книги из ГПНТБ / Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики

ботанных автором применительно к механическим испытаниям, приведен в гл. VI.

Программа испытаний на устойчивость к воздействию окру­ жающей среды должна включать в себя возможность оценки изделия на всех стадиях его разработки.

Испытания на устойчивость к внешним воздействиям, приме­ нительно к этапам проектирования и производства могут быть подразделены на следующие основные виды;

испытания на стадии разработки (конструкторские); определительные испытания при подготовке к серийному

производству; периодические (типовые) испытания;

приемо-сдаточные испытания.

В процессе испытаний изделия на стадии его разработки должна быть проведена проверка качества и устойчивости изде­ лий по отношению к внешним воздействующим факторам. На этой стадии испытания дают наибольший эффект, так как имеется полная возможность устранения всех ненадежных элементов и деталей, которые отказывают во время проведения испытаний. При планировании работ по проведению испытаний исходят из предпосылки, что наиболее тщательно должны проверяться все новые конструктивные и схемные решения, материалы, комплек­ тующие элементы. Стандартные унифицированные и ранее исполь­ зованные конструкции в процессе проведения испытаний на стадии разработки могут быть проверены только частично или совсем не проверяться. После анализа результатов испытаний и выяв­ ления причин отказов намечают способы улучшения конструкции и схемы изделия.

Испытания опытного образца проводятся для определения правильности принятых в процессе разработки конструктивных и технологических решений. В отличие от испытаний на стадии разработки, в этом случае испытывается образец, изготовленный

взаводских условиях по имеющейся технологии. Результаты испытаний на этой стадии позволяют судить о степени соответ­ ствия изготовленного образца требованиям технического задания.

После запуска изделия в производство проводят периодические (типовые) и приемо-сдаточные испытания, цель которых состоит

втом, чтобы установить соответствие конкретных изделий дей­ ствующим на них техническим условиям.

Этапы подготовки и проведения испытаний. Проведение испы­ таний на воздействие внешних условий, независимо от стадии изготовления изделий, состоит из ряда этапов, каждый из которых должен быть тщательно подготовлен непосредственно перед про­ ведением испытаний.

На первом этапе подготовки к испытаниям необходимо опре­ делить цель испытания и получить дополнительные сведения об объекте испытаний. На втором этапе должен быть проведен ана­ лиз испытуемого изделия, предусмотрены критические условия

60

работы и возможность отказа при воздействии некоторых факто­ ров, а также определены последовательность и порядок проведе­ ния испытания. На следующем этапе устанавливается методика испытаний. При этом должна быть выбрана и откалибрована изме­ рительная аппаратура, подготовлены условия для фиксирования результатов испытаний, установлены необходимые данные для сравнения полученных в результате испытания параметров с тре­ бованиями, указанными в технической документации.

При подготовке испытания следует тщательно решить вопросы, непосредственно связанные с проведением испытания, в том числе: монтаж изделия на испытательной установке; методы отсчета данных, учет влияния дополнительных факторов, например местных резонансов конструкций, перегрев отдельных частей прибора и т. п. При этом необходимо предусмотреть меры, исклю­ чающие влияние датчиков и измерительной аппаратуры на ре­ зультаты испытаний. Так, датчики могут оказаться дополни­ тельными теплоотводами и улучшить тепловой режим изделия, а акселерометры повлиять на вибрацию мелких изделий и т. п.

Особое внимание обращается на подробную разработку мето­ дики испытаний применительно к особенностям конструкции и электрической схемы испытуемого образца.

Взаключении производят обработку полученных данных, вычерчивают графики, диаграммы или подготавливают результаты испытаний для использования в вычислительных машинах при статистической обработке.

Впубликациях МЭК изложены общие положения по методике проведения климатических и механических испытаний, пред­ назначенных для оценки стойкости радиэлектронной аппаратуры

иее элементов при различных условиях эксплуатации, транспорти­ рования и хранения. Основной целью выпуска таких рекомен­ даций является обеспечение повторяемости результатов путем использования единых методов испытаний и единых требований

киспытательным установкам.

