Министерство образования РФ
Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
__________________________________________________________________
Кафедра “Проектирование и технология радиоаппаратуры”
МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В РЭС
Программа, методические указания и контрольные задания
для студентов всех форм обучения специальности 200800 “Проектирование и технология радиоэлектронных средств” и направления 551100
“Проектирование и технология электронных средств”
Великий Новгород
2000
УДК 621.396. 6.76 (07)
Механические воздействия и защита РЭС:
Метод.указ./ Сост. О.Н.Петрова: В.Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого,2000- 11 с.
Представлены программа, методические указания по изучению дисциплины “Механические воздействия в РЭС”, даны варианты контрольных заданий и рекомендации по их выполнению.
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальности 200800 “Проектирование и технология РЭС” и направления 551100 “Проектирование и технология электронных средств”.
Одобрено на заседании кафедры ПТР “_____”__________2000г.
Зав.кафедрой М.И.Бичурин
1 Введение
Предметом изучения дисциплины “Механические воздействия в РЭС” являются механические воздействия (МВ), источники их возникновения, влияние МВ на работу радиоэлектронных средств (РЭС), способы и средства защиты РЭС от МВ .
Целью дисциплины является изучение основ теории расчета и способов и средств защиты РЭС от влияния МВ.
Изучаемые методы могут быть использованы для решения конкретных задач анализа работы и проектирования РЭС в последующих курсах: “Конструирование РЭС”, “Конструирование механизмов РЭС”, “Управление качеством ЭС”, “Защита РЭС в экстремальных условиях”, “Техническая диагностика”.
Содержание курса базируется на разделах курсов “Физика” ,“Прикладная механика”, “Высшая математика”, “Материаловедение и материалы ЭС”.
2 Программа и методические указания по изучению дисциплины
Дисциплина “Механические воздействия в РЭС” изучается студентами 4 курса заочной формы обучения специальности 200800 “Проектирование и технология радиоэлектронных средств” и студентами дневной формы обучения 3 курса направления 551100 “Проектирование и технология электронных средств”.
Учебным планом предусмотрены лекции, лабораторные работы и для студентов заочной формы обучения - контрольная работа по заданию из раздела 3 настоящих методических указаний.
В таблице 1 представлены темы лабораторных занятий, в таблице 2 - темы для теоретической подготовки.
Таблица 1
Лабораторные работы |
темы табл. 2 |
1. Анализ элементной базы проектируемой РЭС на воздействие механических дестабилизирующих факторов. 2. Частотная отстройка пластин на примере ячеек с печатным монтажом. 3. Расчет вибропрочности печатных плат . 4. Расчет вибропрочности балок и стержней. 5. Анализ системы амортизации с одной степенью свободы при воздействии вибрации. 6. Расчет упаковочных амортизаторов. |
1
3
3 5 6
3 |
Выбор лабораторных работ осуществляется в зависимости от объема часов в семестре. Возможно часть лабораторных занятий заменить или дополнить задачами из пособия [1] приложения Б, либо заменить написанием реферата на одну из тем таблицы 2 по согласованию с преподавателем. Итоговый контроль (экзамен или зачет) наряду с проверкой теоретических знаний по темам таблицы 2 включает проверку умения решать задачи из пособия [1] и может быть дополнен тестированием на ПЭВМ .
Таблица 2 - Перечень тем и вопросов дисциплины “Механические воздействия в РЭС”
Темы |
Вопросы тем |
Литература |
1. Характеристики механических воздействий (МВ) и их влияние на работу РЭС |
1.1. Воздействие на РЭС дестабилизирующих факторов в зависимости от жизненного цикла РЭС. Источники возникновения МВ. 1.2 Классификация РЭС по объекту-носителю. Нормирование условной эксплуатации РЭС. 1.3 Параметры и характеристики МВ. 1.4 Физические явления в электронной аппаратуре, вызываемые МВ. 1.5 Влияние МВ на устойчивость, точность и прочность аппаратуры в целом. Понятие и вибро-и удароустойчивости, вибро- и ударопрочности.
