней. Применение сплавов с минимальной усадкой позволяет исключить коробление деталей и появление трещин.

3) Пластмасса должна обеспечить  достаточную прочность отливки  к моменту удаления ее из  пресс-формы. Если при этой  температуре сплав недостаточно прочен, то в отливке могут образоваться трещины.

4) Пластмасса должна возможно  меньше прилипать к стенкам  пресс-формы.

5) Пластмасса должна обеспечивать  полную монолитность детали. Многочисленные  мелкие брызги и отдельные  струи пластмассы, образующиеся при поступлении в пресс-форму с большой скоростью, должны сливаться в однородную массу.

6) Технологические свойства  пластмассы должны отвечать требованиям  принятого технологического процесса  получения отливки.

8) экономические показатели  пластмассы должны быть наиболее выгодными, т. е. использованы недефицитные исходные материалы с низкой стоимостью, отходы и т. д.

В качестве материала  для корпуса предварительно выберем  полиамид 66  ГОСТ 31014-2002. Полиамид трудногорючий марки Schulamid 6 MT 20 H FR4. Выбор данного материала обоснован специальными характеристиками необходимого пластика, такими, как высокая прочность и трудногорючесть, т.к. данное устройство используется в общедоступных местах и при его эксплуатации должно обеспечиваться условие труднодоступности платы с элементами после установки блока на место использования.

 

 

 

3.3.Конструкторско-технологическое  решение блока

К корпусу блока  предъявляются различные требования: он должен обеспечивать жёсткое закрепление платы, защищать платы от внешних механических воздействий, защищать внешнюю среду от возможного искрения внутри блока. Кроме того, корпус должен быть технологичным, экономически выгодным, обеспечивать возможность сборки схемы, контроль,  ремонт.

Корпус блок состоит из 2ух деталей: основания  и крышки. Для соединения крышки с основанием, используются саморежующиемся винты. Для установки в крышку переключателя режима, в корпусе также имеется отверстие. Для общения с ПК предусмотрен разъем типа USB, под него сужествует технологическое отверстие.

Для закрепления  платы на основание корпуса предусмотрены четыре выступа. Плата закрепляется четырьмя винтами.

Рисунок 12 - Основание корпуса.

 

Рисунок 13 - Крышка корпуса

3.4.Защита от внешних воздействий

Вид охлаждения блока: естественный конвективный теплообмен.

Схема крепления  плат: горизонтальная.

Для обеспечения  вибро- и ударопрочности платы жёстко закреплены в корпусе блока в четырёх точках. Результат расчета на вибро- и ударопрочность приведен ниже.

Способ закрепления пластины для разрабатываемого модуля показан на рисунке 14.

Рисунок 14. Эскиз закрепления платы

 

3.5.Расчет теплового режима блока

Исходные данные:

Размеры блока	L1xL2xL3 = 160x175x46 мм
Размеры нагретой зоны	A1xA2xA3 = 150x150x40 мм
Зазоры между  нагретой зоной и корпусом	h1 = h2=h3 = 5х7,5х3 мм
Мощность, выделяемая в виде тепла	3,12 ВА
Температура окружающей среды	250 C
Материал корпуса	Пластик
Давление воздуха	1,02*105 Па
Материал ПП	Стеклотекстолит
Толщина ПП	1,5 мм
Размеры ИС	C1xC2xC3 = 10x10x2,5 мм

 

Выбор способа  конвективного теплоотвода.

Плотность теплового  поток = P0 / Sk = 2,4 / 460 = 0,005 Вт/см².

При такой плотности  теплового потока применяют естественную конвекцию в негерметичном блоке (0,01 … 0,05 Вт/см²).

Этап1. Определение  температуры корпуса.

1.Рассчитываем  удельную поверхностную мощность  корпуса блока q_k :

S_k = 2*(L1*L2+L2*L3+L1*L3) = 0,046 м²  ¾ площадь внешней поверхности блока.

P0 ¾ мощность рассеиваемая блоком в виде теплоты.

q_k = P0 / S_k = 2,4 / 0,046 = 50  Вт/м².

2. По графику  рис.4.10 [6] зависимости перегрева  корпуса блока от удельной  поверхностной мощности задаемся  перегревом корпуса блока в  первом приближении.

DT_k = 5⁰ C.

3.Определяем  коэффициент лучеиспускания для верхней µл.в, боковой µл.б и нижней µл.н поверхностей корпуса :

e = 0,25 ¾ степень черноты поверхности корпуса для алюминия.