Под испытанием аппаратуры, согласно указанной рекомен­ дации, понимается некоторый комплекс мероприятий, объеди­ ненных одним названием, например «Испытание на вибрацию».

При проведении испытаний должен быть проведен ряд после­ довательных операций.

Первоначально испытуемые образцы подвергают предвари­ тельной выдержке. При этом-их помещают в заданные технической документацией климатические и механические условия, для того чтобы изделие достигло определенного стабильного состояния, например температурной стабильности.

По окончании предварительной выдержки для определения технического состояния образцов проводят первоначальные изме­ рения.

Далее изделие подвергается собственно испытаниям или вы­ держке в заданных условиях. По окончании испытания следует

61

операция восстановления, когда образцы находятся в определен­ ных условиях, например при нормальном атмосферном давлении, до достижения ими стабильного состояния. Окончательной опера­ цией испытания являются заключительные измерения, результаты которых сравниваются с данными первоначальных измерений с целью выявления влияния на образец комплекса операций, проведенных в процессе испытания.

Общие требования к условиям испытаний. При испытаниях за температуру окружающей среды принимают температуру камеры или помещения, в которых размещаются испытуемые образцы. Если температуря воздуха вблизи испытуемой аппара­ туры повышается вследствие воздействия мощности рассеяния, то за температуру окружающей среды принимают среднюю тем­ пературу среды в определенный момент времени. При нормальном атмосферном давлении эту температуру измеряют на расстоянии, равном половине расстояния от испытуемого образца до стенки камеры, или на расстоянии 1 м от образца, в зависимости от того, какое из них меньше.

Температурная стабильность при испытаниях считается до­ стигнутой тогда, когда температура образца не отличается больше чем на 3° С от так называемой окончательной температуры при испытаниях или она соответствует температуре, указанной в тех­ нических условиях.

Окончательной температурой для нетеплорассеивающих об­ разцов считается средняя температура в камере, а для теплорас­ сеивающих образцов — температура, которая изменяется при двух последовательно проводимых во времени измерениях не более чем на определенную величину.

При проведении климатических и механических испытаний радиоэлектронной аппаратуры и ее элементов нормальными атмо­ сферными условиями испытаний считаются условия, в которых температура находится в пределах от 15 до 35° С, относительная

в помещении, где трудно поддерживать температуру в указанных выше пределах, возможно увеличение диапазона температур от

10 до 40° С.

Кроме нормальных атмосферных условий испытаний разли­ чаются нормальные атмосферные условия приведения и арбитраж­ ных испытаний и нормальные атмосферные условия восстанов­ ления.

Нормальные атмосферные условия приведения и арбитражных испытаний введены для возможности сравнения параметров, в значительной степени зависящих от значения температуры или давления, или обоих указанных факторов. Нормальным атмосфер­ ным условием приведения соответствует температура 20° С и атмосферное давление 1000 мбар. В случае если зависймость параметров от температуры или давления известна, то их значе-

62

ния, измеренные в нормальных атмосферных условиях испытания, приводятся к значениям, соответствующим нормальным атмосфер­ ным условиям приведения.

Измерение параметров в нормальных атмосферных условиях арбитражных испытаний производят в случаях, когда эти пара­ метры в значительной степени зависят от температуры, давления и влажности и эти зависимости неизвестны.

Нормальным атмосферным условием арбитражных испытаний соответствуют следующие условия: температура 20 ± 1° С; отно­ сительная влажность от 63 до 67% и атмосферное давление от 860 до 1060 мбар. Кроме того, арбитражные испытания также проводятся при температуре 23 ± 1° С и относительной влаж­ ности 48— 52% или температуре 27 + 1°С и относительной влажности 63— 67%, что специально оговаривается в технической

в процессе испытания подвергают операции восстановления, ука­ зывают фактически существующую температуру с допуском ± 1° С, которая должна быть в пределах 15— 35° С. Этим условиям должна

55, ± 2° С, относительной влажности не свыше 20% и атмосфер­ ном давлении 860— 1060 мбар. Указанные выше условия считаются нормальными условиями сушки. В других случаях условия сушки в процессе испытания должны особо оговариваться в технической документации. Если при испытании на сухое тепло температура испытания изделий ниже чем 55° С, то сушка должна произво­ диться при этой температуре. Важное значение при проведении климатических и механических испытаний является последова­ тельность различных видов испытаний. Количество образцов, подвергаемых испытаниям для определения соответствия изделий установленным требованиям, указывается в технических усло­ виях.

