Герметичный корпус для радиоэлектронных блоков Советский патент 1991 года по МПК H05K5/06 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к конструированию корпусов аппаратуры, работающей в условиях механических и климатических воздействий.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение конструкции.

На фиг.1 изображен общий вид герметичного корпуса; на фиг.2 - узел I фиксации на фиг.1; на фиг.З - вариант конструкции узла фиксации; на фиг.4 - то же; на фиг.5 - конструкция утопленного узла фиксации; на фиг,6 - расчетная схема узла фиксации в процссе сборки; на фиг.7 - то же, в процессе демонтажа.

Герметичный радиоэлектронный корпус (фиг. 1) состоит из основания 1 и крышки 2, герметично соединенных между собой

пайкой мягким припоем 3 (например, ПОС- 61) по периметру. Во внутраннем объеме корпуса установлен ферромагнитный стержень 4, закрепленный одним концом 5 в дне б.основания, На втором конце стержня, обращенном к крышке, имеется выступ 7. Крышка снабжена полостью 8. в которой закреплен пружинный зажим 9, взаимодействующий с выступом 7 стержня захватами 10. Полость 8 заполнена твердеющей ферромагнитной жидкостью 11. На корпус установлен постоянный магнит 12 кольцевой формы. Поверхности взаимодействия выступа 7 с пружинным зажимом 9 могут быть конусными (фиг.2), в виде шара 13 (фиг.З) или цилиндрическими 14 (фиг.4) с фиксирующей насечкой 15. Для обеспечения предварительной регулировки длины стержня и

О

чэ ю

00

о

его фиксации он может быть снабжен резьбой 16 и контргайкой 17. Полость 8 может выполняться утопленной заподлицо с поверхностью крышки 2 (фиг.5) и закрывается накладкой 18 из эластичного материала с целью устранения разбрызгивания ферромагнитной жидкости в процессе сборки и очистки от нее выступа 7 при демонтаже корпуса. Выступ 7 концентрирует магнитный поток 19 в зоне полости 8 с ферромагнитной жидкостью 11, обеспечивая ее отверждение. Технологический шунт 20 (фиг.5) используется при демонтаже корпуса.

Основания и крышки радиоэлектронной аппаратуры, как правило, изготавливаются из алюминиевых сплавов, которые не обладают магнитными свойствами. Из алюминиевых или других не магнитных сплавов изготавливается и полость 8. Она может изготавливаться одновременно с крышкой или устанавливаться в заранее подготовленное место на крышке, в отверстие или гнездо и т.п., с закреплением сваркой или пайкой твердым припоем для обеспечения прочности и герметичности.

Стержень 4 изготавливается из обычной конструкционной стали, обладающей ферромагнитными свойствами. Форма выступа 7 на стержне: в виде конуса, шара или цилиндра - определяется конструкторско- технологическими особенностями изготовления корпуса. Форма выступа 7 в виде конуса или шара используется при жестких допусках на размер основания 1 и крышки 2 по высоте в комплекте с резьбой 16 и контргайкой 17 для точной выставки положения выступа 7 относительно зажима 9, точнее, относительно захватов 10 пружинного зажима 9. Форма цилиндра 14с фиксирующей насечкой 15 для исполнения выступа 7 применяется в случае использования в конструкции корпуса основания и крышки с большими допусками на размеры по высоте, например, ±1,5 мм и более. При этом стержень 4 может устанавливаться в дно основания жестко и не иметь резьбы 16 и контргайки 17. Вопрос выбора варианта исполнения формы выступа 7 в целом связан с габаритами (объемом) корпуса, площадью крышки и перепадом давления между внутренним объемом корпуса и окружающей средой.

Стержень 4 изготавливается из ферромагнитного материала с целью обеспечения концентрации магнитного потока 19 постоянного магнита 12 в зоне узла фиксации. Роль концентратора выполняет выступ 7, который является в этом случае ферромагнитным сердечником Схема магнитного потока в таком узле фиксации приведена на фиг.2. При использовании постоянного магнита 12 тороидальной формы в сочетании с ферромагнитным выступом 7 практически

отсутствует рассеяние магнитного потока в окружающее пространство. Это необходимо для нормального функционирования размещенного в корпусе радиоэлектронного устройства.

