КУРСОВАЯ РАБОТА
Расчет радиатора для теплонагруженного элемента
Руководитель ________ Ф.Г. Зограф
подпись, дата
Студент РФ15-37Б, 051510019 ________ М.И. Гавриленко
подпись, дата
Красноярск 2018
| СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ. 3 1 Анализ конструкции детали и ее служебное назначение. 4 2 Выбор заготовки. 4 3 Оценка технологичности детали. 6 3.1 Качественная оценка. 6 3.2 Количественная оценка. 6 4 Обоснование маршрута изготовления детали. 7 5 Маршрут изготовления детали. 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 11 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 13 Приложение А Гайка регулировочная КР-110303.051510019.ПЗ | |
ВВЕДЕНИЕ
При проектировании радиоэлектронного средства (РЭС) стоит, помимо прочего, задача обеспечения теплового режима радиокомпонентов. Современные тенденции миниатюризации электроники к тому же сопровождаются повышением выделяемой аппаратурой тепловой мошности. В этих условиях проблема теплоотвода не может быть решена простым увеличением габаритов охлаждающих элементов – радиаторов, поэтому в настоящее время в карманной, портативной и даже стационарной аппаратуре используются сложные конструкции радиаторов, различные их пространственные конфигурации, оптимально использующие место в корпусе РЭС, а также материалы с особыми свойствами []. При таком подходе решение задачи расчета системы охлаждения исключительно аналитическим методом нецелесообразно, по причине сложности геометрии и граничных условий. Однако и широко распространенные на настоящий момент методы конечно-элементного анализа порой не подходят для решения задачи непосредственно, то есть используя метод вариации параметризованной модели. В работе, в качестве учебной задачи, рассмотрен расчет ребристого радиатора для охлаждения двух теплонагруженных компонентов, путем аналитического оценочного расчета его геометрических параметров, и верификации с помощью конечно-элементного анализа в пакетах SolidWorks и Comsol Multiphysics.
1 Постановка задачи
Необходимо рассчитать геометрические параметры ребристого радиатора, верифицировать и с помощью конечно-элементного расчета, и построить чертеж при условиях, отображенных в таблице 1.
| Заданный параметр | Значение |
| Мощность источника тепла P, Вт | |
| Площадь контакта источника тепла, мм х мм | 20 х 20 |
Тепловое сопротивление на границе контакта «корпус-радиатор» 
| |
Температура перехода максимальная 
| |
Температура окружающей среды 
| |
Коэффициент формы основания радиатора 
| 0,9 |
| Материал радиатора | Медь |
2 Аналитический расчет
Прежде чем начать расчет необходимо доопределить исходные данные для расчета, исходя из условий и типа производства рассчитываемого радиатора. Поскольку радиатор имеет простую ребристую форму, то целесообразнее производить его путем прокатки, что обеспечит точность размеров в пределах 6-9 квалитетов, шероховатость Ra = 0,63-0,16 мкм [Шелованова]. Уточним материал – выберем АМг2, поскольку он применяется для производства радиаторов [АСДР], и имеет подходящие свойства для обработки давлением [https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/AMg2].
Воспользуемся тепловой модель, полученную методом тепловой аналогии, представленной на рисунке 1. Здесь 
– температуры окружающей среды, перехода, корпуса прибора, радиатора соответственно; 
– тепловые сопротивления между переходом и корпусом, корпусом и средой, корпусом и радиатором, радиатором и средой соответственно.
Поскольку поверхность радиатора практически всегда значительно больше поверхности ППП, то можно считать, что 
. Тогда общее тепловое сопротивление между переходом и окружающей средой определяется из соотношения 1.
. (1)
Поскольку 
задано, а 
по постановке задачи, то представляет интерес тепловое сопротивление «радиатор – окружающая среда», которое определяется по формуле 2.
, (2)
Где 
– коэффициент теплоотдачи, 
;
– поверхность радиатора, 
.
Обеспечение теплового режима работы радиокомпонента предполагает, что величина температуры перехода 
должна быть не выше 
– предельно допустимой температуры перехода. Исходя из этого, допустимая температура радиатора в месте контакта с корпусом радиокомпонента находится из соотношения 3.
. (3)
Перегрев радиатора над окружающей средой по формуле 4.
. (4)
В соответствии с тепловой схемой, представленной на рисунке 1, тепловое сопротивление, которым должен обладать радиатор, чтобы обеспечить заданный тепловой режим прибора находится из соотношения 5.
. (5)
Рассчитаем температуру радиатора 
исходя из соотношения (3).
