Учебное пособие 1704

соответственно с амплитудой от +2 до +0,75 мм. Участок, содержащий силовую установку, характеризуется вибрацией от 10 до 500 Гц соответственно с амплитудой 0,37 до +0,025 мм.

При взлете посадке, при выполнении фигур высшего пилотажа и в других случаях самолеты испытывают перегрузки равные отношению геометрической сумме ускорении (включая ускорение силы тяжести) к ускорению силы тяжести g.

Вибрация на корабле вызывается работой двигателя, вращением винтов, а также гидродинамическими силами, действующими на корпус и надстройки. Значительное влияние на параметры вибрации РЭА оказывает ее месторасположение на корабле. Наименьшая вибрация имеет место в основной (средней) части корабля, где амплитуда не превышает +0,6 мм на частоте 1 Гц.

Максимальные амплитуды наблюдаются в кормовой части судна и достигают +25 мм при частоте 2 Гц.

Вибрация РЭА зависит также от способов ее крепления. Под действием воздушных потоков возможно возникновение механических колебаний в телевизионных башнях, мачтах радиорелейных передач.

Совпадение частот вибрации с собственными резонансными частотами элементов приводит к обрыву проводов в местах их закрепления или соединения с деталью, нарушению герметизации, возникновению коротких замыканий между деталями. Установлено, что мелкие радиодетали с выводами от 0,6 до 1,06 мм, длиной 30 мм и весом от 0,03 до 12,4г имеют собственные резонансные частоты от 200 до 450 Гц. Укорочение длины выводов приводят к росту собственной резонансной частоты. Этим можно пользоваться для ускорения вибрации. Повышение резонансной частоты и уменьшение амплитуды вибрации может достигаться применением более толстых проводов, уменьшением веса деталей специальным креплением их на шасси.

Воздействие вибраций на электровакуумные приборы вызывает повреждение нитей накала и подогревателей, нарушение контактов в местах точечных сварок, изменение междуэлектродных расстояний, увеличение виброшумов ламп, повреждение спая металла со стеклом, ухудшение вакуума. Установлено, что для электровакуумных приборов (пальчиковые лампы) наиболее опасным является интервал частот от 175 до 500 Гц, в котором расположены их собственные резонансные частоты.

Уменьшение вибрации можно достигнуть путем установки между вибрирующим объектом и его основанием упругих прокладок, применением

различного типа амортизаторов, изготовлением ряда деталей из пластмасс.

6.2. Ударные нагрузки

Возникновение ударов связано с резким и быстрым изменением ускорения, скорости или перемещения объектов, на которых установлена аппаратура. Возможны случаи, когда прикладываемая нагрузка превышает допустимый безопасный уровень, что приведет к отказу РЭА. Действие механических ударов сопровождается возбуждением затухающих колебаний, т.е. неустановившейся вибрацией на частотах собственных колебаний элементов и частей конструкции.

Возможны два случая воздействия ударных нагрузок в РЭА. В первом случае ударные нагрузки прикладываются в РЭА в процессе ее эксплуатации, а во втором - ударные нагрузки испытываются аппаратурой только в процессе ее транспортирования.

Для уменьшения действий ударных нагрузок, кроме амортизаторов используют специальную упаковку РЭА.

Уровни разрушающих усилий возрастают, когда элементы конструкции РЭА резонируют на частотах возмущении, вызванных ударом.

Удар, испытываемый РЭА, зависит от веса комплекса оборудования, в который она входит, и ее положения на объекте. Ускорения, возникающие при ударе, можно подсчитать по формуле

где g - ускорение силы тяжести; u - мгновенная скорость в момент удара, см/сек; s - перемещение при ударе или суммарная величина упругих и остаточных деформаций ударяющихся предметов

6.3. Воздействие звукового давления на РЭА

При запуске силовых установок самолетов, ракет (турбореактивные, реактивные двигатели) высвобождается большая энергия колебаний звуковой частоты, воздействующая на близко расположенную РЭА/4,5/.

