книги из ГПНТБ / Беляева-Соловьева, Э. А. Конструирование механизмов радиоэлектронных аппаратов

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

РАСЧЕТ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ АППАРАТОВ НА ВИБРАЦИЮ

1. Основные пути и способы снижения вибрации

Вибрация (от лат. слова vibratio —— колебание, дрожание, тряска)—это механические колебания материальных точек или тел. Общепринятого определения, отличающего вибрацию от других механических колебаний, нет. Обычно под вибра­ цией понимают колебания, происходящие с частотой от одногоколебания 'В секунду и выше, преимущественно при наличии в колебательной системе упругих элементов, например струн, стержней, пружин, вдем'брай и т. п. К вибрации относят и ко­ лебательное движение радиоэлектронных аппаратов [2, 10, 11], которое и рассматривается ниже.

Борьба с вибрациями и шумо'М — одна из важных научных проблем развития народного хозяйства в нашей стране. Обес ­ печение вибрационной защиты является сложной задачей. Для ее решения нужны глубокие знания основ теории механиче­ ских колебаний. Исключительно важно защищать от вредного воздействия вибрации человека. Неприятные физические ощу­ щения, усталость и, наконец, профессиональные заболевания обусловливаются амплитудой и частотой колебаний. Прием­ лемый диапазон частот для человека — от 1,5 до 17 гц.

Столь же необходимо бороться с разрушительным влия-

• нием вибра-ции на технику.

Продолжительноевоздействие вибрации на машины и приборы существенно, снижает срок их службы.

Пути снижения вибраций следующие:

1. уменьшение сил, возбуждающих вибрации путем улуч­ шения балансировки вращающихся деталей;

50

2.устранение совпадений частот возмущающих сил с ча­ стотами собственных колебаний;

3.введение демпфирования (амортизации).

Способы борьбы с вибрацией включают такие конструк- торско-технологические мероприятия [10]:

1) рациональное конструирование, направленное на устра­ нение резонансных явлений и создание условий, не благопри­ ятных для самовозбуждения колебаний;

2)повышение динамической прочности путем применения специальных материалов, правильной технологии обработки деталей и придания им форм, способствующих устранению опасных концентраций.напряжений;

3)тщательная балансировка, устранение люфтов, соблю­ дение норм эксплуатации и своевременный ремонт;

4)создание виброизолирующих и виброгасящих уст­

примера, который приводит в своих трудах выдающийся рус-

флоте был крейсер «Громобой» в 14 000 т, сравнительно легкой' постройки с тремя поршневыми мащинами; когда он вышел...

на первые ходовые испытания, то оказалось, что при 105 обо­ ротах машин "вибрация достигала наибольшей величины,

.именно: полная амплитуда (т. е. двойная амплитуда) колеба­

орудия было невозможно: мина, вложенная в кормовой аппа­ рат, на моих глазах каким-то образом сбила стопора, сама ушла из аппарата и была потеряна... Эта вибрация есть одно из проявлений резонанса».

И сегодня при испытании на механическую надежность су­ довой радиоэлектронной аппаратуры при холостом режиме двигателей судна, стоящего у пирса, нередко обнаруживается разрушение креплений микромодулей и т. п., обусловленное •н изкоч астотными кол еб а н иями.

Амортизация приборов, блоков или узлов РЭА является основным способом их защиты от воздействия вибрации, удар­ ной тряски, резкого изменения скорости во .время транспорти­ ровки или прямых ударов, непосредственно воспринимаемых аппаратом.

В результате механических воздействий в конструктив­ ных связях прибора возникают значительные инерционные

51

динамические силы и перегрузка может составить 2,5—5g, а при транспортировке — 7g. При сильных ударах, восприни-' маемых фундаментом, мгновенно действующая перегрузка может практически превысить 100g.

В настоящеевремя ещеие представляется возможности по­ высить прочность многих элементов радиотехнической аппа­ ратуры (электронные лампы, электронно-лучевые трубки, кварцевые и керамические элементы, некоторые реле и т. п.) до такой степени, чтобы они выдерживали максимальные пе­ регрузки, возникающие при эксплуатации. К тому же это привело бы к ненормальному увеличению габаритов и веса аппаратуры; повысило бы стоимость ее изготовления. Поэтому

где g— ускорение силы тяжести.

Сообщим телу вертикальные перемещения q. При этом

52

где с —жесткость пружины;

Wo — начальное значение потенциальной энергии. Уравнение движения твердого тела в форме уравнения

Лагранжа второго рода будет иметь вид:

где Q;—обобщенные силы, не имеющие потенциала; п. —число степеней свободы системы.

Рис. 7

В общем.случае для колебательной системы составляется столько уравнений Лагранжа, сколькими степенями свободы она обладает.

53-

Кинетическая энергия системы [12] в общем случае будет

через линейные или угловые перемещения qi, q2.... q„, назы­

Если ввести .понятие «функция Лагранжа», иногда ее назы­ вают «кинетическим потенциалом», L = E — W, то уравнение (47) в самом общем виде запишется так:

для получения динамических дифференциальных уравнений колебательного движения.

55-

-или с учетом (58)

Таким образом, если за •начало отсчета системы принять 'положение центра тяжести масс, опустившегося «на .величину

• qC n то уравнение свободных колебаний приобретет вид

Общее решение.дифференциального уравнения (62) в этом случае будет

q = A sin фо cos cot + A cos фо sin cot.

.56

то

С ? + С ^ = А 2 .

Отсюда

А — ]/~С? + С*;

r _ vo

"Тогда

(66)

sin сро

б) — с в о б о д н ы м и .

(cot -f- фо) —- фаза колебаний; Фо — начальная фаза.

По истечении периода колебаний Т фазовый угол изменя­ ется на величину 2 л.

Следовательно,

со (t - { - Т) 4 фо = cot + фо + 2 я.

Отсюда

(68)

ГПодставляя

V m

•получаем

-58

Величина, обратная Т, называется циклической частотой..

Применительно к колебательной системе с демпфирующим устройством (успокоителем) (рис. 7, в) уравнение Лагранжа запишется так:

dL_ _

где Р — коэффициент успокоения, зависящий от конструкции демпфера (успокоителя).

По аналогии с уравнением (60)

59-