Требования к несущим конструкциям и их оценки

Проектируя несущие конструкции, не следует забывать об их, в общем-то, вспо­могательной роли в составе блока электронной аппаратуры. Мы требуем от НК жест­кого и надежного (прочного) закрепления конструктивов по заданной компоновочной схеме, требуем защиты конструктивов от внешних механических воздействий, т. е. жесткости и прочности конструкции в целом. При этом сама НК должна по возможно­сти занимать как можно меньший объем в составе электронного блока и заодно иметь возможно меньшую массу. Полезными считаются только объем и масса, занимаемые ЭРИ электрической схемы. Отсюда вывод, что проектирование НК должно идти под девизом: «Легче, жестче, прочнее!».

Критериями оценки НК с этой точки зрения будут, в первую очередь, показатели массы, жесткости, прочности, коэффициенты использования объема и массы.

Специфическими, как уже указывалось выше, являются требования раскрываемо­сти конструкции, а также хорошей электропроводности материала и надежного элек­трического контакта составных частей НК. Общим требованием является технологич­ность.

Оценки по вышеуказанным критериям предпочтительны числовые. Только по чис­ленным оценкам в условиях многокритериального сравнения можно выбрать предпо­чтительный вариант. По численным оценкам же производится и последующая коррек­ция и уточнение конструкторских решений по НК и составляющим ее деталям.

Первым из критериев, выбираемых для оценки НК, является жесткость. Как из­вестно, степень жесткости оценивается деформацией конструкции при воздействии на нее внешних сил. Но для сравнения профилей различных НК в [39] рекомендуется так называемая характеристика жесткости G_ж , пригодная как для сравнения профилей по жесткости, так и для сравнения рациональности профилей по массе:

где Р — площадь сечения профиля;

J — момент инерции сечения.

Вычисление момента инерции в общем случае представляет собой довольно гро­моздкую задачу. Поэтому в практической и учебной работе студенту рекомендуется пользоваться расчетными таблицами. Пример каркасной конструкции из уголков с ко­жухом, а также системы «панель-шасси» с кожухом показан на рис. 4.1.19. В системе «панель-шасси» характеристика G_ж в большой степени зависит от соотношения вы­соты к ширине и от выбора расположения шасси, а в каркасном варианте — от ширины полок уголков и их толщины. Так, для каркасного варианта G_ж = 0,4 при В/Н = 0,5 и G_ж = 0,73 при В/Н = 2. Характеристика в вышеуказанной таблице приводится относительно осей «x₁-x₁», «y-y» (оси симметрии) и «х₂-х₂» (ось плоскости крепле­ния). Для оценки сечения целесообразно выбирать направление преимущественного действия на блок сил. Ориентировка в оценках: чем меньше значение характеристики, тем больше жесткость и одновременно тем профиль экономичнее по массе. В противо­речивости оценки отражается противоречие между массивностью жесткой конструк­ции и стремлением конструктора уменьшить массу НК. Поэтому G_ж преимущественно используется для сравнения профилей по экономичности, а допустимый предел жест­кости оценивают по фактической деформации δ, рассчитываемой отдельно. Подробные характеристики различных сечений блоков см. в прил. 2. Жесткость лицевой панели хорошо оценить отдельно. Панель при этом представляют как балку на двух опорах. Пример сравнения сечений трех лицевых панелей (рис. 4.1.20) приведен в [39].

Рис. 4.1.19. Упрощенные схемы сечений НК для вычисления характеристики жесткости: а — каркасная НК; б — шасси

Вариант 3 оказывается более экономичным по площади и массе, так как при Н = 0,1В и S = 0,01В G_п1 = 5,2; G_п1= 7,02; G_п3, = 4,4, т. е. при сохранении необходимой жесткости от деталей НК следует требовать минимальной массы.

Следующей оценочной характеристикой НК является масса. При определении массы деталей следует учитывать влияние покрытия. Не следует думать, что суще­ственного влияния оно не оказывает. Например, если к углеродистым сталям кадмие­вое покрытие добавляет 6,6 % массы основного материала, то к магниевым сплавам серебряное покрытие добавляет уже 49 %. Для облегчения деталей следует широко применять облегчающие отверстия.

Рис. 4.1.20. Разъемные конструкции передних панелей блоков

В качестве третьей оценочной характеристики НК следует использовать обобщен­ный коэффициент материала. Он представляет собой произведение удельных прочно­сти и жесткости:

где G_0,2 — условный предел текучести, вызывающий остаточную деформацию 0,2 %;

Е — модуль упругости;

р — плотность материала.

Как пример сравнения материалов можно привести следующие оценки: для тита­новых сплавов K_ОБ * 10⁴ = 678; для магниевых сплавов К_ОБ • 10⁴ = 306; для углеродистых сплавов K_ОБ • 104 = 162.

Использование объема блока, обеспечиваемое НК, т. е. соотношение между общим объемом блока и полезным, а также соответствующее сравнение по массе принято оце­нивать коэффициентами. В том числе применяются:

а)коэффициент заполнения объема блока

,

где V_эрэ, V_нк , V_бл — объемы, занимаемые ЭРИ, несущей конструкцией и всем блоком соответственно;

б)коэффициент использования объема

;

в)коэффициент использования массы

,

где Mi — масса отдельного i-го ЭРИ;

Мбл — масса всего блока. ,

Нужно отметить, что допустимые (приемлемые) значения коэффициентов исполь­зования объема весьма разнятся в зависимости от назначения и характера аппаратуры, например, см. табл. 4.1.6 [41].

Таблица 4.1.6

Значения К_{исп v} для разных типов ЭС

В аппаратуре с большими тепловыделениями сознательно ограничивают _{Kзaп v} для обеспечения путей охлаждающего воздухопотока. Так, увеличение К_зап в 1,5 раза с 0,24 до 0,37 ухудшает теплообмен примерно на 40 %.

Свойство раскрываемости НК следует сначала грамотно описать для последую­щего анализа. Делается это с помощью сборочных признаков. Сборочным признаком называется технологически осуществимый способ декомпозиции прообраза (прооб­раз — предполагаемый внешний вид в сочетании с заданной компоновочной схемой конструктивов), для обеспечения доступа к функциональным узлам, электрорадиоэле­ментам, электрическим соединениям и другим составным частям изделия. Сборочный признак описывается тремя характеристиками:

• наименование перемещаемого (раскрываемого) фрагмента прообраза — X (ответ на вопрос «Что перемещаем?»);

• характер перемещения фрагмента У («Как перемещаем?»);

• направление перемещения фрагмента Z («Куда перемещаем?»).

Например, для компоновочного эскиза, приведенного на рисунке, и прямоугольной формы блока может быть предложено не менее пяти схем НК, обеспечивающих рас­крываемость и представленных в табл. 4.1.7 [41].

Таблица 4.1.7