Выделение энергии колебаний звуковой частоты сопровождается механическими колебаниями частиц среды, которое приводит к изменению давления по сравнению с атмосферным (статическим) давлением. Разность между статическим давлением и давлением в данной точке звукового поля называется звуковым давлением. Звуковое давление измеряется в H/м2 (большой бар).

Скорость распространения звуковых волн в воздухе (с) в основном зависит от температуры среды

где Т - абсолютная температура по Кельвину При нормальном атмосферном давлении и Т = 273 К (О С) скорость

звука 331 м/сек. С повышением температуры до 290 К она увеличивается до 340 м/сек.

Поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения звуковой

где P - поток звуковой энергии; S – площадь.

Десятикратные изменения силы звука характеризуется логарифмической единицей (степенью изменения гармоники), получившей название бел:

где M- число ступеней, на которое изменится громкость при увеличении силы звука; Iмакс - максимальное значение силы звука; I0 - исходное значение силы звука

Логарифмическая единица, соответствующая ступени, в десять раз меньшей бела, называется децибелом:

Восприятие громкости звука в основном зависит от амплитуды и частоты звукового колебания. Максимально допустимое эффективное звуковое давление, при котором имеет место слуховое восприятие, называется порогом слышимости. Стандартному порогу слышимости соответствует эффективное звуковое давление 2*10-5 Н/м2 при гармоническом звуковом колебании с частотой 1000 Гц.

Болевой стандартный порог (звуковое давление при котором возникает болевое ощущение) соответствует эффективному звуковому давлению 20 Н/м2 при частоте 1000 Гц.

Воздействие звукового давления приводит к механическому возбуждению деталей и узлов РЭА. В электронных лампах возникает микрофонный эффект, начинают вибрировать реле и объемные проводники.

Наиболее критическим является совместное воздействие вибраций и звукового давления, при котором могут возникать резонансные явления различных элементов РЭА проявляемые в диапазоне частот 1500-2000 Гц.

Для уменьшения этого эффекта элементы конструкции и кожуха РЭА изготовляют из материала с демпфирующими свойствами. Крепления малогабаритных радиодеталей (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы и т.п.) делают жесткими. Для уменьшения числа объемных проводников применяется многослойный печатный монтаж.

Снижению воздействия звукового давления способствует заливка радиоэлементов на печатных платах полимерными компаундами.

Практически установлено, что для проведения испытаний РЭА на звуковое давление необходимо создать звуковое давление 175 дБ в широком диапазоне частот.

6.4. Испытания на вибрационные нагрузки

Основной целью вибрационных испытаний является установление способности изделий противостоять разрушающему влиянию механических воздействий, а также определение их способности выполнять свои функции при сохранении электрических параметров в пределах установленных норм/4,5,6/.

Процесс проведения испытаний.

Проводится внешний осмотр изделий. Проверяются параметры согласно ТУ и ПИ. Затем осуществляется закрепление изделия на вибростенде так, чтобы вибрация передавалась с минимальными потерями. Положение аппарата на вибростенде должно соответствовать эксплуатационному положению. В зависимости от условий эксплуатации выбирается диапазон частот вибрации.

Различают два основных метода проведения испытаний на воздействие одночастотного синусоидального колебания: а) метод фиксированных частот; б) метод качающейся частоты.

При осуществлении метода фиксированных частот контроль за работой изделия производится при плавном изменении частоты. В случае обнаружения резонансных частот рекомендуется дополнительная выдержка изделия с целью выявления причины.

Продолжительность выдержки при испытаниях на виброустойчивость не менее 5 мин., а при испытании на вибропрочность от 1 до 10 часов при длительном воздействии и от 20 до 50 мин при кратковременном.

