Курсовая работа (т): Методы и средства защиты РЭС от ударных воздействий

Во-вторых, движение блока на нелинейных амортизаторах более сложно - несиносуидально по времени. Такое периодическое сложное движение можно представить в виде суперпозиции нескольких гармонических составляющих. Таким образом, при замене линейного амортизатора нелинейным помимо основной низшей гармонической составляющей колебаний, частота которой равна частоте внешних воздействий, появляются более высокие гармоники. На возбуждение этих гармоник расходуется часть энергии, передаваемой через амортизаторы от источника вибрации. Значит, меньшая часть энергии остаётся на возбуждение колебаний низшей гармоники. Резонансные явления развиваются не так интенсивно, как при линейных амортизаторах. Возникающие при этом высокочастотные гармоники быстро затухают вследствие потерь энергии на трение в амортизаторах. Эта энергия потерь тем больше, чем выше частота.

В-третьих, если в этом диапазоне имеются резонансные частоты конструкции, то начинают развиваться резонансные колебания. В этом случае иногда говорят о переходе через резонанс. В действительности, резонанс просто не успевает полностью развиться, поскольку для этого теоретически требуется бесконечное время. Но и такой развивающийся резонанс может привести к отказам и сбоям аппаратуры.

5. Повышение прочности конструкций

Если принятые меры защиты аппаратуры от механических воздействий не дают результата и численные или натурные эксперименты показывают, что отдельные детали не выдерживают нагрузок и появляются отказы, например в результате поломок, то приходится принимать меры по повышению прочности конструкций. Эти меры могут быть настолько разнообразны и неожиданны, что указать какие-то определённые пути повышения прочности конструкций аппаратуры не удаётся. Всё зависит от конкретных условий. Часто работа конструктора выливается в изобретение новой, неизвестной ранее конструкции.

Однако, анализ ошибок многих поколений конструкторов - и не только в области радиоэлектроники - даёт возможность выработать рекомендации, позволяющие избегать грубых ошибок. Приведём некоторые из них:

.     Нужно стремиться к равнопрочным конструкциям. Конструкция, которая должна выдерживать механические нагрузки, должна быть равнопрочной. Это значит, что все детали конструкции должны обладать одинаковым запасом прочности, т.е. отношение предельно допустимых для материалов деталей напряжений к реально возникающим во всех точках деталей должно быть одинаковым.

2.      Нужно избегать концентраторов напряжения. Аналитические и численные решения задач о сложном напряженном состоянии различных деталей показали, что далеко не всегда напряжения в материалах распределяются равномерно по сечению детали. Чаще всего происходит концентрация напряжений в определённых местах. Эти места и называют концентраторами напряжения.

.        Следует избегать обработки поверхности деталей со снятием стружки. Заготовки деталей, полученные литьём или прессованием, имеют определённую внутреннюю макроскопическую структуру. Это может быть монокристаллическая или поликристаллическая структура у металлов или структура больших молекул у некоторых пластмасс. У поверхностей деталей эта структура повторяет форму поверхности и образует прочный защитный слой.

Механическая обработка поверхности, например точение или фрезерование, разрушает этот слой и, кроме того, оставляет на поверхности канавки риски, царапины, что также снижает прочность. Поэтому можно рекомендовать такие прогрессивные методы формообразования деталей несущих конструкций, как литьё, прессование, штамповка без дальнейшей механической обработки поверхности.

.     Следует учитывать направление вибрации при установке аппаратуры на транспортных средствах. Обычно нестационарная аппаратура проектируется для установки на определённых транспортных средствах. Причём заранее известно, где и в каком месте она будет установлена и какие механические воздействия будет испытывать. В частности, конструктора должно интересовать направление ударов и вибраций. При ударах и вибрациях точки конструкции перемещаются. Зная направление вектора перемещения на транспортном средстве, можно ориентировать аппаратуру при её установке так, чтобы она менее деформировалась при ударах и вибрациях.

6. Ударопрочные конструкции крепления радиоэлементов и узлов

Крепление деталей и узлов на шасси производят при помощи разъёмных и неразъёмных соединений. К конструкции любого крепления предъявляются следующие два требования:

а) вибропрочность при действии заданных ускорений в определённом диапазоне частот и ударопрочность при действии заданных ударных нагрузок,

б) отсутствие местных резонансных вибраций, т.е. крепление не должно усиливать вибрации, передаваемые от шасси к элементу или узлу.

