Изучение колебаний печатной платы

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Цель работы:

Приобрести и отработать навыки расчета собственной частоты колебаний печатной платы, закрепленной различными способами; Освоить экспериментальный метод определения собственной частоты колебаний печатной платы на установке IMV m030

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В РЭА несущими элементами конструкции часто являются пластины. Для расчета собственных (резонансных) колебаний необходимо привести к модели пластины элементы конструкций РЭА: стенки кожухов приборов, панели шасси, стенки экранов, печатные платы и т. д.

Пластиной является плоский элемент конструкции, длина и ширина которого во много раз больше толщины, а поверхность является плоскостью.

Из всех типов колебаний пластин наиболее вредны колебания в направлении минимальной жесткости. Печатная плата, закрепленная в приборе, в условиях вибрационных нагрузок (например, при транспортировке прибора автомобилем), обладает собственными частотами механических колебаний или конструктивными резонансами. Если частота вибрационных воздействий совпадает с собственной частотой печатной платы, она испытывает максимальные механические перегрузки, которые могут привести к ее разрушению, разрушению элементов, к отрыву контактных площадок, паяных контактов и проводов. Поэтому при проектировании РЭА возникает необходимость выполнения расчетов для определения вибрационной и ударной прочности конструкций, вычисления резонансных частот и нагрузок.

Для составления расчетных уравнений необходимо выбрать способ закрепления пластины в РЭА (граничные условия), в соответствии с Табл. 2., а затем, используя некоторые допущения и упрощения рассчитать требуемые параметры.

Существует три типа классических граничных условий:

опертый край (обозначается на схеме пунктиром  – – – – ); защемленный край (обозначается на схеме штриховкой  ////// ); свободный край (обозначается на схеме линией  ).

Практика показывает, что если край пластины задан с натягом, то такое закрепление считается защемленным. Кроме того, пластины могут быть закреплены в отдельных точках по периметру, например в четырех угловых точках. Пластина как система с распределенными параметрами, имеет бесконечное число резонансных частот. Наиболее опасен первый резонанс f0, так как он вызывает обычно максимальные перегрузки и амплитуды.

2. ОПРЕДЕЛНИЕ СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Исходными данными для расчета собственной частоты колебаний печатной платы () являются:

a, b, h – геометрические размеры платы; a – большая сторона, м;

mP– масса платы, кг;

mЭ – масса элементов, установленных на плате, кг;

E – модуль упругости материала платы, Н/м2;

– коэффициент Пуассона;

– плотность материала платы, кг/м3.

Для пластин с распределенной нагрузкой собственная частота колебаний вычисляется по формуле:

                                               (1)

– коэффициент способа крепления пластины (см табл.2);

D – цилиндрическая жесткость пластины,

                                               (2)

где Е – модуль упругости материала [Н/м2],

h – толщина пластины [м],

– коэффициент Пуассона (Выбирается из Табл.1.).

m* – приведенная масса печатной платы.

                                       (3)

где P – вес печатной платы [Н],

– ускорение свободного падения (  = 9,81 м/с2);

mP– масса платы, кг;

mЭ – масса элементов, установленных на плате, кг;

Для пластин, закрепленных на втулках, с числом точек крепления n = 4,5,6; собственная частота колебаний определяется по формуле:

                                       (4)

А – коэффициент, зависящий от количества точек крепления печатной платы:

  при ;    при ;    при .

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Часть 1

Получить исходные данные для расчета собственной частоты колебаний печатной платы, для чего:

1. Измерить геометрические размеры платы (a – большая сторона).

a - длина,

b - ширина,

h - толщина

(Толщину измерить при помощи штангенциркуля);

все измеренные размеры подставлять в формулы в единицах СИ м (метры)

2. Определить взвешиванием массу образца РЭА m, кг.

3. Определить материал печатной платы по внешнему виду.

4. Учитывая материал платы и её толщину, определить из справочников, (Табл1, Табл.2.):

E – модуль упругости материала платы, Н/м2;

– коэффициент Пуассона (для стеклотекстолита = 0,3).

5. Получить вариант способа крепления печатной платы. Изучить расчетную модель печатной платы, в зависимости от способа её крепления.

6. Рассчитать собственную частоту колебаний печатной платы, используя формулы 1…4.

Часть 2

Изучить принцип действия установки IMV m030. Её состав и возможности. Подготовить установку к работе. Описать свои действия. Экспериментально определить собственные частоты колебаний печатной платы. Оценить погрешность расчетного метода определения собственной частоты колебаний печатной платы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать следующие разделы: 

Цель работы.

Расчет собственных частот колебаний печатной платы.

Описание лабораторной установки

Описание подготовки установки к работе

Экспериментально полученные данные.

Необходимые графические зависимости.

Выводы.

Все разделы отчета должны быть связаны по изложению, обозначениям, терминологии и т. п., содержать необходимые выкладки и пояснения.

Таблица 1. Модуль упругости и коэффициент Пуассона

Материал	Марка	Толщина пластины h, мм	Мод0Н/м2	Коэффициент Пуассона,
Гетинакс	ГФ-1-35, ГФ-2-35, ГФ-1-50, ГФ-2-50	0,5-3,0	2,70	0,19
Стекло  текстолит	СФ-2Н-35Г, СФ-2Н-35 СФ-2-35Г, СФ-2-35 СФ-2Н-50Г, СФ-2Н-50 СФ-2-50Г, СФ-2-50	0,5	3,0	0,17
0,8	3,2	0,19
1	3,4	0,2
1,5	3,5	0,21
2	3,6	0,23
2,5	3,7	0,25
3	3,8	0,27

Таблица 2. Виды крепления пластин и формулы расчета коэффициента