Метод качающейся частоты характеризуется тем, что в зависимости от установленной для испытаний степени жесткости производится плавное изменение частоты сначала в сторону увеличения, а затем уменьшения, причем время прохождения диапазона в одном направлении также зависит от степени жесткости.

Иногда испытания осуществляются в процессе производства. Так, на конвейере регулировки телевизионных приемников осуществляются испытания на виброустойчивость: частота 25-35 Гц, амплитуда вибрации 2,1 мм, вибрационное ускорение 2,0-2,5 g, продолжительность 60 сек.

В процессе испытания не должно наблюдаться отключение телевизора, уменьшение громкости звука, исчезновение изображения таблицы 0249.

Следует отметить, что испытания на виброустойчивость рекомендуется проводить методом фиксированных частот, а испытания на вибропрочность - методами фиксированных иди качающихся частот.

Недостатком указанных методов является то, что в каждый данный момент времени на изделие воздействуют одночастотные синусоидальные колебания, не спектр частот, как при реальных условиях эксплуатации.

Испытательное оборудование

Вибростенды оцениваются следующими параметрами:

1.Номинальной грузоподъемностью, кг.

2.Испытательным диапазоном частот, Гц.

3.Максимальным ускорением.

4.Максимальной амплитудой смещения.

5.Формой колебаний.

6.Коэффициентом нелинейных искажений,%.

7.Размерами рабочей площади стола.

Наибольшее применение имеют вибростенды, использующие механические и электрические приводы. Механические вибростенды бывают центробежные (а) и эксцентриковые (кривошипно-шатунные) (б):

Рис. 6.1. Вибростенды

Из электрических стендов наиболее широкое применение получили электродинамические, принцип действия которых основан на том, что при протекании тока звуковой частоты по обмотке подвижной катушки, находящейся в постоянном магнитной поле, возникает сила, заставляющая подвижную катушку и связанный с ней стол совершать колебания с частотой тока в обмотке катушки.

Амплитудное значение возбуждающей силы определяется следующим выражением:

где B - магнитная индукция; L - длина провода подвижной катушки, см; I - эффективное значение силы тока звуковой частоты катушки, А.

Частота до 10 кГц. Однако чем выше частота, тем меньше амплитуда колебаний.

Ускорение 100 g , амплитуда смещения до 20 мм.

Испытания на ударные нагрузки проводят с целью оценки прочности и

выдерживать разрушающее воздействие ударов и продолжать нормально функционировать после их прекращения, а при испытании на ударную устойчивость проверяют способность изделия выполнять свои функции при воздействии ударных нагрузок.

При воздействии любых симметричных ударных импульсов (полусинусоидальной формы, прямоугольной) «остаточный» спектр представляется кривой вида затухающей синусоиды в то время, как для импульсов пикообразной формы «первичный» и «остаточный» спектры достаточно хорошо совпадают. Это свидетельствует о том, что пилообразный импульс ускорений одинаково нагружает различную РЭА и входящую в нее элементы независимо от собственных резонансных частот. Поэтому пилообразные импульсы позволяют унифицировать систему испытаний.

Подготовка изделия к испытаниям, установка и крепление на стенде такое же, как и при испытаниях на воздействие вибрации. Отличие заключается в виде механических воздействий/ 4,6/.

Испытание на ударную прочность могут производиться под электрической нагрузкой и без нее, а на ударную устойчивость – обязательно под электрической нагрузкой.

Рекомендуется испытание на ударную устойчивость проводить после испытаний на ударную прочность, а иногда их совмещают.

Переносная РЭА испытывается на ударную прочность при закреплении в трех взаимно перпендикулярных положениях. При весе РЭА до 10 кг она испытывается с ускорением 120 g , а при весе свыше 10 кг с ускорением 100 g

.

Испытательное и контрольно-измерительное оборудование.

Воздействие многократных ударных нагрузок производится с помощью специальных установок, основными параметрами которых являются: максимальная грузоподъемность, максимальное ускорение, длительность импульса ударов, число ударов в минуту, допустимая продолжительность непрерывной работы.