|
[1]с.8-34
[2] с.21-22 с.29-34 с.155-158 [3],с.39-48, [4], с.134-214 [6],с.54-82 с. 360-362 [7] с.50-52 ГОСТ 11478 ГОСТ16019 ГОСТ 16962 ГОСТ 21964 ГОСТ 26632 ГОСТ 26883 |
2. Проектирование механически прочной и устойчивой РЭС |
2.1 Физико-механическая идеализация реальных конструкций. Гипотезы и допущения. 2.2 Моделирование - основа проектных расчетов - моделирование процессов, - моделирование объектов, - использование ЭВМ при расчете параметров вибрации, - расчетные модели конструкции РЭС, построенные на основе электромеханических аналогий. 2.3 Этапы проектирования механически прочной и устойчивой РЭС. Проектные и проверочные расчеты. 2.4 Испытание РЭС на механические воздействия. |
[1] c.35-42 с.111-125 с.129-140 с. 198 -209 [2] c.82-158 с.217-230 [4] c.268-306 |
3. Вибрационные воздействия |
3.1 Свободные колебания линейной системы с одной степенью свободы. 3.2 Вынужденные колебания линейной системы с одной степенью свободы. 3.3 Колебания системы с двумя и более степенями свободы. 3.4. Собственные изгибные и продольные колебания стержневых конструкций. 3.5 Собственные и вынужденные колебания прямоугольных пластин (печатных плат). 3.6 Частотная отстройка 3.7 Колебания конструкций при полигармонической возмущающей силе. 3.8 Колебания конструкций при действии случайных сил. |
[1] c.42-62 c.66-103 с. 185-192 [2] с.5-20 с.23-29 с. 36-60 с. 197-216 [3] c. 7-33 [4] с 4-134 [5] c. 7-15 с. 124-133 [6] с.386-393 [7] c. 158-162
|
4. Ударные воздействия |
4.1 Основные характеристики ударных воздействий. 4.2 Законы движения конструкций при ударных воздействиях. 4.3 Скоростной удар. |
[1] с.103-110 [2] с.61-81 [5] с. 80-95 [3] с. 33-39 |
Продолжение таблицы 2
5. Прочность элементов конструкций РЭС
|
5.1 Прочность, усталостная прочность, запас прочности.
5.2 Вибропрочность элементов конструкций РЭС: пластин (печатных плат), стержневых конструкций, соединений элементов. 5.3 Ударная прочность элементов конструкций РЭС. 5.4 Механические нагрузки при транспортировании. |
[1] c.140-157 с.185-187, с.191-196 с.209-218 [2] с.33-34 с.155-196 [3] с.48 [4] с.214-217 с.263-268 [6] c.386 [7] с.167-169 [2] с.155-198 |
6. Конструктивные способы защиты РЭС от действия вибраций и ударов. |
6.1 Общая характеристика способов защиты РЭС от МВ. 6.2 Защита РЭС при помощи виброизоляторов: 1) статический расчет системы виброизоляции; 2) расчет системы виброизоляции на воздействие вибрации; 3) расчет системы виброизоляции на воздействие удара; 4) виброизоляторы-классификация, параметры, конструкции, критерии выбора. 6.3 Повышение демпфирующих свойств конструкций. |
[1] c.157-212 [2] c.231-318 [3] c. 48-158 [5] c.16-50 c.60-80 c.179-278 [6] c.362-386 [7] c.162-172 |
3 Задание для контрольной работы и методические указания по ее выполнению
3.1 Общие требования
Для выполнения контрольной работы выбирается вариант задания, определяемый последними двумя цифрами (десятками и единицами) номера зачетной книжки.
Например, если номер зачетной книжки 23456, то для задачи 1 по таблице 3 надо записать данные для варианта 5, а по таблице 4 надо записать данные для варианта 6. Произвольный выбор варианта не разрешается.
Работа должна быть оформлена в ученической тетради. Графический материал выполняется четко по правилам ЕСКД (ГОСТ 2.105) желательно на миллиметровой бумаге и вклеивается в тетрадь. Работа должна быть написана четким, разборчивым почерком чернилами и содержать все необходимые пояснения, формулы и расчеты. Для приводимых методик расчета, формул, справочных материалов, взятых из литературы, необходимо привести ссылки на используемую литературу с указанием номера раздела, страниц, номеров формул и т.д.
В конце работы должен быть дан список учебной и методической литературы, которой пользовался студент с указанием фамилии и инициалов авторов, наименование работы, названия издательства и года издания.
На обложке тетради указываются: фамилия, инициалы, номер зачетной книжки и группа студента, наименование дисциплины и номер контрольного задания.
3.2 Задача 1
Для пластины из материала с плотностью r и модулем упругости Е, закрепленной по схеме, как показано на рис. 1, определить:
1. Частоту собственных колебаний пластины без элементов.
2. Частоту собственных колебаний пластины с равномерно установленными на ней элементами.
3. Построить зависимость относительного повышения собственной частоты колебаний пластины с элементами от относительного увеличения толщины платы для заданного варианта закрепления и определить при какой толщине собственная частота пластины возрастет в N раз по отношению к частоте, рассчитанной в п.2.
4 . Выбрать схему закрепления, позволяющую увеличить частоту собственных колебаний пластины с элементами не менее чем в 2,5 раза по отношению к частоте рассчитанной в п.2.
