128

Тема 15 захист конструкцій ра - 1 від механічНої дії

Вплив динамічних механічних дій на надійність і якість РА

Види і джерела механічних дій. В процесі виробництва, експлуатації і зберігання РА можуть виникати ті або інші механічні динамічні дії, які кількісно характеризуються діапазоном частот коливань, амплітудою, прискоренням, часом дії. Якісно всі види механічних динамічних дій діляться на вібраційні (вібрації), ударні (удари), інерційні (лінійні прискорення). Під вібрацією РА звичайно розуміють тривалі знакозмінні процеси в її конструкції, які впливають на роботу РА. Ударом називають короткочасну дію, тривалість якої приблизно рівна подвійному часу розповсюдження ударної хвилі через об'єкт, що піддався удару. Удар супроводжується кінцевою зміною швидкості руху тіла за час удару. У момент удару відбувається коливання системи на вимушеній частоті, які визначаються тривалістю удару, а після нього - на власній частоті конструкції.

Лінійні прискорення характерні для всіх об'єктів, рухомих із змінною швидкістю (наприклад, при розгоні і гальмуванні), а також при русі по криволінійній траєкторії (відцентрове прискорення). У процесі роботи може змінюватися значення і напрям лінійного прискорення (наприклад, при виключенні стартового двигуна ракети). Результат дії лінійних прискорень на РА може носити характер динамічний (при зміні прискорення до сталого значення) або статичний (після досягнення сталого значення).

Механічна дія характеризуються перевантаженням n, яке кратне прискоренню сили тяжіння g. Вібрації характеризуються амплітудою коливань і їх частотою, а удар -тривалістю, амплітудою і формою ударного імпульсу. Перевантаження об'єкту при вібрації виражається коефіцієнтом віброперевантаження.

Джерела механічної дії:

• вібрації рухомих частин двигуна через незбалансованість їх частин і наявність зазорів;

• акустичні коливання, викликані взаємодією турбулентних газових потоків з корпусом реактивного двигуна;

• перевантаження при маневруванні;

• нерівності дорогий і стики рейок;

• аеродинамічні і гідродинамічні дії навколишнього середовища (вітер, хвилі, сніжна лавина, землетруси, обвали і т. д.);

• вибухові дії;

• недбалість або необережність обслуговуючого персоналу (падіння РА, удари при навантажувально-розвантажувальних роботах і ін.).

Механічні динамічні навантаження, що впливають на РА, можуть викликати великі механічні напруги в їх елементах (компонентах), порушити нормальні режими роботи або навіть привести до виходу з ладу тих або інших частин РА. Згідно проведеним в США дослідженням, від 22 до 41% відмов устаткування літаків були викликані дією механічних навантажень, а число відмов бортових комп’ютерів унаслідок механічних дій досягає 50%.

Вплив механічних дій на РА. У результаті дії вібрацій, ударів і лінійних прискорень можуть мати місце наступні пошкодження РА:

• порушення герметичності внаслідок руйнування паяних, зварних і клейових швів і появи тріщин в металоскляних спаях;

• повне руйнування корпусу РА або окремих його частин внаслідок механічного резонансу або втомлюваності матеріалу;

• обрив монтажних зв'язків, зокрема зовнішніх виводів ІС;

• відшаровування друкованих провідників;

• відривши навісних ЕРЕ;

• розшарування багатошарової друкованої плати;

• поломка (розтріскування) керамічних і ситалових підкладок;

• тимчасовий або остаточний вихід з ладу роз'ємних і нероз'ємних електричних контактів (у реле, з'єднувачах, колах заземлення, екранування і т. д.); модуляція розмірів хвилеводних трактів, коаксіальних кабелів, конденсаторів змінної ємності, коливальних контурів, електровакуумних приладів;

• зміна паразитних зв'язків;

• зсув положення органів настройки і управління;

• вихід з ладу механічних вузлів (підшипників, зубчатих пар, кріплення і т. д.).

Механічна дія на РА може привести до зміни діаграми спрямованості антен, збоям цифрових пристроїв, зниженню чутливості і зсуву частотного діапазону приймачів, підвищенню енергоспоживання (при короткому замиканні), зниженню точності роботи. Це найбільш вірогідно в тих випадках, коли компоненти РА одночасно піддаються різним діям: вібраціям, ударам, лінійним прискоренням, монтажним зусиллям (затягування гвинтів), що виникли в результаті полімеризації внутрішнім напругам в полімерах і напруги в структурах через відмінність ТКЛР матеріалів і зміни температури

Найбільшу небезпеку представляють резонанси окремих компонентів і вузлів, що виникають у випадках, коли їх власна частота (f₀) співпадає з частотою діючих на апаратуру вібрацій (f). Власна частота компонентів і вузлів

Поведінка конструкції при дії механічних коливань залежить від співвідношення діючої і власної частот конструкції, який називається коефіцієнтом розладу: γ= f / f₀. Для віброізолюючих систем коефіцієнт розладу прагнуть вибрати більше 1,41, а для жорстко закріплених компонентів - рівним 0,8...0,3. При γ = 1 режим відповідає резонансному. Однією з основних причин вібрацій і резонансів є наявність зазорів між деталями і люфтів у з'єднаннях. Чим вища частота коливань, тим при меншому зазорі може виникнути резонанс. Зони контакту деталей при, їх стикуванні є центрами збудження механічних коливань.