0 Пружинный зажим 9 имеет захваты 10, взаимодействующие с поверхностью выступа 7 на стержне. Его конструкция может быть разнообразной. Он может иметь одну пару захватов при изготовлении гибким из

5 листового материала, может изготавливаться в виде многолепестковой цанги из прутка механообработкой. Его конструкция зависит от усилий, которые должен выдерживать узел фиксации. Одной из важных характери0 стик зажима является площадь его боковой поверхности Se, которой он взаимодействует с отвердевшей ферромагнитной жидкостью. Чем больше площадь боковой поверхности пружинного зажима, тем мень5 шее давление она оказывает на отвердевшую ферромагнитную жидкость. Это, в свою очередь, снижает требования к физико-механическим характеристикам отвердевшей ферромагнитной жидкости и к магнитным

0 свойствам постоянного магнита. Чем больше площадь боковой поверхности пружины, тем менее твердой может быть ферромагнитная жидкость и тем меньшей намагни5 ченностью может обладать постоянный магнит 12.

Пружинный зажим 9 изготавливается из немагнитного металла и закрепляется к дну стакана твердым припоем, т.е., конструкци0 онной пайкой, выдерживающей механические нагрузки на растяжение и обеспечивающей герметичность крышки.

Ферромагнитная жидкость 11 представляет собой коллоидную суспензию из

5 частиц магнитомягкого материала с размерами порядка ЮоД и менее в несущей жидкости. Для исключения слипания частиц под действием силы тяжести и магнитного поля в состав несущей жидкости вводят поверх0 ностно-активные вещества (ПАВ), асорбиру- ющиеся на поверхности частиц. В качестве несущих жидкостей используют керосин, воду, эфиры, фторуглероды, диэфир. трансформаторное масло, углеводороды, крем5 нийорганические жидкости и др., в качестве ПАВ - спирты, жирные кислоты и др., в качестве магнитного материала - железо, кобальт и их окислы. Ферромагнитная жидкость, как правило, не проводит электрический ток (является хорошим изолятором) и в зависимости от наполнения

несущей жидкости может находиться в жидком или отвержденном состоянии в магнитном поле. Она обладает способностью сосредотачиваться под воздействием линий магнитного поля в зоне его максимальной напряженности, которая будет наблюдаться в зоне расположения выступа 7 между полюсами N и S постоянного магнита 12. Попав в магнитное поле и находясь в нем в твердом состоянии, ферромагнитная жидкость надежно фиксирует лепестки цанговой пружины зажима 9 от раскрытия, обеспечивая этим работоспособность узла фиксации.

При оценке качества ферромагнитной жидкости важным фактором является испаряемость несущей жидкости, так как от этогозависитсрокслужбы(работоспособности) устройства. Чем ниже давление паров несущей жидкости, тем она долговечнее и оказывает меньшее влияние на бескорпусные электрорадиоизделия. На1 пример, давление паров полифенилэфира при нормальной температуре составляет 1,33-10 Па. Он наиболее пригоден для приготовления твердеющей ферромагнитной жидкости для предлагаемого узла фиксации, так как будет оказывать минимальное влияние на бескорпусные электрорадиоизделия, заключенные в корпус и обеспечит необходимый срок эксплуатации корпуса.

Постоянный магнит 12 изготавливается из порошка магнитотвердого материала и эластичной связки (каучука или эластичного полимера). Для магнитоэластов в качестве магнитотвердого материала применяют молотые сплавы типа альни, ферриты и желе- зокобальтовые сплавы. Однако практическое применение нашел только феррит бария, Он хрупок и легко дробится в мелкий порошок, дешев и не содержит дефицитных компонентов. Феррит бария имеет коэрцитивную силу 119400 - 199000 А/м (1500 - 2500 Э) и обладает высоким сопротивлением размагничивающему действию магнитных полей. Ценным свойством феррита бария является возможность ориентации его частиц в магнитном поле, что позволяет получать анизотропный магнито- эязст, и этим своим свойством он обеспечивает возможность получения направленных магнитных полей с высокой магнитодвижущей силой (МДС), высокими значениями максимальной магнитной энергии (ЗхН) мах, остаточной индукции В, коэрцитивной силой по индукции Нее и намагниченности Нем.

Реализация конструкции замка в узле фиксации обеспечивается известными физическими законами клина, который представлен в конструкции выступом 7 на стержне 4, взаимодействующим с захватами 10 зажима 9 и физическими свойствами отвердевшей ферромагнитной жидкости 11. Узел

5 их взаимодействия изображен на фиг.2, а расчетные схемы в процессе сборки и демонтажа приведены на фиг.6 и фиг.7 соответственно.

На схеме (фиг.б) показано разложение

0 сил на поверхности прямого конуса (клина) 21, наблюдающееся в процессе сборки корпуса. В процессе сборки ферромагнитная жидкость 11 находится в неотвержденном состоянии и не препятствует процессу со5 членения конусного выступа 7 с пружинным зажимом 9. Усилие сборки Рсб. направленное вдоль оси стержня 4, должно превышать усилие раскрытия пружины Рраскр.

hc6 - Рраскр,

0 где Рраскр 2Рпр sin all.