А Б В Г Д
Е Ж З И К
Рисунок 1 - Схемы закрепления пластин.
Таблица 3
Вариант (десятки) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Схема закрепления |
а |
б |
в |
г |
д |
е |
ж |
э |
и |
к |
h, мм |
1 |
1,2 |
1,5 |
2 |
1 |
1,2 |
1,5 |
2 |
1,2 |
1,5 |
mi, г |
36 |
30 |
40 |
60 |
35 |
42 |
50 |
60 |
40 |
30 |
Таблица 4
Вариант единицы |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
а,мм |
100 |
110 |
100 |
110 |
120 |
130 |
110 |
120 |
130 |
140 |
в, мм |
60 |
72 |
80 |
86 |
65 |
72 |
100 |
80 |
90 |
100 |
r, 103кг/м3 |
2,5 |
2,3 |
2 |
1,9 |
2,5 |
2,3 |
2 |
1,9 |
2,5 |
2 |
Е,1010 Н/м2 |
3,3 |
3 |
2,8 |
3,5 |
3,3 |
3 |
2,8 |
3,5 |
3,3 |
2,8 |
N |
1,5 |
2 |
2 |
2,5 |
3 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
2 |
m - коэффициент Пуассона |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,3 |
3.3 Задача 2
Для системы виброизоляции массой m с двумя вертикальными плоскостями симметрии при воздействии на нее направленного вертикального ударного импульса заданной формы с максимальным значением ускорения Нmax и длительностью t:(таблицы 5,6).
1. Построить на одном графике зависимости максимальных значений ускорения Zmax и перемещения амортизируемого блока Z от коэффициента жесткости амортизаторов Кz.
2. Выбрать , исходя из заданного значения ударной перегрузки nуд необходимый коэффициент жесткости амортизаторов Кz.
3. Выбрать с учетом коэффициента жесткости Кz и максимального значения перемещения блока при ударе zmax тип амортизаторов и их количество - n (n£8). Изобразить предполагаемую схему установки амортизаторов.
Таблица 5
Вариант (десятки) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
m, кг |
26 |
24 |
22 |
20 |
18 |
16 |
14 |
12 |
8 |
6 |
Нmax , м/с2 |
130 |
120 |
100 |
90 |
80 |
150 |
140 |
130 |
120 |
100 |
nуд |
5 |
4 |
6 |
3 |
3 |
6 |
5 |
5 |
4 |
4 |
Таблица 6
Вариант (единицы) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Форма импульса* Zа (t) |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
t, мс |
7 |
7 |
6 |
6 |
5 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
* цифры соответствуют формам импульса
1 - полусинусоидальной, 2 – прямоугольной
3.4 Задача 3
- Подобрать виброизоляторы для эффективой виброзащиты для блока РЭС установленного на транспортном средстве Т, если задана масса блока m и расположение виброизоляторов, показанное на рисунке 2 с координатами Xi, Yi (таблицы 7,8).
Для решения задачи воспользоваться следующими рекомендациями:
1. Выполнить расчеты вертикальных статических нагрузок на виброизоляторы.
2. Выбрать тип и типоразмер виброизоляторов исходя из статической нагрузки и условий эксплуатации.
3. Рассчитать размеры компенсирующих шайб под виброизоляторы, обеспечивающие горизонтальное положение блока.
4. Определить частоту собственных колебаний системы fо
5. Построить зависимость коэффициента динамичности системы h от частоты действующих вертикально вынужденных колебаний. Значение аргумента брать от 0 до 5 fо.
6. Определить величину виброускорения блока Zmax . Построить зависимость Zmax от частоты вынужденных колебаний. Значение аргумента брать от 0 до 5 fо.
7. Рассчитать эффективность виброзащиты Э и построить графики зависимости Э от частоты действующих вертикально вынужденных колебаний. Значение аргумента брать от 0 до 5 fо.
8. Оценить эффективность виброизоляции блока. Э должна быть не менеее 75 %, а Zmax не должна превышать 2g.
Примечание : При расчетах коэффициента динамичности рекомендуется выбирать коэффициент демпфирования для виброизоляторов АП: b= 0,1....0,2; АД : b = 0,06....0,12; АПН: b = 0,4 ....0,5. В общей случае b= 0,05...0,5
Рисунок 2 Схема расположения виброизоляторов
Таблица 7
Вариант (десятки) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Т* |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
1 |
2 |
tmin,0C |
-40 |
-40 |
-10 |
-40 |
-20 |
-30 |
-45 |
-35 |
-25 |
tmax,0C |
55 |
60 |
40 |
70 |
50 |
55 |
60 |
70 |
65 |
*Цифры соответствуют следующим транспортным средствам
1 - стационарная РЭС
2 - автомобильная РЭС
3 - гусеничный транспорт
4 - железнодорожный транспорт
5 - большие суда
6 - малые суда
7 - носимая и портативная РЭС
8 - самолет
Характеристики вибрационных воздействий для различных объектов-носителей РЭС приведены в справочном приложении В.
Таблица 8
Вариант (единицы) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Х1,мм |
100 |
200 |
100 |
160 |
160 |
120 |
80 |
60 |
30 |
40 |
Х2,мм |
200 |
100 |
150 |
120 |
160 |
180 |
80 |
80 |
80 |
50 |
У,мм |
100 |
120 |
80 |
90 |
120 |
90 |
80 |
60 |
60 |
50 |
m,кг |
4 |
1 |
2 |
1,5 |
3 |
3,5 |
2 |
1,5 |
1 |
1,5 |
Список литературы
Основной
1. Токарев М.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов Б.А. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.А. Фролова:-М.: Радио и связь, 1984.-224с.
2. Карпушин В.В. Вибрации и удары в радиоаппаратуре.-М.: Сов.радио,1971-344с.
3. Суровцев Ю.А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры.-М.:Сов.радио,1970-176с.
Дополнительный
4. Карпушин В.В. Виброшумы радиоаппаратуры.- М., Радио и связь, 1977-176с.
5. Ильинский В.С. Защита аппаратов от динамических воздействий.-М.:Энергия,1970-320с.
6. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования/Под ред. Варламова Р.Г.-М.: Сов.радио,1980-480с.
7. Парфенов Е.М. и др. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: Учеб.пособие для вузов/Е.М.Парфенов, Э.Н.Камышная, В.П.Усачев.-М.: Радио исвязь,1989-272с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
Стандарты и нормативные документы
ГОСТ2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
ГОСТ 11478-88 Аппаратура радиоэлектронная бытовая.
(МЭК 68-1-88 и тд.) Нормы и методы испытания на воздействия
внешних механических и климатических факторов.
ГОСТ 16019-78 Радиостанции сухопутной подвижной службы. Требования по устойчивости к
механическим и климатическим воздействиям
и методы испытаний.
ГОСТ 16962-71 Изделия электронной техники и электротехники. Механические и климатические воздействия. Требования и методы испытаний.
ГОСТ 21964-76 Внешние воздействующие факторы.
(СТ СЭВ 2603-80) Номенклатура и характеристики.
ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения.
(СТ СЭВ 1926-79)
ГОСТ 24347-80 Вибрация. Обозначение и единицы величин.
(СТ СЭВ 1927-79)
ГОСТ 26632-85 Уровни разукрупнения РЭС по функциональной и конструктивной сложности. Термины и определения.
ГОСТ 26883-86 Внешние воздействующие факторы.
Номенклатура и характеристики.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)
Учебно-методические документы и пособия
1.Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры. Задачи для студентов спец. 23.03 дневного отделения. Часть1/Сост.В.М.Гареев, НПИ-Новгород, 1989.18с.
2.Частотная отстройка пластин на примере ячеек с печатным монтажом: Метод.указ. для лаб.раб./Сост. О.Н.Петрова, НовГУ-Новгород 2000-20с.
3. Расчет вибропрочности балок и стержней:Метод. указ. к лаб.раб./Сост. В.М.Гареев, В.А.Карачинов, НовГУ-Новгород,1993.-27с.
4. Анализ систем амортизации с одной степенью свободы при воздействии вибрации.Часть1:Метод.указ. к лаб.раб./Сост. В.М.Гареев, НовГУ-Новгород,1987.-24с.
5. Расчет упаковочных амортизаторов: Метод.указ. к лаб. раб./Сост.В.М.Гареев,НовГУ-Новгород,1987.-15с.
Видиофильмы
1. Внешняя среда и защита РЭА.
2. Вынужденные колебания механических систем.
3. Параметрические колебания и автоколебания механических систем.
4. Усталость материалов.
*Все материалы находятся на кафедре ПТР.
ПРИЛОЖЕНИЕ В
(справочное)
Характеристики вибрационных воздействий объектов-носителей РЭС [7] с.50,51.
Объект-носитель |
Вибрации Диапазон частот Виброускорение tн.....tв, Гц а, м/с2 |
|
Стационарная РЭС |
10....30 |
19,6 |
Автомобиль |
4....80 |
78,5 |
Гусенечный транспорт |
3....30 |
19,6 |
Железнодорожный |
2...100 |
19,6 |
Большие суда |
4...100 |
78,5 |
Малые суда |
5...150 |
58,9 |
Носимая и портативная РЭС |
10..70 |
37 |
Самолет |
10...70 |
19,6 ...34,3 |