При расчете  получилось:

                              ε_пв = ε_пн = 1.18,   ε_пб = 1.16

                            _злв = _злн = 1,522,    _злб = 1,508 

4) Для  определяющей температуры t_m=(t_к+t_o+ t_з) / 2=(82,8+60+21) / 2= 81,9^oC

Находим числа Грасгофа и Прандтля: 

                            Gr_mн = Gr_mв = Gr_mб = 13,2 

                            Рr = 0,694 

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

   для нижней поверхности: 

зкн = _m / h_н , 

   для верхней поверхности: 

зкв = _m / h_в , 

   для боковой поверхности: 

зкб = _m / h_б . 

При расчетах получилось:

зкн = 20,35 

зкв = 32 

зкб = 12,55 

6) Определяем  тепловую проводимость между  нагретой зоной и корпусом: 

                               σ_зк = К_σ ( _злi + _зкi) S_зi ,                                

где     К_σ – коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, К_σ= 1,46 

При расчете  получилось:                  σ_зк = 0,876 
 

7) Рассчитываем  перегрев нагретой зоны  t_зо во втором приближении: 

t_зо = t_ко + , 

где К_w – коэффициент, учитывающий внутреннее перемещение воздуха, К_w = 1;

     К_н2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, К_н2 = 1. 

t_зо = 19 + = 22 ^оС 

8) Определяем  ошибку расчета:

= , 

                             = = 0,045

       Так как  < 0,1, то расчет может быть закончен. 
 

9) Рассчитываем  температуру нагретой зоны: 

t₃ = t_o +

t_зо, 

t₃ = 60 + 22 = 82 ^оС 

Рассчитанное  значение температуры нагретой зоны показывает, что все элементы электрической схемы имеют рабочую температуру выше полученного значения температуры в нагретой зоне. Реальный тепловой режим разработанной конструкции уточняется в процессе испытания опытных образцов.

1.5.3.Расчет на механические воздействия

   Вся РЭА подвергается воздействию внешних  механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место  в блоке цифрового измерителя в нерабочем состоянии при транспортировании.

   Причинами механических воздействий являются вибрации и удары во время движения объекта установки или во время транспортирования до места эксплуатации, перегрузки из-за ускорения во время старта или маневрирования транспортных средств, воздействия ветра и других факторов.

   Механические  воздействия приводят к поломкам и деформациям несущих конструкций, отслаиванию печатных проводников, обрывам проводов и выводов ЭРЭ, паразитной модуляции сигналов и др. Наибольшее разрушительное воздействие на конструкцию оказывают вибрации.

   Целью расчета является определение действующих  на элементы изделия перегрузок при действии вибрации и ударов, а также максимальных перемещений и определение защищенности от механических воздействий.

   Для выполнения расчета механических воздействий  необходимы следующие исходные данные:

• геометрические размеры платы, l b h, м:

                                     0,11 0,1 0,45;

• диапазон частот вибрации, f_виб = 10…..30 Гц;
• длительность удара, τ = 10 мс;
• амплитуда ускорения при ударе, Н_у = 10 g;
• предельное ускорение, выдерживаемое элементами блока без разрушения:

   при вибрации 5 g

   при ударах 35 g

   Методика  расчета, дополнительные параметры, необходимые  для расчета представлены в [7, с. 150]. 

1) Расчет  на действие вибрации.

   Расчет  собственных колебаний конструкции является трудоемкой задачей. Поэтому заменим конструкцию эквивалентной расчетной схемой. Определяем частоту собственных колебаний отдельных конструкционных элементов.

   Частота собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляется по формуле: 

f_o =

, 

где     a и b – длина и ширина пластины, м;

     D – цилиндрическая жесткость пластины, Н м;

     m – масса пластины, с элементами, кг.

     К_a – коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон платы, определяется по формуле: 

К_a =

,

                      D = έ

h³/12 (1- ) ,     

где    έ – модуль упругости, Н/м²;

     h – толщина пластины, м;

D =

= 6,9 Н м; 

К_a = 24,24 

f_o =

= 470Гц  
 
 

       Для печатного узла должно выполняться  условие f_o > 3f_b. Так как f_o >> 3f_b, 470 >> 370, то обеспечивается защищенность конструкции блока цифрового измерителя от вибрационных воздействий, за счет отстройки собственной частоты печатного узла от максимальной частоты внешних вибрационных воздействий.

         

2) Расчет  на действие удара

   Движение  системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия этой силы определяется законом вынужденных  колебаний. После прекращения действия ударной силы, движение системы подчиняется закону свободных колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость движения в момент прекращения действия удара

a) Определяем условную частоту ударного импульса: 

,                                                 (1,41.) 

где     - длительность ударного импульса, с. 

 

b) Определяем коэффициент передачи при ударе: 

К_g= 2 sin ,                                                (1,41.) 

где     - коэффициент расстройки, =  

 = 314,16 /2π 402 = 0,124 

К_g= 2 sin

= 0,438 ; 

c) Рассчитываем ударное ускорение: 

= H_у К_g ,                                            (1,43.) 

где     Н_у – амплитуда ускорения ударного импульса 

= 10 0,438 = 4,38 g 

d) Определяем максимальное относительное перемещение: 

Z_max = sin ,                                        (1,44.) 

Z_max =

sin = 0,00174 м 

e) Проверяется выполнение  ударопрочности по следующим критериям:

ударное ускорение должно быть меньше допустимого, т.е. < , где определяется из анализа элементной базы, = 35 g. 

Z_max < 0,03 b²,

где     b- размер максимальной стороны ПП. 

Z_max < 0,00243, 

       Так как условия ударопрочности выполняются  для ЭРЭ и печатной платы, считаем что блок зажигания защищен от воздействий удара.

1.5.4.Анализ надежности

   Расчет  надежности заключается в определении  показателей надежности изделия  по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации.

   Надежность  электротехнической системы и отдельных  ее элементов – свойство системы  выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных  эксплуатационных показателей в  необходимых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования (ГОСТ 13377-75). Система может находиться в одном из двух состояний: исправном и неисправном. Если система соответствует всем требованиям нормативно-технической документации (в том числе и второстепенным, характеризующим внешний вид и удобство эксплуатации), то она исправна, при несоответствии хотя бы одному требованию – неисправна.

       Состояние системы, при котором она способна выполнять заданные функции, сохраняя требуемые значения определенных параметров, называется работоспособным. Система находится в неработоспособном состоянии, если хотя бы один параметр, характеризующий способность системы выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации.

       Событие, состоящее в частичной или  полной утрате работоспособности и  приводящее к невыполнению или неправильному выполнению тестов или задач, называется отказом (ГОСТ 16325-76).

Расчет  надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы РЭС. При составлении модели предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и в целом РЭС могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном и неработоспособном. Используются две логические схемы надежности:

• последовательная, когда отказ любого элемента ведет к отказу всего устройства;
• параллельная, когда отказ любого элемента не вызывает отказа всего устройства.

Последовательные  схемы надежности характерны для  не резервированных РЭС, параллельные – для РЭС с резервированием.

Основными количественными характеристиками надежности являются:

• вероятность безотказной работы;
• среднее время наработки на отказ;