Для испытания на ударные нагрузки используются механические и электродинамические стенды и установки. Благодаря относительной простоте конструкции наибольшее распространение получили ударные механические установки, в которых ударные ускорения создаются в вертикальном направлении при ударе свободно падающего стола о упругое основание.

Форма кривой изменения ускорения за время длительности ударного импульса зависит от того, как с момента соприкосновения рабочего стола с упругими элементами ударное ускорение нарастает до максимального значения, а затем уменьшается до минимального значения.

Импульсы ускорения различных форм могут быть получены за счет применения гидравлических и механических средств торможения. Измерение параметров ударных воздействий, испытываемым изделием может производиться с помощью различных преобразователей сигналы, с которых усиливаются, записываются на самописце или просматриваются на экране электронного осциллографа. Испытания на воздействие одиночных ударов могут производиться с помощью трех основных типов оборудования:

1.Устройств с вертикальным сбрасыванием по направляющим.

2.Устройств со свободным падением.

3.Копров маятникового типа.

1.Устройства с вертикальным сбрасыванием по направляющим конструктивно может быть выполнено в виде каретки, свободно перемещающейся вверх и вниз между двумя вертикальными стальными стойками по рамкам. Испытываемое изделие закрепляется на каретке и потом вручную или подъемником поднимается вверх. На нижней стороне каретки смонтировано замедляющее устройство в виде пневматического, плунжера, состоящего из цилиндра и поршня с регулируемым клапаном, что позволяет регулировать интенсивность удара. Отрегулировав плунжер на заданное значение перегрузки, освобождают поднятую вверх каретку с испытываемым изделием, и они падают на стальную плиту основания.

Достоинства: простота, возможность контроля положения изделия до и во время удара.

Недостаток: каретка может заедать, приводя к ложным эффектам.

2.Стенд свободного падения испытываемого изделия представляет

собой стол, в верхней части которого установлена рама залитая бетоном. Через отверстие в бетоне пропущены два толкателя, в верхней части которых укреплены стальные планки, оклеенные демпфирующим материалом. Нижняя часть толкателей упирается в эксцентрики. При вращении эксцентриков толкатели поднимаются на определенную, регулируемую высоту, а затем резко опускаются, и изделие установленное на планках падает на бетонный стол.

Достоинство: простота.

Недостаток: трудность контроля положения и скорости изделия до и во время удара.

3. Копры маятникового типа основаны на использовании силы инерции массы молота, прикладываемой к испытываемому изделию. Работа копра маятникового типа заключается в том, что маятник поднимается на угол равный 160-180 , в верхние положения и фиксируется. На опоры устанавливают основание, на котором крепится испытываемое изделие. После освобождения маятника он падает на основание, передающее силу удара изделию. Энергия E, равная произведению ее веса на расстояние от оси качания до центра тяжести, частично расходуется при ударе по основанию с изделием, а частично затрачивается на отскок E1 маятника. Величина энергии удара, воздействующего на изделие, определяется как разность между первоначальным запасом энергии E и фиксируемой энергией отскока E1.

Достоинство в том, что отсутствуют направляющие искажающие результаты измерений.

Недостаток: сложность конструкции и необходимость использования оптических методов измерения скорости падения.

7. Испытания на влагоустойчивость, радиоактивность, солнечное излучение и морской туман

Цель испытания - определение работоспособности РЭА при повышенной влажности.

Различают два вида испытаний на влагоустойчивоcть: при длительном и кратковременном воздействии повышенной влажности.

Длительному воздействию повышенной влажности подвергается аппаратура с целью определения устойчивости параметров изделия и выявлению некоторых дефектов (коррозия, нарушения покрытия).

Кратковременному воздействию повышенной влажности подвергается аппаратура с целью определения дефектов, которые могли возникнуть при нарушении технологического процесса или при использовании

некачественных элементов и материалов.

