Обеспечение устойчивости к механическим воздействиям.

Практические способы защиты электронных и измерительных устройств от механических воздействий реализуют последовательно от простых, не требующих дополнительных затрат, к сложным. Решения принимают как в ходе проектирования конструкции, так и по результатам испытаний и эксплуатации.

Стойкость электронной и измерительной аппаратуры к механическим воздействиям обеспечивается следующими методами:

- ослабление интенсивности вибрации и ударов, передаваемых аппаратуре, с помощью амортизаторов;

- устранение резонансных явлений в конструкции путем использования вибропоглощающих материалов;

- повышение прочности конструкции аппаратуры.

Виброизоляция осуществляется путем установки между изделием и вибрирующим основанием упругих опор – амортизаторов, которые в сочетании с собственно изделием образуют колебательную систему, которая обладает свойствами демпфирования и частотной селекции механических колебаний.

Т.е. амортизаторы это механические фильтры нижних частот.

Демпфирование – поглощение энергии механических колебаний, которая расходуется (поглощается) на вязкое или сухое трение в материале амортизатора ( в резине, жидкости, газе – как в автомобиле).

Частотная селекция колебаний заключается в том, что такая колебательная система ослабляет амплитуду колебаний в зарезонансной области.

Амортизаторы защищают аппаратуру также и от ударов, поскольку за счет их деформации растягивается во времени процесс изменения скорости колебательной системы.

После полной деформации упругого элемента амортизатора происходит жесткое соприкосновение деталей - ограничителей хода и амортизатор «выключается» из работы.

Для ослабления вибраций и ударов одновременно амортизаторы должны удовлетворять взаимно противоречивым требованиям.

С одной стороны, для получения низкой собственной частоты и эффективного ослабления вибраций амортизаторы должны обладать малой жесткостью. С другой стороны, жесткость амортизаторов должна быть достаточно большой, чтобы они полностью не деформировались при ударах.

Выход – применение одновременно в одной конструкции двух амортизаторов: мягкого и жесткого.

Конструкции амортизаторов самые разнообразные, с использованием различных принципов действия.

При выборе схемы амортизации (количества и размещения) учитываются ориентация монтажного основания (горизонтальное, вертикальное, угловое), вес и размеры аппаратуры, положение центра тяжести, направление и интенсивность возмущающих воздействий.

Поскольку поступательные внешние воздействия вдоль одной из осей координат могут вызвать перемещения и относительно других координатных осей, для исключения такой ситуации следует стремиться к тому, чтобы центр тяжести аппаратуры и центр жесткости системы амортизации по возможности совпадали.

Пример.

Виброизолируемое изделие на практике имеет некоторую свободу перемещения относительно основания. Поэтому подключаемые к изделию провода, кабели, шланги, тяги не должны этому препятствовать (на что надо обращать внимание контролерам).

Недостаточно гибкие внешние подводки могут вносить в систему виброизоляции добавочную жесткость, перераспределять нагрузки и сами вибрировать.

Считается, что суммарная суммарная жесткость внешних подводок не должна превышать 10% от жесткости амортизаторов.

Ослабление резонансных явлений.

Для устранения резонансных явлений необходимо, чтобы частота собственных колебаний f_o была не менее чем на октаву выше максимальной частоты возмущающих колебаний f

f_o/ f ≥ 2

Наиболее распространенный способ – увеличение жесткости конструкции за счет:

- уменьшения размеров и увеличения толщины деталей,

- использование ребер жесткости и профилирование,

- увеличение числа точек крепления (например, у печатных плат).

Кроме того, изделие следует размещать на объекте-носителе таким образом, чтобы главный вектор воздействия был направлен по направлению максимальной жесткости его конструкции.

Однако, повышение жесткости конструкции не позволяет достигнуть желаемого результата при вибрации с частотами более 400 – 500 Гц.

Необходимо сопоставлять величины сил инерции с возможностью штатных креплений изделия противостоять этим дополнительным нагрузкам.

Например, при массе элемента 50 Г и ускорении 100g дополнительная нагрузка на места крепления составит 49 Н ( 5 кГ).

Для дополнительного усиления демпфирующих свойств собственно конструкции прибора применяются материалы, поглощающие энергию колебаний за счет внутреннего трения. Таковыми материалами являются вибропоглощающие покрытия или прослойки в несущих элементах конструкции и различные заливки пенополиуретаном и иными полимерными составами.

Недостатки такого способа:

- снижение ремонтопригодности изделия,

- ухудшение теплоотвода,

- возможное возникновение внутренних напряжений при перепадах температуры

В тех случаях когда методы пассивной виброзащиты оказываются неэффективными, используются системы активной защиты (системы с авторегулированием).

Пример – электрогидравлическая система.

В такой системе сигналы от датчиков ускорения и амплитуды смещения участвуют в формировании команд управления золотником, который регулирует поток рабочей жидкости через силовой цилиндр гидравлического амортизатора (см. рисунок).

Воздействие линейных ускорений.

