книги из ГПНТБ / Суровцев Ю.А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры

Б И Б Л И О Т Е К А Р А Д И О К О Н С Т Р У К Т О Р А

Ю. А. С У Р О В Ц Е В

Амортизация

радиоэлектронной

аппаратуры

М о с к в а « С о в е т с к о е р а д и о » 1 9 7 4

Введение

Бурное развитие авиационной и ракетной техники привело к существенному изменению тактических и эксплуатационных характери­ стиклетательных аппаратов. Возросли мощ­ ности двигателей, увеличились скорости поле­ та и маневрирования, усложнились факторы механических, климатических и других видов

радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Вместе с тем к ней предъявляются все более повы­ шенные требования в отношении надежности работы и устойчивости к жестким условиям эксплуатации, в том числе к механическим воздействиям.

Вибрация и удар являются основной при­ чиной возникновения больших механических напряжений в деталях и узлах РЭА при ее эксплуатации на борту. Это может привести к нарушению ее механической целости и преждевременному отказу.

Безотказность функционирования аппара­ туры является одной из основных задач, кото­ рую постоянно должен иметь в виду конструк­ тор на протяжении всех этапов ее проектиро­ вания. Он должен создать наиболее благопри­ ятные условия для работы деталей, элементов и узлов аппаратуры, а также разработать спо­ собы защиты их от воздействия окружающей среды.

Амортизация является наиболее распро­ страненным средством защиты аппаратуры от вибрации и удара. Однако она имеет ряд осо­ бенностей, без учета которых нельзя достичь желаемого эффекта.

Амортизацией принято называть систему упругих опор, на которые устанавливается объект с целью защиты его от внешних дина­ мических воздействий. Основное свойство та­ ких опор (амортизаторов) заключается в том, что колебания несущей конструкции, возника­ ющие в результате действия внешних вибра­ ций и ударов, передаются аппаратуре через

3

упругие опоры в значительной мере ослаблен­ ными. Это свойство амортизаторов имеет свои ограничения, связанные с особенностями по­ ведения упругой конструкции.

Врезультате установки аппаратуры на упругие амортизаторы получается колебатель­ ная система, образованная амортизированным объектом и его упругими опорами. Положи­ тельный эффект амортизации обеспечивается правильным выбором характеристики этой си­ стемы, позволяющей наилучшим образом ис­ пользовать ее свойства.

Внастоящее время известно много конст­ руктивных решений амортизаторов, предназ­ наченных для работы в самых разнообразных условиях. Не все они равнозначны по своим техническим характеристикам и эксплуатаци­ онным возможностям. Некоторые из них хоро­ шо себя зарекомендовали, выпускаются се­ рийно на протяжении многих лет и использу­ ются в различных отраслях техники. Приме­ нение других в силу конструктивных особен­ ностей значительно ограничено.

Разработка амортизаторов, способных за­ щитить аппаратуру от вибраций и ударов и вместе с тем обладающим ограниченными га­ баритами, составляет достаточно сложную техническую задачу. Проектирование системы амортизации, расположение амортизаторов на объекте, учет взаимодействия объекта с систе­ мой амортизации также является задачей, требующей внимательного подхода. Успех ре­

шения всех этих вопросов возможен только при всестороннем учете конструктивных осо­

стемы амортизации основывается на общих положениях теории колебаний и теории удара. Большое распространение получила линейная интерпретация задачи о малых колебаниях упруго опертого тела. Это объясняется в ос­ новном стройностью и завершенностью мате-

4

матического аппарата, используемого при ре­ шении задачи. Однако в последнее время при исследованиях 'Механических колебаний ап­ паратуры часто сталкиваются с затруднения­ ми двух видов — это нелинейность характери­ стик изучаемого явления и случайный харак­ тер возбуждаемой вибрации.

Различным аспектам теории колебаний и удара посвящено достаточно большое число работ отечественных и зарубежных авторов [1-10].

Особенно следует выделить очень обстоя­ тельную и полезную книгу Ю. И. Иориша {11]. В ней доступно и в то же время доста­ точно строго освещен широкий круг теоретиче­ ских вопросов, с которыми приходится стал­ киваться инженеру в практической деятель­ ности, решая различные задачи о колебатель­ ных системах.

Наиболее ранними работами, в которых ис­ следуются вопросы теории колебаний приме­ нительно к задачам амортизации, являются книги Ю. И. Иориша [12] и Ч. Крида [13]. Не­ смотря на значительный срок, прошедший со времени их выхода в свет, они все еще не ут­ ратили своего значения. Определенный прак­ тический интерес представляют книги В. И. Конычева [14], В. С. Ильинского [15, 16], М. 3. Коловского [170, Н. Г. Беляковского [18], Г. А. Потемкина [19], В. Б. Карпушнна [20].

