6.4 Защита аппаратуры от механических воздействий
Бытовая приемно-усилительная аппаратура в процессе эксплуатации подвергается вибрации и ударам. Частота вибраций может лежать в диапазоне от единиц до тысяч герц, а перегрузки в десятки раз могут превышать силу тяжести аппаратуры.
В общем случае внешние механические воздействия на конструкцию приводят к появлению сил тяжести и инерции, которые действуют на отдельные части конструкции, вызывая их деформацию. В зависимости от места приложения силы, характер деформации может быть различен. В большинстве случаев механические нагрузки имеют сложный комплексный характер.
Механические воздействия можно характеризовать диапазоном частот колебаний, амплитудой, ускорением и временем действия. Воздействие механических нагрузок приводит к механическим повреждениям, а часто к полному выходу аппаратуры из строя. Например, может произойти разрушение корпуса или его отдельных частей, нарушение герметичности вследствие разрушения паяных, сварных и клеевых швов, обрыв монтажных связей, отслаивание печатных проводников, расслаивание многослойных печатных плат, поломка керамических подложек интегральных микросхем, выход из строя выход из строя разъемных и неразъемных электрических контактов. Воздействие вибраций проявляется в основном на тех частях конструкции, которые имеют большую возможность деформироваться. Легко деформируемыми могут оказаться конструкции, имеющие большую массу, но недостаточную жесткость, или сложные сборные конструкции, имеющие зазоры в соединениях. Наиболее опасным явлением при вибрации является механический резонанс частей конструкции, возникновение которого может привести к разрушению не только отдельных элементов конструкции, но и всей конструкции. Для исключения механического резонанса необходимо, чтобы собственная частота колебаний конструкции находилась вне полосы частот, возникающих при эксплуатации и перевозках. Собственная частота механических колебаний конструкции должна быть больше частоты воздействующих колебаний. Конструкция БРЭА должна быть виброустойчивой и вибропрочной.
Под виброустойчивостью понимают способность конструкции нормально работать при воздействии вибрации, а под вибропрочностью - её способность противостоять разрушающему действию вибраций и нормально работать после длительного воздействия вибраций. Вибропрочность связана в основном с транспортировочной вибрацией, когда аппаратура выключена, а виброустойчивость с эксплуатационной вибрацией, когда аппаратура включена.
Не менее опасны для БРЭА ударные нагрузки. Удар возбуждает быстро спадающие по амплитуде колебания конструкций на резонансной частоте. При высоких частотах амплитуда колебаний падает быстрее, поэтому выбор наиболее высокой собственной частоты колебаний конструкции является правильным и с точки зрения устойчивости конструкции к воздействию удара. Конструкция должна обладать устойчивостью к ударным нагрузкам. Аппаратура, противостоящая разрушающему действию ударов заданной величины и длительности и после их воздействия продолжающая работать, называется ударопрочной, а аппаратура, нормально работающая при воздействии ударов – удароустойчивой. Механические воздействия приводят к перегрузкам. Перегрузкой называется отношение силы механического воздействия к силе тяжести конструкции. Радиоэлементы, применяемые в БРЭА, выполняются таким образом, чтобы при соблюдении определенных требований к закреплению могли нормально работать при вибрации с частотой до нескольких тысяч герц. Хуже всего работают при воздействии высокочастотных вибраций такие устройства, как конденсаторы переменной емкости, радиолампы, электромеханические устройства и другие элементы, имеющие низкую резонансную частоту. На современном этапе развития БРЭА количество таких элементов удается уменьшить, а в некоторых случаях - полностью отказаться от их использования, заменяя их электронными схемами.
Надо отметить, что обеспечить работу БРЭА при наличии высокочастотной вибрации только за счет придания конструкции необходимой жесткости удается не всегда, а в ряде случаев это экономически или технически нецелесообразно. Тогда в конструкциях изделий БРЭА применяют виброизолятор. В общем случае виброизолятор – это пружинящий элемент, соединяющий аппаратуру с вибрирующим основанием (рисунок 14).
Рисунок 14 – Схема бытового прибора, закрепленного на виброизоляторах
Жесткость виброизолятора выбирают такой, чтобы в сочетании с массой бытового прибора они образовывали колебательную систему с низкой резонансной частотой. В самом общем случае бытовая приемно-усилительная аппаратура, закрепленная на виброизоляторах, совершает сложные колебания, которые можно представить как сумму колебательных перемещений вдоль трех координатных осей. При этом расчет параметров колебаний оказывается сложной задачей. Поэтому простую оценку на вибропрочность проводят по критерию: для радиоэлементов амплитуды виброускорения и ударного ускорения должны быть меньше допустимых значений, определяемых стандартами и условиями эксплуатации БРЭА.
Для защиты БРЭА от действия больших ударных перегрузок, необходимо применять более жесткие виброизоляторы, но они плохо защищают от воздействий вибраций. Поэтому, чтобы защитить аппаратуру от воздействия вибрации и ударов к виброизолятору предъявляют противоречивые требования. На практике эти противоречия разрешаются путем использования в одной конструкции двух виброизоляторов: мягкого для защиты от вибрации и жесткого для защиты от ударов.