Предварительно все образцы подвергают первоначальным измерениям, а затем разбивают на отдельные группы. Одну из групп образцов подвергают испытаниям только на длительное тепло. Основную группу образцов подвергают вначале механи­ ческим, а затем климатическим испытаниям. Последовательность климатических испытаний рекомендуется устанавливать следу­ ющей:

сухое тепло; влажное тепло, ускоренное испытание, первый цикл; холод;

пониженное атмосферное давление; влажное тепло, ускоренное испытание, остальные циклы.

63

Между каждым из э т т испытаний перерыв не должен быть более трех дней за исключением последовательности: влажное тепло, первый цикл — холод; в этом случае перерыв между испы­

ным из всех видов механических воздействий. Объясняется это значительным многообразием различных источников, которые могут оказать воздействие на испытуемую аппаратуру.

Различают синусоидальные одночастотные вибрации, много­ частотные синусоидальные вибрации и случайную вибрацию.

Соотношение между ускорением, амплитудой и частотой вибра­ ционной нагрузки для случая синусоидальной вибрации можно определить из следующих уравнений. Мгновенное значение откло­

(вибрирующего) согласно указанному закону, необходимо найти

Для получения значения g в см/с2 в последнюю формулу необходимо подставить Л в см; <о— рад/с; t — с; / — Гц.

Ускорения в единицах силы тяжести определяют путем деле­ ния полученного результата на 152.

При проведении испытаний на вибрационную нагрузку обычно выделяют три стадии: предварительное выявление резонанса, испытание на вибропрочность и виброустойчивость и оконча­

64

тельное выявление резонанса. При предварительном выявлении резонанса изделие подвергают вибрации с определенной ампли­ тудой во всем диапазоне частот, установленных техническими условиями. При этом проверяют параметры изделий и определяют частоты и амплитуды ускорений, при которых возникают резо­ нансные явления. Далее проводят испытание образцов на вибро­ прочность или виброустойчивость. Рекомендуется применение следующих методов: метод качающейся частоты, испытание на резонансных частотах, испытание на заранее заданных (фиксиро­ ванных) частотах или испытание в условиях случайной вибрации.

При испытании изделий методом качающейся частоты устанав­ ливают амплитуду смещения или ускорения, частотный диапазон и длительность испытаний; при испытании на резонансных или заранее выбранных частотах эти частоты амплитуды смещения или ускорения и длительность испытаний указываются в техни­ ческой документации. После проведения испытаний на вибро­ прочность или виброустойчивость проводят окончательное выявле­ ние резонансных частот. Затем образец вновь подвергают вибра­ ционной нагрузке по всему диапазону частот и определяют резо­ нансные частоты.

Результаты сравнивают с первоначальными данными о значе­ нии резонансных частот. При их совпадении резонансные частоты считают окончательно установленными.

Испытание на вибрационную нагрузку методом качающейся частоты является предпочтительным. В случае невозможности использования этой методики могут быть применены другие способы. При этом в длительность испытаний на вибропрочность или виброустойчивость на заранее заданных или резонансных частотах должно входить общее время, в течение которого образец может подвергаться такой вибрации при эксплуатации.

Испытание на вибрацию на резонансных частотах рекомен­ дуется применять в случаях, когда образцы обладают мало выра­ женными резонансными частотами. Методика испытаний с заранее выбранными частотами применяется, когда условия эксплуатации вызывают преобладающее влияние вибрационных нагрузок только на определенных частотах. Испытание на вибропрочность или виброустойчивость методом качающейся частоты с дополнитель­ ным проведением испытаний на резонансных частотах проводят, иногда у образца наблюдается несколько ярко выраженных резо­ нансов при наличии других, более слабых резонансов.