Из приведенной схемы разложения сил на поверхности клина находим усилие раскрытия пружины, образующееся от взаимодействия Рсб с пружиной на поверхности 5 клина

Рсб 2Pnp-sina/2.

Угол а , как правило, выбирается менее 30° и усилие сборки Fcfi при этом составляет незначительную величину от усилия раскры- 0 тия пружины РПр. Например, для величины La 20° это соотношение будет иметь величину

Рсб 2Pnp-sin 10° - ЗРпр-0,17 0,34 Рпр. То есть, усилие сборки будет составлять 5 около трети усилия, развиваемого упругостью пружины.

После сочленения выступа 7 с зажимом 9 он будет взаимодействовать с ним в зоне обратного конуса 22 торцами тех же захва- 0 тов 10 (фиг.7). Из приведенной схемы разложения сил на поверхности клина, исходя из выше приведенных соотношений, находим усилие разборки Рразб, которое необходимо создать для освобождения выступа 7 при 5 вскрытии корпуса. При этом,дополнительно к усилию раскрытия пружины РПр необходимо учесть прочность отвердевшей ферромагнитной жидкости 11 на сжатие РСж, находящейся между наружной поверхно- 0 стью пружины и стенкой полости

РСЖ 3-Snp-n-K ,

где д - прочность ферромагнитной жидкости на сжатие;

Snp - боковая площадь лепестка пружи- 5 ны;

п - количество пар лепестков пружины; К - коэффициент учета рабочей поверхности пружины.

Коэффициент К учитывает то, что не вся боковая поверхность пружины Snp по высоте h участвует в деформации ферромагнитной жидкости.

Также необходимо учесть прочность на растяжение Рраст той части ферромагнитной жидкости, которая находится внутри, между лепестками пружины

Рраст y-Snp-n-K

где у - прочность ферромагнитной жидкости на растяжение;

Snp - боковая площадь лепестка пружины;

п - количество пар лепестков пружины;

К - коэффициент учета рабочей поверхности пружины.

Учитывая вышеизложенное, будет иметь место выражение для расчета прочности узла фиксации (замка)

Рразб - Рраскр + F еж + Рраст.

Подставим соответствующие значения величин, полученные из схемы разложения сил на поверхности клина и прочностных характеристик ферромагнитной жидкости

FP03J Ј 2 Рпр- п sm/3/2 2 Ј9Ж±Ее«Г. „ д/г COSJ5/2

Гроз Г 2Рпр-п-5;пЛ/2+2 2( п-к5 р(Г -к 5прД Fpn3 f 2Pnp-n-sin/3/ t2n-K-Snp-tЈp/2(Ј и).

Угол для обратного конуса 22 выбирается, как правило, более 90°. Назначим, например /7 120° и примем следующие значения для конструктивных элементов замка:

д 20 кг/см2

у 5 кг/см2

п 2 - четырехлепестковая пружина

Рпр 3 КГ

5пр 1,2 см2 (12x10 мм- размер лепестка пружины)

К 0,7. Подставив принятые значения, получим

Рразб 2-3-2.0.86 кг+ 2-2-0,7.1,2-1,73 (2,0+5) кг

Рраэб S 10,3 КГ+ 136КГ.

Действительное значение усилия разрыва будет больше расчетного, так как отвердев- щая ферромагнитная жидкость при превышении предела ее прочности на сжатие и растяжение разрушается (перемещается) не в свободном пространстве, а в замкнутом объеме, в полости 8. т.е., она должна перетекать, а это значит, необходимы дополнительные усилия на ее перемещение. А так как свободно перемещаться (перетекать) в сторону входного отверстия при раскрытии лепестков пружины она не может (должна совершить перемещение внутрь стакана, а затем поступательное движение в выходное

отверстие), то растет так называемое гидравлическое сопротивление и, следовательно, возрастает значение усилия разрыва, которое должно преодолеть и это дополнительное гидравлическое сопротивление.

Математический анализ выражения (1) и приведенный практический расчет показывают, что произведением 2Pnp-n-sin fl II можно пренебречь, так как его величина составляет менее 10% полученной расчетной величины. Для инженерных расчетов можно принять следующее выражение для силы разрушения Рраэб замкнутого узла фиксации:

Рразб 2n.K-Snp-tg/3 /2(с5+у)(2)

Усилие разрыва узла фиксации предложенной конструкции зависит от площади лепестков пружины, их количества и прочностных характеристик отвердевшей

ферромагнитной жидкости. В случае равенства прочностных характеристик ферромагнитной жидкости на сжатие и разрыв, т.е. при д у выражение примет вид:

Рразб 4-n-K-Snp- 5tg/ /2(3)

Необходимо отметить, что составляющее усилие, определяемое в формуле (2) прочностью ферромагнитной жидкости на разрыв

2 п. К- Snp tg/9 /2 у может быть принято во внимание в расчетах

только в том случае, если удельное значение усилия адгезии ферромагнитной жидкости 11 к поверхности материала (пружины) зажима 9 будет выше (больше) значения предела прочности ферромагнитной жидкости

на растяжение у. В случае, если это не соблюдается, то выражение (3) для инженерных расчетов использовать нельзя, а в выражении (2) взамен значения должна использоваться величина удельного значения

адгезии а.

