Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем. сборник научных трудов. Муратов А.В., Макаров О.Ю
щено от коррозии и должно обеспечивать надежность фиксации всей конструкции во всем диапазоне действующих нагрузок и вибраций в процессе эксплуатации.
Для предотвращения царапин на поверхности от магнитного основания на магнит приклеивается защитная резиновая прокладка или ткань [1]. Правильный расчет конструкции магнитного основания позволяет использовать антенну на скорости до 110км/ч. При необходимости можно увеличить мощность магнитов основания.
Рис. 1. Магнитное основание
На рис. 1 изображено магнитное основание с крепление на кузов с помощью трех магнитов, каждый магнит защищен резиновой накладкой, что позволяет его защитить от коррозии (рис. 2). Самыми нагруженными элементами магнитного основания являются места закрепления магнитных ножек [2].
Рис. 2. Магнитные ножки основания, защищенные резиновыми накладками
81
Излучатель крепиться на антенну с помощью разъёмов для коаксиальных кабелей, данный узел тоже является нагруженным местом в конструкции (рис. 3, а).
Штырь может изготавливаться из стального стержня и обязательно должен иметь защитное покрытие. Вид покрытия может быть различным. Применяют как гальванические покрытия, так и опрессовку резиной или пластмассой.
Корпус аттенюатора изготавливается из разных материалов, это может быть пластик, или металл самое главное, чтобы он отвечал эксплуатационным характеристикам.
Для снижения нагрузок с остальных элементов, часто для автомобильных антенн применяются, пружины (рис. 3, б). Они снимают часть колебаний и не позволяют конструкции входить в резонанс. Пружины изготавливаться из специальных пружинных стальных проволок (ГОСТ 9389-75). Так же нужно не забывать, что блок пружинный требует защиты от коррозии для этого можно покрыть сталь гальваническим никелевым покрытием или сразу выбрать проволоку из нержавеющих металлов.
а) б)
Рис. 3. Конструктивные варианты автомобильных антенн:
а) антенна с излучателем на магнитном основании; б) антенна с пружинным блоком
82
Для оценки прочностных свойств конструкций автомобильных антенн могут использоваться математические модели, применяемые для аналитического расчета.
Испытание на прочность или устойчивость к синусоидальной вибрации является одним из самых распространенных механических испытаний для антенн [3,4]. Зависимость перемещения платформы вибростенда с закрепленной на ней антенной конструкцией от времени выражается формулой
S = −S sin2πft , |
(1) |
где S и S a- мгновенное значение и амплитуда перемещения платформы стенда, м,
f = - частота вибрации, Гц,
T - период вибрации, с. t - время, с.
Зависимость ускорения платформы вибростенда при таком движении описывается формулой
a = a sin2πft, |
(2) |
где a и a - мгновенное значение и амплитуда ускорения платформы стенда, м/с2.
На практике перемещение обычно измеряется в мм, а ускорение - в долях ускорения свободного падения. Связь амплитуды ускорения, амплитуды перемещения и частоты в этом случае имеет вид
G = |
|
= 0,004f X , |
(3) |
|
где g ≈10 м/с2 - ускорение свободного падения, G - амплитуда ускорения платформы стенда, g,
X0амплитуда перемещения платформы стенда, мм. Максимальная нагрузка на несущую деталь является
суммой статической нагрузки, равной весу антенны, и амплитуды вибрационной нагрузки
83
P = mg+μ ma , |
(4) |
Амплитуды перемещений точки зависят от амплитуды перемещения платформы вибростенда и частотного отношения
η = |
|
, где |
f |
- собственная частота колебаний системы «несу- |
|
|
|
щая деталь - антенна». Эта зависимость выражается формулами:
относительно точки B |
∆ = μ s |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
относительно точки A |
|
|
|
|
|
|
(5) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
= μ s |
, |
|
|
|
|
|
|
(6) |
|||||
Коэффициенты динамичности |
μ |
|
,μ |
,μ |
|
определяются |
||||||||||||||||
по формулам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
μ = |
|
|
|
|
|
,μ = |
|
|
|
|
|
,μ |
= |
|
|
|
|
|
|
|
, (7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
( |
) |
|
|
|
( |
) |
|
|
|
( |
) |
|
|
|
|||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
где Q - добротность механической системы.
Частота перехода: Частота вибрации, определяемая по
формуле |
, |
|
fп = |
(8) |
где fп- частота перехода,
a - амплитуда ускорения для частоты выше частоты пе-
рехода,
s - амплитуда перемещения для частоты ниже частоты перехода.
Аналитический расчет применим только для относительно простых конструкций так как занимают много времени у конструктора, так же они не применимы совместно с 3D моде-
84
лями конструкций, позволяющих наглядно показать участки с критической нагрузкой. Поэтому использование метода конечных элементов, как наиболее универсального, более практично и позволяет быстрее и легче рассчитать механические нагрузки без наличия опытного образца.
Средства Creo часто используются для определения механических характеристик конструкций РЭС разных уровней иерархии. В работе [5] представлена методика проектирования радиоэлектронных модулей первого уровня (платы), а в [6]модулей третьего уровня (шкафы, пульты, стойки).
Для проектирования антенных конструкций автомобильного базирования предлагается методика позволяющая значительно сократить количество доработок.
Методика представлена в виде алгоритма оптимального проектирования антенных конструкций путем исследования механических характеристик (рис. 4). Сущность предлагаемой методики заключается в том, что заранее производят исследование механических характеристик тестовых образцов конструкции антенн (кронштейнов, скоб, стержней и т.д.), изготовленных из различных материалов с применением разных технологий обработки. Затем создается база данных конструктивных решений, которой руководствуются при проведении моделирования у последующих конструкций. Таким образом, результаты испытаний, проходящие с тестовыми образцами, являются критерием оценки надежности антенн на механические воздействия.
85