µл.в = µл.б = µл.н = 1,54 Вт/(м² * ⁰K).

4.Для определяющей температуры  Тm = T₀ + 0,5*DTk = 27,5⁰C рассчитываем число Грасгофа (Gr) для каждой поверхности :

Lопрi ¾ определяющий размер i-ой поверхности корпуса.

nm = 16*10^-6 м²/c ¾ кинетическая вязкость газа. По табл.4.10 [6].

Grmв = Grmн = 2,7*10⁶.

Grmб =6,3*10⁴.

5.Определяем число Прандтля Pr = 0,701. По табл.4.10 [6]

6.Находим режим движения  газа или жидкости, обтекающего  каждую поверхность корпуса:

Grmв*Pr = Grmн*Pr = 1,89*10⁶.

Grmб*Pr= 4,41*10⁴.

5*10² <Grm*Pr <=2*10⁷ ¾ ламинарный режим.

7.Расчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока µкi.

lm = 0,0268 Вт/(м* ⁰K) ¾ теплопроводность газа.

Ni ¾ коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса:

µкн = 2,35 Вт/(м² * ⁰K).

µкб = 4,56 Вт/(м² * ⁰K).

µкв = 4,36 Вт/(м² * ⁰K).

8.Определяем тепловую  проводимость между поверхностью  корпуса и окружающей средой sk:

sk = (µk.н+µл.н) * Sн + (µк.б+µл.б) * Sб + (µк.в+µл.в) * Sв

Sн = Sв = L1*L3 =0,012 м²

Sб = 2 * L2 * (L1 + L3) = 0,022 м²

sк = 0,28 Вт / ⁰К.

9.Расчитываем  перегрев корпуса блока во  втором приближении:

DTк.о = (P0 / sк) * Кк.п * Кн1 = 8,5 ⁰C.

Кк.п = 1 ¾ коэффициент, учитывающий наличие и суммарную площадь перфорационных отверстий. Рис.4.11 [6] .

Кн1 = 1 ¾ коэффициент, учитывающий давление окружающей среды. Рис.4.12 [6].

10.Определяем ошибку расчета:

Такая ошибка нас не устраивает. Требуется коррекция.

Коррекция:

DT_k = 7,5⁰ C.

DTк.о=8,1⁰ C.

Такая ошибка нас устраивает. Коррекция не требуется.

11.Расчитываем температуру корпуса блока: =33,1 ⁰С.

 

Этап2. Определение  среднеповерхностной температуры  нагретой зоны.

1.Вычисляем  условную удельную поверхностную  мощность нагретой зоны блока  q₃:

P₃ = P0 – Pk ¾ мощность рассеиваемая в нагретой зоне.

Pk ¾ мощность, рассеиваемая на элементах, установленных в корпус блока (в этом случае они играют роль радиаторов).

2.Находим в первом приближении  перегрев нагретой зоны из  рис.4.13 [6].

DТз = 9 ⁰C.

3.Определяем  коэффициент теплообмена излучением  между нижними µз.л.н, верхними µз.л.в и боковыми µз.л.б поверхностями нагретой зоны и корпуса:

eпi ¾ приведенная степень черноты i-ой поверхности нагретой зоны.

eзi  ¾ степень черноты i-ой поверхности нагретой зоны.

eзн = eзв = eзб = 0,92. По табл.4.9 [6].

eпн = eпв = 0,33

eпб = 0,37

µз.л.н = µз.л.в = 2,16 Вт / (м² * ⁰К).

µз.л.б = 2,42 Вт / (м² * ⁰К).

4.Для определяющей  температуры Тм = (Тк + То + DТз) / 2 = 33,55⁰С и определяющего размера hi находим число Грасгофа Grhi и число Прандтля Prhi.

nm = 16,4*10^-6 м²/c.

lm = 2,72*10^-2 Вт/м*К

Pr = 0,699. По табл.4.10 [6].

hв = hн = 5мм.

hб = 7,5 мм.

Gr hв = Gr hн = 136

Gr hб = 460

(Gr hв)*Pr = (Gr hн)*Pr = 95

(Gr hб)*Pr = 321

5.Рассчитываем коэффициенты  конвективного теплообмена между  нагретой зоной и корпусом  для каждой поверхности:

для нижней:

µз.к.н = lm / hн = 5,44  Вт / (м² * ⁰К).

для верхней:

µз.к.в = lm / hв = 5,44  Вт / (м² * ⁰К).

для боковой:

µз.к.б = lm / hб = 3,63  Вт / (м² * ⁰К).