Вибропрочность крепления зависит от конструкции, материала, технологии изготовления, от величины действующих ускорений и массы закрепляемой детали или узла. При конструировании РЭА конструкцию крепления радиодеталей не рассчитывают на вибропрочность, а используют стандартные крепёжные элементы или нормализованные крепления. Объясняется это тем, что поломки правильно применённых креплений при механических воздействиях на РЭА бывают сравнительно редко, а расчёт на прочность большего числа креплений является нецелесообразным.

Следует обращать внимание на монтаж резьбовых соединений. Для предупреждения саморазвинчивания гаек и винтов в аппаратуре, подвергающейся при эксплуатации вибрации и ударам, под гайки и винты подкладывают пружинные шайбы и закрашивают резьбовые соединения нитроэмалью.

Навесные элементы: резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы, масса которых не превышает 8 г, - можно укреплять на собственных выводах путем механического крепления выводов к монтажным стойкам и лепесткам. При этом выводы не следует сильно натягивать, длина их не должна превышать 12 мм. Если масса элемента превышает 8 г, то применяют дополнительные крепления элемента и его выводов, используют заливку компаундом, приклеивание клеем или мастикой. Удобство применения мастики состоит в том, что приклеенные детали могут быть легко демонтированы.

При дополнительном креплении элементов их собственные частоты колебаний будут выше расчетных, т.е. дополнительное крепление уменьшает опасность резонанса на собственной частоте вибрации элементов.

.1 Способы крепления соединительных проводов

Провода, кабели и кабельные соединения сами по себе нечувствительны к действию ударов и вибраций. Однако, если их монтаж недостаточно продуман, могут возникнуть определённые трудности. Провода и кабели обладают большой гибкостью, вследствие этого собственная частота секции провода или кабеля мала и может оказаться в диапазоне частот возбуждающих сил. Развивающиеся при этом в проводах переменные напряжения могут вызвать усталость металла. Обрывы происходят чаще всего на концах секции провода или кабеля, т.е. вблизи разъёмов. Обрывы могут возникнуть также вследствие трения проводов о детали аппаратуры или друг о друга. Кабель, пропускаемый через отверстие, должен быть защищён резиновой втулкой.

Несколько проводов, проходящих в одном направлении, можно связать монтажной ниткой, чтобы увеличивать прочность монтажа. При этом увеличивается и затухание вибраций, так как вибрирующие провода соприкасаются друг с другом. Связку проводов необходимо соответствующим образом закрепить, чтобы они своим весом не нагружали провода в точках соединений. Большое затухание связки проводов или кабелей полезно в том случае, когда они подвержены колебаниям изгиба.

Изгиб проволоки или кабеля в месте их соединения можно уменьшить, сократив расстояние между креплениями. Это справедливо только в том случает, если элементы крепления неподвижны. Уменьшать длину секций целесообразно в тех случаях, когда это приводит к повышению частоты собственных колебаний секции, снижению её веса и инерциальной нагрузки на детали крепления. Если элементы крепления подвижны, то для предотвращения разрыва проводов целесообразно их длину выбирать с запасом. Удлинение провода примерно на 20% от длины натяжения значительно уменьшает опасность обрыва.

При использовании витого изолированного провода увеличивается затухание и уменьшается амплитуда резонансных вибраций.

Провода и кабели, подверженные действию вибрации или ударов, разрываются главным образом в местах промежуточных закреплений или в зажимах (клеммах). Именно в этих точках развиваются максимальные напряжения изгиба. Когда провод припаен к штырю разъёма или зажима, участок провода, подверженный излому, находится между окончанием изоляции и жестко спаянной частью провода. На этом участке провода может проявиться усталость материала, приводящая к разрушению. Ограничить изгиб контактных соединений можно дополнительным креплением его к корпусу.

Когда провод закрепляется на контактном лепестке с проушиной, проушина должна захватить провод вместе с изоляцией. Если кабель оканчивается соединительным разъёмом, то разъём должен захватывать наружную изоляцию кабеля, чтобы ограничивать изгиб отдельных проводов кабеля.

Соединительный рукав предохраняет кабель от изгибов вблизи разъёма. Соединение производится обычным способом, затем разъём заполняется эпоксидной смолой и конец кабеля оказывается закреплённым. Однако залитые разъёмы трудно демонтировать.

При креплении проводов, жгутов и кабелей к корпусу с помощью клея, компаунда или мастики длина прямолинейных участков в зависимости от диаметра провода жгута или кабеля выбирается в пределах 50 мм - 200 мм. Не допускается приклейка жгута или отдельного проводника к сильно нагревающимся в процессе работы радиоэлементам.