Испытание на вибропрочность или виброустойчивость методом качающейся частоты без выявления резонансных частот произ­ водят в случае, когда известно, что резонансные явления у изде­ лия отсутствуют.

Испытания на вибропрочность проводят в нерабочем (невключенном) состоянии. При испытании на вибррустойчивость аппара­ тура находится в рабочем состоянии и во время испытаний про­ водятся измерения электрических параметров изделий.

Крепление элементов к вибростенду может быть произведено или только за выводы, или за корпус и выводы. При креплении элементов за выводы места крепления, если дополнительно не указаны другие значения, следует располагать на расстоянии 6 мм от корпуса элемента. Особо необходимо обращать внимание, чтобы внешние соединения, предназначаемые для проведения измерения и подключения питания, имели бы минимальную массу и минимальное влияние на результаты испытания. При испыта­ нии аппаратуру крепят к вибростенду обычным способом, преду­ смотренным ее конструкцией. Следует избегать применения раз­ личных дополнительных креплений. В случае, если аппаратура эксплуатируется с амортизаторами, то и испытания ее произ­

менения.

Когда результаты испытаний зависят от расположения центра тяжести, в технических условиях указывают положение аппара­ туры при испытании и расположение ее по отношению к воздей­ ствующим силам.

При проведении испытаний малогабаритных изделий на воз­ действие вибрации большое внимание уделяют выбору правиль­ ного метода крепления изделий к столу вибростенда. Точность полученных результатов в значительной степени определяется тщательностью обработки конструкции необходимых приспособ­ лений. Проектирование этих приспособлений и их расчет проводят с учетом массы и размеров, а также количества одновременно испытуемых изделий.

Приспособления рекомендуется проектировать в виде сплош­ ного куба или квадратной пластины, прикрепляемых к столу вибратора в одной или четырех точках. Испытуемые изделия крепят либо непосредственно к приспособлениям, либо к спе­ циальным монтажным платам, которые устанавливают на при­ способлениях с применением эпоксидных клеев. Обычно приспо­ собления изготавливают из алюминиевых сплавов, причем наи­ более предпочтительной является конструкция в виде куба. В этом случае имеется возможность размещения испытуемых изделий одновременно в трех взаимно перпендикулярных пло­ скостях по трем сторонам куба.

Собственную резонансную частоту куба / 0 выбирают из усло­ вия

/о > ( 1 ,5 - 2 ) f,

где f — верхняя частота заданного диапазона.

При таком выборе резонансной частоты ускорение в любой точке куба не будет отклоняться от ускорения, создаваемого вибрационной установкой, более чем на 25%.

66

Резонансная частота куба или пластины определяется по фор­ муле

Г800 „

Л>= — кГц-

где а — длина ребра куба или стороны пластины в мм. Толщину пластины h определяют по формулам:

при закреплении в одной точке

она в 2— 3 раза превышала верхнюю граничную частоту заданного диапазона.

Толщину монтажной платы и расстояние между монтажными отверстиями обычно подбирают экспериментально таким обра­ зом, чтобы резонансная частота платы вместе с испытуемым изде­ лием была выше верхней частоты заданного диапазона.

До проведения испытаний необходимо снять частотную харак­ теристику приспособления. Для этого в контрольных точках,

вибрации, поддерживают постоянным ускорение, измеряя его по показаниям контрольного датчика вблизи места крепления приспособления к платформе вибратора, и одновременно прове­ ряя показания датчика, установленного в наиболее удаленной точке приспособления. Если показания обоих датчиков отли­ чаются не более чем на 25% во всем диапазоне заданных частот, то конструкция приспособления считается пригодной для прове­ дения испытаний. Испытательные вибрационные установки обес­ печивают синусоидальное основное движение образца и при этом точки крепления образца двигаются по параллельным направ­ ляющим. Максимальная амплитуда вибрации в точках крепления в любом направлении, перпендикулярном основному, не должна превышать 25% от заданной амплитуды основного колебания.