В зависимости от условий эксплуатации изделия подвергают циклическим или непрерывным испытаниям, с выпадением росы или без этого.

Непрерывным испытаниям подвергаются аппаратура, работающая в закрытых помещениях. При этом температура и относительная влажность поддерживается постоянными без выпадения росы. Выбор режима испытаний зависит от назначения, условия эксплуатации и конструктивного оформления. Конкретные параметры режима определяются степенью жидкости.

Как и при любых испытаниях в начале проводят визуальный контроль, затем помещают изделие в камеру и при температуре 40-45 С выдерживают в течение двух часов. Затем в соответствии с программой испытания устанавливают необходимую температуру, влажность и проводят испытания.

При циклических испытаниях необходимо создать условия для выпадения росы.

Способы создания условий для выпадения росы:

1.Ежесуточное включение источников нагревания и влаги на определенное время (6 - 8 часов).

2.Периодические (суточные) понижения температуры на 5-10 градусов.

По окончании испытания отключают источники тепла и влаги, но изделие не изымают в течении некоторого времени согласно ТУ.

При длительных испытаниях время выдержки составляет 24 часа, при кратковременных - 1-2 часа.

В ряде случаев, в зависимости от назначения изделия, параметры могут изменяться без изъятия из камеры или сразу после изъятия из камеры.

Следует обратить внимание на тщательность проведения испытаний на влагоустойчивость, так как при этом специалисты сталкиваются с тремя проблемами:

1.Интенсивность отказов очень велика.

2.Результаты испытаний имеют переменный характер и не поддаются прогнозированию.

3.Попытки корреляции результатов полученных в естественных условиях с результатами испытаний в различных других условиях не имеют успеха.

Вода без примесей является хорошим диэлектриком. Объемное сопротивление составляет 20 МОм/см3. Однако она является хорошим растворителем и в реальных условиях мы имеем дело с растворами солей, щелочей и т.д.

Молекула воды становится полярной, вследствие этого она будет влиять на характеристики конструкции.

Влияние воды на электроизоляционные материалы часто характеризуют понятиями влагостойкость и водостойкость.

Основным параметром, характеризующим влагостойкость, является степень гигроскопичности материала (Г).

Гигроскопичностью принято называть способность материалов поглощать влагу из воздуха (отн. влажность 97-100%)

где G1 - вес увлажненного образца, г; G2 - вес сухого образца, г. Водостойкость характеризуется водопоглащаемостью (B), которая

показывает какой процент воды впитывает единица сухого материала при пребывании в воде:

Если материал поглощают влагу из парообразного или жидкого состояния воды своим поверхностным слоем, то это явление адсорбции (стекло, керамика, кварц ). Когда влага проникает в структуру вещества по молекулярным каналам, то это активированная сорбция (характерна для многих органических материалов) здесь растворение вещества.

Если молекулы воды поглощаются поверхностью через капилляры и пары, то имеет место неактивированная сорбция. Указанное уменьшение происходит из-за того, что скорость поглощения влаги материала больше скорости ее испарения.

Поглощение влаги всем объемом материала называют абсорбцией. Количество влаги, поглощаемой неполярными и слабо полярными материалами, определяется по закону Генри:

где h - коэффициент растворимости, определяемый количеством граммов воды поглощенным 1 см материала при разности в 1 мм рт.ст (г/см3 мм рт.ст); p - давление паров воды ( мм рт.ст).

Вполярных материалах из-за сильного взаимодействия полярных радикалов

смолекулами воды имеет место некоторое отклонение влагопоглащения, определяемого по закону Генри. Наличие у ряда пластмасс гигроскопических наполнителей (бумага, древесная мука, перлит и т.д.) приводит к повышенному влагопоглащению.

Действие влажного воздуха на электронную аппаратуру объясняется малыми размерами молекул воды (до 3*10-8 см), что позволяет ей проникать