Из приведенных выражений и примеров расчета следует еще один немаловажный вывод: величины углов прямого 21 и обратного 22 конусов выступа 7 не играют

существенной роли в конструкции узла фиксации, вернее, в его прочностных характеристиках на разрыв, следовательно, не играют роли и формы выступов: в виде конуса, шара или цилиндра (фиг, 2-4). То есть,

0 определяющими прочность узла фиксации являются: площадь поверхности лепестков пружины и удельная прочность отвердевшей ферромагнитной жидкости на сжатие и разрыв.

5Разделив Рразб на РСб, можно получить

коэффициент усиления узла фиксации Ку, который характеризует конкретную инженерную конструкцию

Kv

откуда Рразб Ky-Fc6.

Fpaa5

Чуp

УГеб

Технико-экономические преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в следующем: повышается на- дежность герметизации корпуса, так как в крышке отсутствуют дополнительные герметичные узлы выступов 7 и фиксация крышки (заневоливание) осуществляется жестко без возможности ее перемещений, под воздействием перепада давлений между внутренним объемом и окружающей средой, в пределах люфтов узла фиксации. Это способствует снижению знакопеременных напряжений в шве герметизации крышки и корпуса и, следовательно, устраняет его разрушение; повышается надежность эксплуатации корпуса в условиях механических воздействий, так как они не оказывают влияния на магнитные характеристики элемен- тов конструкции узла фиксации корпуса; корпус прост по конструкции, так как содержит меньшую по сравнению с прототипом номенклатуру и количество деталей в узле фиксации, сами детали более просты и тех- нелогичны в произовдстве; на 3-5% увеличивается коэффициент использования внутреннего объема корпуса и снижается его масса; замковый узел фиксации может быть использован в других областях техни- ки, там, где необходимо управлять замком извне, без проникновения внутрь закрытого устройства, агрегата.

Формула изобретения

1 Герметичный корпус для радиоэлектронных блоков, содержащий герметично со единенные части в виде основания и крышки, узел фиксации, жестко закрепленный на одной из указанных выше частей, узел стягивания основания относительно крышки, расположенный с внутренней стороны основания и крышки и выполненный в виде стержня с выступом на одном его конце, жестко закрепленного другим концом на одной из указанных выше частей, и узел фиксации, соединенный с концом стержня, на котором выполнен выступ, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, он снабжен постоянным магнитом кольцевой формы, на одной из указанных выше частей корпуса выполнена полость, внутри которой расположен узел фиксации с образованием свободного объема, а с внешней стороны установлен указанный выше постоянный магнит кольцевой формы с возможностью схватывания узла фиксации, прием узел фиксации выполнен в виде пружинного зажима, а свободный объем полости заполнен затвердевающей в магнитном поле постоянного магнита ферромагнитной жидкостью.

2 Корпус по п. 1,отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен из магнитоэласта.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к конструированию корпусов аппаратуры, работающей в условиях механических и климатических воздействий. Цель изобретения - повышение надеж- ности и упрощение конструкции достигается путем снабжения герметичного корпуса, содержащего основание 1 и крышку 2, узел фиксации, узел стягивания основания относительно крышки, выполненный в виде стержня 4 с выступом 7 на одном его конце, жестко закрепленного другим концом, и узел фиксации, соединенный с концом стержня, на котором выполнен выступ, постоянным магнитом 12 кольцевой формы, а в одной из частей корпуса выполнена полость 8, внутри которой расположен узел фиксации с образованием свободного объема, а с внешней стороны установлен магнит 12 с возможностью схватывания узла фиксации, причем узел фиксации выполнен в виде пружинного зажима 9, а свободный объем полости 8 заполнен затвердевающей в магнитном поле постоянного магнита ферромагнитной жидкостью. 1 з.п, ф-лы, 7 ил. Ј

и 7 Ч ОАнОв

Cif КИРЗ

Фиг.1

1 ыф

NT i

1 л L

08Ы691

/USW4S

fpo«p 2Pnp-s rf/z

Фаг 6

PC. Pfuctn.

1/2 fyfl«a.--P/7p/ «M/2

ЈразЬ. PpacKf FC. Fpacm.

$US.7