Захист РА – 1 від механічної дії.

Використання вібропоглинальних матеріалів. Зменшення маси і габаритів блоків РА, а також необхідність забезпечення роботи об'єктів віброізоляції в широкому діапазоні частот (аж до 2000 Гц) утрудняють захист від механічних дій за допомогою традиційних методів амортизації і демпфування. Адже ці методи не забезпечують мінімуму масо-габаритних параметрів РА та захисту їх від акустичної дії високої інтенсивності (130...165 дБ). Ефективним засобом є введення демпфування в конструкцію РА-1. У ряді випадків воно використовується спільно з амортизацією. Найперспективнішим і поширенішим способом демпфування конструкцій РА є одно- або двостороннє заливання або введення високоефективних вібропоглинальних матеріалів в структуру несучої основи. Ці способи засновані на здатності полімерів розсіювати велику кількість енергії під час розтягу, згину або зсуву за рахунок пружних властивостей.

До недоліків даних способів відносяться:

• гірша ремонтопридатність при заливці,

• гірший тепловідвід від залитих елементів,

• сильна залежність демпфуючих властивостей від температури,

• можливість виникнення великих внутрішніх напруг в компаунді при зміні температури,

• зміна властивостей полімерів при дії радіації.

Проте, використання вібропоглинаючих матеріалів дозволило понизити коефіцієнт віброїзоляції комірок, з 40 до 3 за рахунок того, що ІС приклеювались до рамки комірки компаундом КТ-102. При одному і тому ж ефекті демпфування товщина зовнішньої заливки повинна бути в 5..10 рази більше, ніж при введенні вібропоглинальних матеріалів в структуру несучої конструкції.

Для забезпечення роботоздатності вібропоглинальних покриттів при зміні температури зовнішнього середовища їх можна виготовляти з електропровідного полімеру, що дозволяє підтримувати температуру шляхом підігріву полімерів електричним струмом.

Технологічність конструкцій віброізоляції РА.

Для забезпечення технологічності конструкції віброізоляції, виконаної із застосуванням зовнішньої заливки або внутрішніх вібропоглинальних шарів, передбачаються наступні заходи:

1. переважно вибирається заливальний матеріал (пінопласт і ін.), що полімеризується без додаткового підвищення температури;

2. повинна бути забезпечена хороша адгезія внутрішніх вібропоглинальних шарів конструкції по всій поверхні контакту;

3. полімерні матеріали вибираються з урахуванням їх токсичності і хімічної адгезивності (особливо для гермоблоків);

4. розробляються технологічні прийоми демонтажу і повторного монтажу залитого або встановленого на віброізоляційний шар об'єкту віброізоляції.

Конструкційні заходи по забезпеченню міцності і жорсткості РА - 1:

Порядок проведення інженерно-конструкторських розрахунків:

1. виявлення діючих сил і елементів конструкції вузла, в яких напруження і деформації можуть досягати неприпустимо великих значень;

2. вибір розрахункових моделей для критичних вузлів;

3. розрахунок власної частоти вузлів і напружень в них та порівняння їх з допустимими;

4. розроблення, при необхідності, заходів щодо забезпечення жорсткості і міцності вузлів.

Жорсткість конструкції (або її елементів) забезпечується при власній її частоті (або елементів) вище діючої, що виключає роботу в резонансному режимі. Для плати у такий спосіб можна одержати власну частоту не вище за 400...500 Гц. У загальному випадку, власна частота коливань і прогин недемпфованої друкованої плати може бути визначена за відомою методикою.

Для збільшення жорсткості плати можуть бути вжиті наступні конструкційні рішення:

• зменшена довжина і ширина,

• збільшена товщина;

• збільшене число точок кріплення (зокрема за рахунок приклеювання),

• виключене погіршення кріплення за рахунок законтрення різьбових з'єднань;

• використані додаткові підпори, накладки, що виконують функції ребер жорсткості (іноді ці функції виконують тепло відвідні шини або шини живлення, поставлені на ребро);

• заливання жорсткими пінокомпаундами;

• заміна матеріалу плати (наприклад, склотекстоліту металом або керамікою).