В процессе испытаний контролируют общее содержание гар­ моник ускорения в точках крепления образца. Допустимо содер­ жание гармоник не более 25% от установленной амплитуды по основной частоте испытаний. Искажение кол'ебаний измеряется в диапазоне частот до 5 кГц или на частоте, в 5 раз превышающей частоту испытания, и при этом учитывается большая величина.

Допуска на амплитуду вибрации в контрольных точках, указывае­ мых в технических условиях, принимают по амплитуде смещения

на амплитуду вибрации. По частоте допуски не должны превы­ шать ± 1 Гц при частоте до 50 Гц и ±2% при частоте свыше 50 Гц. При определении резонанса измерение частоты производят с до­ пуском ±0,5% или ±0,5 Гц, при этом учитывается большая величина.

При всех стадиях испытаний — первоначальном выявлении резонанаса, испытании на вибропрочность или виброустойчивость и при окончательном выявлении резонанса образцы подвергаются вибрации в трех взаимно перпендикулярных осях. Во время вы­ явления резонанса проводят исследование образца для определе­ ния частот, на которых выявляется отказ образца или ухудшение его параметров вследствие вибрации и возникают механические резонансы. Все эти частоты и амплитуды вибрации регистрируют для возможности последующего сравнения с данными, которые будут получены при окончательном выявлении резонанса. Во время испытаний для предварительного определения резонансных частот целесообразно обеспечить установку изделия в рабочее состояние.

Испытание на вибрацию на резонансных частотах произво­ дится обычно в случаях, если число таких частот не превышает четырех. В других случаях целесообразнее проводить испытания методом качающейся частоты. При испытаниях на резонансных частотах последние регулируют таким образом, чтобы они пол­ ностью совпадали с собственной резонансной частотой изделия.

При окончательном выявлении резонанса необходимо преду­ смотреть время, в течение которого у образца восстановятся свойства, которые он имел перед проведением испытаний. После проведения всех испытаний измеряют электрические параметры изделия и проверяют его механические свойства. В технических условиях для проведения испытаний изделий на вибрацию ука­ зывают методику испытаний, оси вибрации, допустимые магнитные помехи, способ крепления, необходимость учета центра тяжести изделия, положение контрольной точки, диапазон частот, ампли­ туду вибрации, длительность испытаний. Кроме того, необходимо указывать электрические параметры, которые измеряются в про­ цессе и по окончании испытания.

Испытания на виброустойчивость проводят под электрической нагрузкой при воздействии вибрации в трех взаимно перпендику­ лярных направлениях по отношению к изделию.

68

Во время испытания частоту вибрации плавно изменяют во всем заданном диапазоне со скоростью не более чем две октавы в минуту. При этом одновременно производится измерение необ­ ходимых параметров изделия и выявляются параметры, критичные к воздействию вибрационных погрузок. В случае, если у изделия обнаруживаются частоты, на которых наблюдается нестабильность работы или ухудшение параметров, производят дополнительную выдержку на этих частотах в течение времени не менее чем 5 мин.

При проведении испытаний для каждого из диапазонов частот устанавливается так называемая частота перехода. На частотах ниже частоты перехода во время испытаний поддерживают не­ изменной постоянную амплитуду. На частотах выше переходной поддерживается неизменной постоянное ускорение.

Диапазоны частот, амплитуда, частота перехода и ускорение,

В случае, если используются электромеханические вибро­ стенды, полные диапазоны частот необходимо разбивать на от­ дельные поддиапазоны.

Испытания проводят, поддерживая в пределах поддиапазона постоянную амплитуду колебаний А, определяемую по формуле

А— 25°g

— f2 ’

где А — амплитуда колебаний, мм;

Испытания на вибропрочность необходимы для проверки способности изделия противостоять разрушающему действию виб­ рации. Испытуемые изделия при этом находятся в нерабочем состоянии.

69