6.Определяем тепловую  проводимость между нагретой зоной и корпусом:

Ks ¾ коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен.

Sl ¾ площадь контакта рамки с корпусом блока.

Sl =0,0006 м².

7.Рассчитываем  нагрев нагретой зоны DТз.о во втором приближении:

Кw =1 ¾ коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха. Рис.4.15 [6].

Кн2 =1,3 ¾ коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока. Рис.4.16 [6].

8.Определяем ошибку расчета:

Такая ошибка нас не устраивает. Требуется коррекция:

DТз = 9,5 ⁰C.

DТз.о = 10,5 ⁰C.

9.Рассчитываем температуру  нагретой зоны.

Тз = То + DТз.о = 36,5 ⁰C.

Этап3.Расчет температуры поверхности элемента.

1.Определяем  эквивалентный коэффициент теплопроводности  модуля, в котором расположена  микросхема, для варианта, когда  отсутствуют теплопроводные шины:

 lп ¾ теплопроводность материала платы.

2.Определяем  эквивалентный радиус микросхемы.

Sо ис = 0,000065 м ¾ площадь основания ИМС.

3.Рассчитываем  коэффициент распространения теплового  потока.

dп = 10мм ¾ толщина ПП модуля.

4.Определим  искомый перегрев поверхности корпуса ИМС:

DТв = ( DТк.о + DТн.з.о) / 2 = 9,3 ⁰C ¾ среднеобъемный перегрев воздуха в блоке

В = 8,5*p*R² Вт / ⁰К ¾ ИМС c одной стороны.

М = 2 ¾ ИМС c одной стороны.

К ¾ эмпирический коэффициент. В нашем случае равен 1,14.

Кµ ¾ коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем. Находится из графика. В нашем случае равен 49 Вт / м² * ⁰К.

К1 и К0 ¾ модифицированные функции Бесселя.

Qис i ¾ мощность, рассеиваемая i-ой ИМС.

dз i ¾ зазор между ИМС и ПП.

lз i ¾ коэффициент теплопроводности материала, заполняющего этот зазор.

5.Определяем температуру  поверхности корпуса ИМС :

Tис = То + DТис = 25 + 13,86 = 38,86 ⁰C.

Полученная температура  удовлетворяет условиям эксплуатации ИМС.

Корректировка не требуется.

3.6. Расчет на действие вибраций

Проектируемый прибор принадлежит к 6-ой группе РЭА, т.е. носимая и портативная РЭА, работающая на открытом воздухе. Приборы этой группы должны противостоять воздействиям вибрации с параметрами:

 

[6].

3.6.1.Расчет действия вибраций на плату

Размеры платы:

Толщина ПП:

Вид закрепления: крепление  в четырех точках.

Для определения среднего значения собственной частоты платы  воспользуемся зависимостью:

D ¾ цилиндрическая жесткость

Е = 3,2*10¹⁰ Н/м ¾ модуль упругости.

 ¾ плотность материала.

Для оценки низшей собственной частоты: n=m=1.

Среднее значение собственной частоты с учетом массы присоединенных элементов:

  Гц - для платы, где

  -коэффициент влияния массы присоединенных элементов.

Производная по толщине:

Учитывая значение допуска  на толщину платы ,определяем оценку дисперсии собственной частоты:

Среднеквадратическое отклонение собственной частоты

 

Поскольку полученные значения собственных частот лежат намного выше верхнего значения частоты внешнего воздействия , то для вычисления максимального и минимального значений динамического прогиба платы, при граничных значениях собственных частот, необходимо определить соответствующие значения коэффициентов передачи.

Таким образом, значения коэффициентов  расстройки:

- нижнее значение 

- верхнее значение 

Значения коэффициентов  динамичности:

Прогиб платы при частоте  вибрационного воздействия:

перегрузка 4g

Максимально допустимое значение прогиба  для ПП с ЭРЭ равно 

.

Вывод: полученные значения прогиба для платы управления существенно ниже максимально допустимой для ПП.

 

3.7.Расчет на действие ударов

Проектируемый прибор принадлежит  к 6-ой группе РЭА, т.е. носимая и портативная  РЭА, работающая на открытом воздухе. Приборы  этой группы должны противостоять воздействиям ударов с параметрами:

Форма ударных импульсов: прямоугольная;

Длительность ударов до 10 мс;

Ускорение до 10g;

Частота [6].

3.7.1.Расчет воздействия ударов на плату