Испытания проводятся на специальных стендах – центрифугах, создающих в горизонтальной плоскости радиально направленные ускорения.

Частота вращения (число оборотов за минуту) платформы центрифуги приблизительно равна:

n≈51√a/R ,

где а – центробежное ускорение, измеряемое отношением линейного ускорения к значению ускорения свободного падения (или количеством g); R – расстояние (в см) от оси вращения платформы до геометрического центра или центра тяжести изделия.

Испытываемое изделие располагают на платформе (рабочем столе) центрифуги таким образом, чтобы разброс ускорений частей изделия относительно ускорений в центре тяжести не превышал ±10%.

Испытание проводят не под электрической нагрузкой из-за искажения контролируемого сигнала при передаче его через токосъемник на оси центрифуги.

Продолжительность испытаний увязывается со значением линейного ускорения. Например, при испытании с ускорением до 500g продолжительность может составлять 3 минуты.

Промышленностью выпускается целая гамма испытательных центрифуг с различными техническими характеристиками (максимальное ускорение, грузоподъемность, количество токоподводов).

Например, центрифуга Ц 1/150 имеет следующие характеристики:

- максимальное ускорение 150 g;

- грузоподъемность 1 кг;

- число токоподводов 20.

В процессе разгона и торможения центрифуги кроме центробежных сил, определяющих линейные ускорения, возникают касательные (тангенциальные) составляющие ускорения, которые в реальных условиях эксплуатации могут отсутствовать. Чтобы избежать дополнительного влияния тангенциальных составляющих ускорения на выходные параметры изделия, время разгона и торможения рекомендуется задавать из расчета:

τ≥100/п.

Для измерения частоты (скорости) вращения платформы центрифуги используются электрические тахометры на основе генераторов постоянного или переменного тока, а также импульсные и стробоскопические тахометры.

Воздействие акустического шума.

Звуковая волна характеризуется рядом объективных параметров – величин, не связанных с психофизическим восприятием звука человеком.

Звуковая энергия, выражаемая в Джоулях (Дж), переносимая в единицу времени через единичную площадку S , определяет поток звуковой энергии или звуковую мощность P(Вт). Если направление распространения звуковой волны неизвестно, используется понятие плотность звуковой энергии (Дж/м³), т.е. энергия звуковой волны на единицу объема. Распространение звуковой волны в среде создает в ней звуковое давление p_зв (Па), связанное со звуковой мощностью соотношением:

P= p_зв S v,

где v – колебательная скорость частиц среды.

Интенсивность или сила звука – средняя во времени энергия, переносимая за единицу времени звуковой волной через единичную площадку S , перпендикулярную направлению распространения волны.

Субъективные характеристики звука: громкость, порог слышимости, болевой порог.

Величины, характеризующие восприятие звука (интенсивность и звуковое давление), оцениваются по их отношению к пороговым значениям в виде десятичного логарифма их отношения:

L=10lg(I/I_o)=20lg(p_зв/p_о),

где I и p_зв – текущие значения интенсивности и звукового давления,

I_o =10^-12Вт/м² , p_о=2*10^-5Па - значения, соответствующие порогу слышимости.

Методы испытаний.

Акустические нагрузки имеют свои особенности: широкий спектр частот, случайный характер изменения во времени и пространстве, вибрация передается изделию в виде распределенного усилия к каждой детали изделия.

При испытании на акустические нагрузки на изделие воздействует случайный акустический шум с заданным равномерным звуковым давлением до 175 дБ и частотой, меняющейся в определенном спектре (из диапазона 125…10000Гц) продолжительностью около 5 минут. Для контроля функционирования изделия выбираются параметры, по изменению которых можно судить об устойчивости к воздействию акустического шума.

Устройства для испытания.

Испытание изделий на воздействие акустического шума осуществляют на открытых стендах, в закрытых блоках и в акустических камерах.

Широкое распространение получили испытания изделий в реверберационных акустических камерах. В качестве звуковых источников используют сирены высокой мощности или мощные громкоговорители. Для получения высокого звукового давления в качестве возбудителя используют генераторы звука, принцип действия которых основан на преобразовании кинетической энергии струи воздуха (газа) в акустическую энергию большой мощности.

При проведении испытания измеряют звуковое давление, деформацию и вибрацию. Для этого в комплекс технологического оборудования камеры включают систему измерений, сбора и обработки данных с использованием ЭВМ. Такая система позволяет контролировать средние квадратические значения измеряемых величин по ходу эксперимента, регистрировать процессы, обрабатывать данные с высокой разрешающей способностью.

Контрольные вопросы по теме:

1. Какие виды испытания на механические воздействия применяются

2. В чем отличие программ испытаний опытных образцов и серийных изделий

3. Какие виды вибрации существуют

4. В чем различие между виброустойчивостью и вибропрочностью

5. Каков принцип действия электродинамического вибростенда

6. Какие существуют методы измерения вибрации

7. Виды реакции изделия на воздействие ударного импульса

8. В чем различие испытаний на ударную прочность и ударную устойчивость

9. В чем специфика акустических воздействий

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: