26.1 Оценка вибропрочности и ударной прочности печатных плат. Виды амортизаторов, применяемых в рэа

Основным способом изоляции РЭА от вибрации и ударов является установка ее на упругие опоры. В качестве таких опор используют резиновые, металлорезиновые или металлопружинные амортизаторы (АМ). АМ подразделяются на низкочастотные, среднеч. и высокочастотные. У низкочаст. АМ час­тота собственных колебаний в нагруженном состоянии не превы­шает 4, для среднеч 8—12 и у вы­сокоч 20—30 Гц. Низкоч. АМ виброизолируют частоты возмущающих колебании, лежа­щие в диапазоне 5—600, среднеч 15—600 и высокочастотные 35—2000 Гц.

АМ-ми, изолирующими вибрацию (мягкие опоры) призваны изолировать от перегрузки колебательную систему, обеспечив ей собственную частоту ниже частоты вынужденных колебаний. Ам. изолирующие удары (жесткие опоры) призваны изолировать систему, обеспечив ей собственную часто­ту выше частоты вынужденных колебаний. Поэтому при изоляции вибрации в большинстве случаев используют средиечастотные амортизаторы, для изоляции ударов используют высокочастотные АМ. РЭА может подвергаться одновременно вибрациям и ударам. В этих случаях в условиях сравнительно слабой вибра­ции и частых ударов используют противоударные амортизаторы. Если же преобладают вибрации с редкими удара­ми, используют виброизолирующие амортизаторы. Аппаратура, защищенная от вибрации, сравнитель­но легко переносит одиночные удары, в то время как защищенная от ударов она не выдерживает вибрации. В приборах, имеющих небольшое количество узлов (блоков) целесообразно амортизировать только узлы. В особо сложных случаях воз­никает необходимость амортизировать одновременно и приборы и установленные в них узлы.

Ам. используют также и для звуковой изоляции ос­нований от шумящих объектов. При этом иногда требуется последова­тельное соединение амортизаторов с различными жесткостями. Основными параметрами амортизационной системы являются: собственные и вынужденные частоты колебания; максимальные амплитуды собственных и вынужденных колебании; жесткость упругих опор; коэффициент демпфирования, коэффициент виброизоляции и ко­эффициент эффективности виброизоляции. Отношение частоты вынужденных колебаний w_в к собственной частоте системы w_o называют коэффициентами растройки =w_в/w₀ .

Прибор с Ам. представ­ляет собой колебательную систему с определенной жесткостью С и демпфированием D. В случае колебания основания по гарм. закону (x_в=A_Bsinw_вt) система бу­дет совершать свободные гармонические колебания с частотой вы­нужденных колебаний. Амплитуда своб. колебаний определяется x=A0sin(wt+). А_в и А₀— мак­симальные амплитуды соответственно вынужденных и свободных колебаний. Амплитуда сво­бодных колебаний определяется выражением

или , где h — коэффициент сопротивления; С — жесткость системы; 2n — коэффициент затухания свободных колебаний; т — масса.

Виброизоляция системы оценивается отношением амплитуды колебания основания к амплитуде колебания амортизированного прибора -коэффициентом виброизоляции:

Степень виброизоляции часто оценивается величиной, обратной коэффициенту виброизоляции, и называется коэффициентом передачи ɛ. Коэффициент передачи указывает, во сколько раз амплитуда колебания системы больше или меньше амплитуды колебания ос­нования.

При оценке РЭА на ударостойкость наиболее часто исполь­зуют форму ударного импульса и виде полуволны синусоиды с максимальной амплитудой ускорения  и длительностью t_и=T/2. Ускорение в любой момент времени может быть выражено уравнением , где - условная частота ударного импульса. С момента прекращения действия ударного импульса, когда t=t_u, система сво­бодно колеблется с собственной частотой .

Наиболее важным параметром ударостойкости РЭА является статическая прочность элементов конструкции и их связей. Вели­чина прочности вытекает из заданной для аппаратуры перегруз­ки. Для ослабления удара используют упругие элементы с демпфирующими свойствами. Благодаря инерции массы прибора и деформации ее упругих элементов энергия удара гасится, и сво­бодные колебании амортизированной системы быстро затухают.

Целью расчета изоляции удара является определение параметров амортизаторов: максимально допустимого для прибора действующего ускорения, перемещения прибора на амортизаторах относительно основания с учетом свободных коле­баний системы. Коэф изоляции удара: , где - коэф расстройки, - период свободных колеб сист. Строится график зависимости коэф амортизации удара от коэф расстройки. Затем находят ускорение амортизированного прибора, если известна длительность ударного импульса, собств частота сист и максим ускорение при ударе.

В условиях воздействия удара наи­более существенную роль в ударостой­кой конструкции играют прочность и пластичность материала. Детали, изго­товленные из материала с повышенной пластичностью, обладают большей ударостойкостью.

Хрупкие материалы (чугун, литье­вой алюминий, фарфор и др.) разрушаются при незна­чительных деформациях и плохо про­тивостоят ударам. Поэтому в ударо­стойких конструкциях стремятся хруп­кие материалы заменять на материалы с повышенной пластичностью, напр. чугунное литье и литье из хрупких алюминиевых сплавов — на тонколистовой прокат стали или ал. сплавов, изоляцион­ный фарфор — на пластические смолы и т. д.

Амортизаторы резиново-металлические. Могут иметь любые размеры и разнообразную конфигурацию. За счет вулканизации резин. часть амартизатора можно соединять с металл. арматурой. Благодаря этому резино-металлич. амортизаторы можно изготовить с любыми лин. и не лин. хар-ками. Р.М.амартизаторы работают в след. условиях: на сдвиг, на сжатие и растяжение. Недостатки: невысокая мех. прочность сцепления места вулканизации резины с металлом; резина как конструкционный эл-т не способна долгое время удерживать мех. нагрузки.

Амортизаторы пружинные с воздушным демпфированием.Функции демпфируемого и упругого эл-та выполняют различные эл-ты. В качестве упругого эл-та - спираль, пружина с определенным профилем, что обеспечивает подбор частотной хар-ки. По вибрационным характеристикам они превосходят Р.М. амортизаторы. При вертикальном нагружении виброизоляция начинается с 10 – 12 Гц до 20 – 25 Гц. На более низких частотах наступает резонанс и демпфирование не обеспечивает должного демпфирования.

Амортизаторы цельно-металлические со структурным демпфированием. В них отсутствуют органические материалы. Упругость обеспечивается стальной пружиной витой из проволоки. Могут быть использованы плоские стальные пружины (в лепестках амартизационных), стальные тросики, структурные упругие элементы, выполненые из проволоки. Демпфирование колебаний достигается за счёт трения в деталях амартизатора или внутри структуры. Демпфирование в таких амартизаторах вязкое.

Достоинства: можно использовать при больших удельных нагрузках; можно использовать в агресивных средах; можно использовать в условиях низк. и высок. температур. Недостатки: намного меньше чем у резины диапазон относительных упругих деформаций; трудно приложить растягивающие нагрузки; при длительной большой нагрузке основная хар-ка структурного элемента несколько меняется поскольку материал уравнивается.