Предлагаемая вниманию читателя книга в основном освещает известные вопросы. Она рассчитана на конструкторов РЭА, которые нуждаются в доступном и сжатом руковод­ стве, необходимом для правильного выбора и применения амортизаторов при проектирова­ нии аппаратуры.

Целью настоящей работы является систе­ матизированное изложение методики расчета системы амортизации аппаратуры с учетом •рационального монтажа и правильной экс­ плуатации амортизаторов.

Выбор и расчет системы амортизации со­ стоит в определении числа амортизаторов и

5

Г л а в а 1

Основные понятия и зависимости

1.Колебательный процесс

Втех случаях, когда рассматривают задачу о коле­ бательном процессе, обычно стремятся ограничить ее конкретными условиями. Наша цель заключается в рас­ смотрении таких колебательных процессов, с которыми приходится сталкиваться инженеру при проектировании системы амортизации РЭА. Поэтому ограничимся лишь малыми механическими колебаниями упруго опертого твердого недеформируемого тела. В таком случае коле­ бание можно определить как процесс, при котором "про­ исходит систематическое знакопеременное изменение ха­ рактеризующей механическое движение величины и ко­ торый совершается во времени относительно некоторого стабильного положения.

Многие колебательные процессы, происходящие в ме­ ханических системах, часто называют вибрациями. Об­ щепризнанного определения, точно выделяющего вибра­ цию среди других механических колебаний, нет. Очень часто термины «вибрация» и «механические колебания» являются синонимами [11]. Однако во многих отраслях техники под вибрацией чаще всего принято понимать колебательное движение, оказывающее вредное воздей­ ствие на объект.

Основными параметрами, характеризующими колеба­ тельный процесс, являются частота и амплитуда коле­ баний.

Кинематика Колебательного движения. В связи с тем что в анализе колебаний систем амортизации сущест­ венная роль принадлежит синусоидальным (гармониче­

7

Пусть точка R движется по окружности против часовой

(положительные значения направлены вверх) будет из­ меняться в соответствии с выражением

U(t)=A sine,

которое н является синусоидальной функцией. Каждый оборот вектора OR содержит 2я рад. Кривая повторяет­ ся через интервалы 7=2пДо. За это время точка R пол-

Рис. 1.1. Гармоническое колебание, представленное в виде проекции вращающегося вектора OR.

ностью обходит круг и возвращается в исходное поло­ жение. Время прохождения точки по окружности пред­ ставляет собой период Т функции, которая поэтому еще называется периодической.

Длина А вектора OR или наибольшее абсолютное значение, достигаемое гармонической колебательной ве­ личиной, называется амплитудой гармонического коле­ бания. Амплитуда равна половине размаха гармониче­ ского колебания и совпадает с ее пиковым значением.

Угол ф называется фазовым углом. Изменение фазо­ вого угла вызывает лишь смещение синусоиды вдоль ко­ ординаты времени. Значение фазового угла невелико, если рассматривается одна синусоидальная функция, так как он может быть исключен соответствующим выбором начального отсчета времени. При анализе двух и более синусоидальных функций фазовый угол играет сущест-

8

венную роль в определении зависимости между гармо­ ническими величинами.

Степени свободы. Числом степеней свободы механи­ ческой системы (в нашем случае амортизированного объекта) называется минимальное число независимых координат, необходимых для полного определения поло­ жения всех точек системы в любой момент времени. Хотя для реальных механических систем это число всег­ да бесконечно велико, но в ряде случаев практически до­ статочен учет конечного числа существенных степеней свободы. Чаще всего оно равно числу возможных неза­ висимых перемещений.

Таким образом, если объект имеет возможность по­ ступательно перемещаться в трехмерном пространстве в любом направлении, то он имеет три степени свободы. Объект, который перемещается поступательно в плоско­ сти, обладает двумя степенями свободы.

торой требуется только одна координата, чтобы пол­ ностью определить положение системы в любой момент времени.

Система со многими степенями свободы — это такая система, для которой требуется две или более коорди­ наты, чтобы полностью определить положение системы в любой момент времени.

Силы, действующие при колебаниях. Переменные силы, действующие при колебаниях амортизированного объекта, весьма разнообразны по своей природе и по той роли, которую они играют в колебательных процес­ сах. К ним относятся силы: возмущающие, восстанав­ ливающие, трения (сопротивления).

Возмущающие силы — это внешние силы, являющие­ ся некоторыми функциями времени и вызывающие вы­ нужденные колебания системы амортизации, на которую эти силы действуют.

Движение, принудительно задаваемое каким-либо точкам системы амортизации, является причиной кине­ матического возмущения колебаний. Эти колебания про­ исходят так же, как если бы к рассматриваемой систе­ ме была приложена некоторая эквивалентная возму­ щающая сила.

9