6.2 Конструкции креплений конденсаторов

Стандартные конденсаторы обладают достаточной прочностью, чтобы противостоять ударам и вибрациям, но они могут вызвать отказы, если конструкция крепления будет неудовлетворительной.

Конденсатор с корпусом прямоугольной формы крепится в аппаратуре пластинами с двух сторон, каждая из пластин одним концом захватывает корпус, а другим, снабженным анкерными стержнями, прикрепляется к шасси. Достоинством такого типа крепления является малая вероятность повреждения корпуса и минимальная концентрация напряжений.

Цилиндрический конденсатор может иметь монтажный стержень, расположенный по оси симметрии, за который он крепится скобами к шасси. При этом необходимо проверить, обладает ли шасси достаточной жесткостью, так как изгиб шасси вызывает деформации конденсатора.

Крепёжные отверстия делают открытыми, благодаря этому корпус конденсатора при деформации крепления остаётся недеформированным. Конденсаторы с монтажными отверстиями у основания, как правило, подвержены деформации.

Конденсаторы небольших размеров часто укрепляют только на собственных выводах, что приводит к обрыву выводов. Лучше всего прикреплять конденсатор к шасси пояском, хотя бы частично охватывающим его корпус; соединительные провода при этом освобождаются от нагрузки. Небольшие конденсаторы можно крепить на их выводах только в тех случаях, когда выводы короткие и прочные, т.е. имеют высокую частоту собственных колебаний, а контактные лепестки, к которым припаиваются выводы, установлены на плате жесткой конструкции, так что выводы не будут подвергаться изгибу.

Цилиндрические конденсаторы можно укреплять на шасси блока с помощью металлической ленты. Оригинальным является крепление конденсатора в зажиме предохранителя, это можно делать, если конструкция зажима рассчитана на большие ударные и вибрационные нагрузки.

.3 Крепление резисторов

Способ крепления резисторов зависит от их типа и конструкции. Малогабаритные резисторы укрепляют пайкой на лепестках деталей или на монтажных платах так же, как малогабаритные конденсаторы. Применяют также дополнительные крепления в виде скоб. Для повышения механической прочности крепления используют также мастику типа ЛН.

Для повышения вибропрочности в отдельных случаях резисторы и прокладочные шайбы дополнительно крепят при помощи клея ПУ-2 или мастики ЛН. Все резьбовые соединения закрашивают нитроэмалью.

6.4 Ударопрочные шасси и каркасы

Шасси блоков РЭА изготовляют из листового и профильного материала, для повышения жесткости шасси иногда делают литыми. Шасси блоков в корпусе (каркасе) крепят на петлях, осях или других подобных элементах. Требования, предъявляемые к конструкции крепления, следующие:

а) блок должен свободно и быстро переводиться в положение, позволяющее получить доступ в деталям; при этом оператор должен быть защищён от поражения электрическим током;

б) когда блок аппаратуры занимает рабочее положение, шасси его должно прочно соединяться с каркасом и увеличивать жесткость самого каркаса (стойки).

7. Расчеты механических нагрузок

.1 Статический расчет амортизаторов

Целью расчета является определение статических нагрузок на амортизаторы и выбор их типоразмеров.

.     Расчет начинают с нахождения положения центра масс блока. Для каждого функционального узла и крупных деталей, входящих в блок, находят положение центра масс. Обычно считают, что для таких изделий положение центра масс функционального узла или детали совпадает с центром симметрии (рис. 16).

Используя моменты первого рода, находят координаты центра масс блока:

где x_i, y_i, z_i - координаты центров масс функциональных узлов и деталей, входящих в блок; m_i - массы этих изделий.

.     Наиболее часто используют вариант симметричного расположения амортизаторов на блоке РЭС (рис. 17). Амортизаторы располагают на блоке таким образом, чтобы проекции амортизаторов на плоскость XY не выходили за контур проекции блока.

Определяют координаты центра жесткости амортизаторов, используя моменты первого рода.

где x_i, y_i, z_i - координаты размещения амортизаторов;

 - суммарная статическая жесткость амортизаторов в направлении соответствующих координат;

 - статические моменты жесткости амортизаторов относительно координатных плоскостей.

.     Условия статического равновесия системы амортизации

; ; ; ; ;

; ;

где p_i - весовая нагрузка, приходящаяся на i-й амортизатор, G - вес блока.