.
Перегрев радиатора по формуле 4.
.
Найдем допустимый среднеповерхностный перегрев радиатора из соотношения 7, приняв с запасом 
.
. (7)
.
В соответствии с соотношением 5 определим тепловое сопротивление 
для 
.
.
Площадь поверхности радиатора вычислим выражая из соотношения 2, приняв коэффициент теплопередачи в первом приближении 
.
.
Найдем площадь основания радиатора 
из выражения 8, приняв коэффициент оребрения радиатора с запасом 
, где – вычисленная площадь оребренной, а 
– неоребренной поверхностей.
. (8)
.
Размеры основания определяются из системы 9.
(9)
Количество ребер 
и межреберное расстояние 
рассчитывается из уравнений 10, 11. Высота ребер 
принимается 20 мм, поскольку не было задано иного. Толщина ребер 
принята равной 1,2 мм, для получения лучших массогабаритных показателей, что обеспечивается технологией производства [ГОСТ 22233-2001], толщина основания радиатора 
, из тех же соображений.
. (10)
. (11)
.
.
Для среднеповерхностной температуры радиатора, рассчитанной ранее, находятся коэффициенты теплоотдачи i -х поверхностей 
, исходя из соотношения 13, площади i -х поверхностей радиатора из системы 12 и суммарный эффективный коэффициент теплоотдачи радиатора в первом приближении по соотношения 11. Для вычисления всех составляющих значиний используются выражения 14-21, при этом степень черноты 
принята 0,055 как для шероховатого алюминия [михеев], коэффициент неравномерности температурного поля 
принят как для не обдуваемого радиатора 0,96. Коэффициент 
находится исходя их зависимости 
, представленной на рисунке 2, или из соотношения 16, где 
, если 
.
; (11)
(12)
; (13)
(14)
(15)
; (16)
; (17)
; (18)
(19)
; (20)
(21)
(22)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе проведен анализ регулировочной гайки, применительно к вопросам ее производства в условиях среднесерийного производства, выполнен чертеж, выбран материал заготовки. Результатом работы стал обоснованный маршрут изготовления. Среди особенностей работы можно выделить определение возможности использования универсального высокопроизводительного токарно-револьверного станка с ЧПУ, позволившего производить все формообразующие операции технологического процесса создания детали.
Рассмотрим другие варианты построения технологического маршрута изготовления детали. Пожалуй, наиболее технологичным решением при выборе формообразующей операции является литье под давлением латуни марок ЛС, ЛК, ЛА по ГОСТ 1020-97. Эти материалы применяются для сложных по конфигурации деталей приборов и арматуры, шестерен, деталей узлов трения, а также широко доступны, благодаря тому, что изготовлены из лома и отходов [6]. Оборудованием для такого процесса можно выбрать литейные машины отечественного производства с холодной горизонтальной камерой для прессования 711А08, 711А09, 711А010, обеспечивающие изготовление деталей с толщиной стенок до 0,5 мм, и точностью геометрических размеров до 0,1 мм [7]. При необходимости получения резьбовой поверхности более высокого качества, чем позволяет этот метод, имеет смысл получать ее не при литье, а в последующей операции нарезания с помощью метчиков.
Другим решением на пути автоматизации производства может стать использование токарно-револьверного обрабатывающего центра с ЧПУ MORI SEIKI NL2500SY/700, отличающегося наличием двух автоматизированных патронов, автоматического ловителя деталей и щупа для измерения вылета инструмента и размеров деталей [8], совместно с устройством автоматической подачи прутка IEMCA BOSS 542 CNC, обеспечивающем хранение и подачу прутков до 4,4 м в длине, 38 мм в диаметре, в количестве 14 штук (при диаметре прутка 20 мм) [9]. Таким образом единой технологической операцией заменяются операции 05-20 в текущем маршруте. Однако стоит учесть, что стоимость подобного оборудования значительно выше того, что определено в работе, и рентабельность такого решения может быть обеспечена лишь универсальностью всего производства в целом.
Кроме прочего путем решения технологических проблем может стать замена латуни, как основного материала, на капролон, или графитонаполненный капролон, в зависимости от нагрузок, приходящихся на деталь в контексте сборки, и расчетного срока службы. Если по эксплуатационным характеристикам применимость этих материалов окажется невозможной, даже при изменении конструкции детали, то имеет смысл использовать алюминиевые сплавы АМг6, Д12, АД35, которые по механическим показателям гораздо ближе к ЛС59-2 [10-12], и обладают достаточной коррозионной стойкостью и соответствующими эстетическими показателями, такими как цвет и фактура.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Электронные ресурсы
1. Свойства латуней // Нормис [сайт]. – Режим доступа: https://normis.com.ua/latun
2. Влияние легирующих элементов и примесей на свойства простых латуней // Справочник по цветным металлам [сайт]. – Режим доступа: https://libmetal.ru/lat/lat%20primesi.htm
3. Ножовочный отрезной станок 8725Л // Станочный мир [сайт]. – Режим доступа: https://stanok-kpo.ru/katalog/otreznye-stanki/nozhovochno-otreznye-stanki/8725l.html
4. Малогабаритный токарный станок с ЧПУ CK6136 // Станочный мир [сайт]. – Режим доступа: https://stanok-kpo.ru/katalog/tokarnye-stanki/tokarnye-stanki-s-chpu/ck6136.html
5. Гальванические ванны // ЭлитПолимер Производственная компания [сайт]. – Режим доступа: https://elitpolimer.ru/galvanicheskie-vanny
6. Характеристика материала ЛК // Марочник стали и плавов [сайт]. – Режим доступа: https://www.splav-kharkov.com/mat_start.php
7. Литье под давлением // Группа компаний «Литейное производство» [сайт]. – Режим доступа: https://www.alp-tula.ru/service_lpd/
8. 2008 Mori-Seiki NL2500SY/700 Mori/Fanuc MSX850BM // ABL Technology [сайт]. – Режим доступа: https://www.abltechnology.com/en/machines/CNC_Lathes/4_Axis_or_More/2008_Mori-Seiki_NL2500SY-700_Mori-Fanuc_MSX850BM_EID103246
9. Устройство подачи прутка (барфидер) BOSS 542 для автомата продольного точения NEXTURN SA38P/SA38PY // ИНТЕРВЕСП [сайт]. – Режим доступа: https://www.intervesp-stanki.ru/item/gimco_boss-542.htm
10. Алюминий АМг6 // Центральный металлический портал РФ [сайт]. – Режим доступа: https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/AMg6
11. Алюминий Д12 // Центральный металлический портал РФ [сайт]. – Режим доступа: https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/D12
12. Алюминий АД35 // Центральный металлический портал РФ [сайт]. – Режим доступа: https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/AD35
Стандарты и другие нормативные документы
13. ГОСТ 2060-2006 Прутки латунные. Технические условия. – Введ. 01.01.2008. – Москва: Стандартинформ, 2008. – 28 с
14. ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия. – Введ. 01.01.1991. – Москва: Стандартинформ, 1991. – 18 с
15. ГОСТ 6645-86 Полотна ножовочные для металла. Технические условия. – Введ. 01.07.1987. – Москва: Стандартинформ, 1987. – 10 с
16. ГОСТ 18884-73 Резцы токарные отрезные с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры. – Введ. 30.06.1974. – Москва: Стандартинформ, 1974. – 6 с
17. ГОСТ 18879-73 Резцы токарные проходные упорные с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры. – Введ. 30.06.1974. – Москва: Стандартинформ, 1974. – 8 с
18. ГОСТ 13063-67 Державки суппортные двухроликовые для сетчатой накатки. Консрукция и размеры. – Введ. 30.06.1968. – Москва: Стандартинформ, 1968. – 5 с
19. ГОСТ 21474-75 Рифления прямые и сетчатые. Формы и основные размеры. – Введ. 01.01.1977. – Москва: Стандартинформ, 1977. – 5 с
20. ГОСТ 14952-75 Сверла центровочные комбинированные. Технические условия. – Введ. 01.01.1977. – Москва: Стандартинформ, 1977. – 13 с
21. ГОСТ 10903-77 Сверла спиральные с коническим хвостовиком. Основные размеры. – Введ. 01.01.1979. – Москва: Стандартинформ, 1979. – 9 с
22. ГОСТ 3266-81 Метчики машинные и ручные. Конструкция и размеры. – Введ. 30.06.1982. – Москва: Стандартинформ, 1982. – 72 с
23. ГОСТ 519-77 Шаблоны резьбовые. Технические условия. – Введ. 01.01.1979. – Москва: Стандартинформ, 1979. – 13 с
24. ГОСТ 9.306-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения. – Введ. 24.01.1985. – Москва: Стандартинформ, 1985. – 36 с
Книги одного автора
25. Шелованова Г.Н. Технология деталей электронных средств [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие по курсовой работе / Сиб. федер. ун-т, Ин-т инж. физики и радиоэлектроники, 2017. – 91 с