книги из ГПНТБ / Кан К.Н. Механическая прочность эпоксидной изоляции

С помощью данного прибора можно наблюдать кинетику роста остаточ­ ных напряжений в компаунде, сравнивать различные материалы, изучать влияние различных режимов отверждения на величину возникающих оста­ точных напряжений в компаунде.

Определению остаточных напряжений непосредственно в конструкциях различных изделий с литой изоляцией посвящены работы [ 1 , 8, 70, 90, 99, 134, 138, 147].

Для исследования напряженного состояния герметизирующей изоляции некоторых радиоэлектронных устройств используются элементы, чувствитель­ ные к механическим воздействиям: миниатюрные конденсаторы, ферриты, по­ лупроводниковые кристаллы [70, 99, 147].

Рис. 43. Расположение преобразователей по объему модели [8]

напряжений в литой изоляции высоковольтных элементов цилиндрической формы, основанная на методе освобождения с использованием проволочных тензопреобразователей.

Тензопреобразователи с базой 5 мм наклеиваются на специально изго­ товленные пластинки из эпоксидного компаунда того же состава, что и от­

и после вырезки элементов характеризует деформацию, вызванную напряже­ ниями в литой изоляции. Считая напряжения в вырезанных элементах сня­ тыми, определяют величины действовавших в изоляции напряжений.

В работе [139] рассматривается методика определения напряжений в ме­ ханических моделях деталей, выполненных из отвержденной эпоксидной смолы, с использованием специальных малобазных безосновных преобразо­ вателей сопротивления. Этот метод интересен с точки зрения использования малобазных безосновных преобразователей для измерений деформаций внутри литьевого материала.

Особенности структуры и свойств эпоксидных компаундов ограничивают возможность применения большинства известных методов. Успешно исполь­ зуемые при определении остаточных напряжений в металлах и сплавах ме-

ханические методы измерения обязательно предусматривают разрезку иссле­ дуемого объекта.

Методика разрезки и снятия слоев при помощи шлифовки или травления

же исследуемого объекта из эпоксидного компаунда может внести сущест­

риала в зоне вырезки. Превышение же температуры свыше температуры

его применение возможно лишь для простых конфигураций изоляции. Исполь­ зование фотоупругих покрытий может дать картину напряжений в поверх­

Использование при измерении напряжений в изоляции ферритов, конден­ саторов и полупроводниковых кристаллов, чувствительных к механическим воздействиям, целесообразно в тех случаях, когда сами эти элементы яв­ ляются герметизируемыми объектами. Применение же их в качестве преоб­ разователей для измерения остаточных напряжений в изоляции других изде­ лий затруднительно, так как заливка любых инородных элементов вызывает вокруг них дополнительные области напряжений.

Методика исследования остаточных напряжений, основанная на заливке обычных проволочных тензопреобразователей внутрь литой изоляции с по ­ следующей их вырезкой, дает информацию о напряженном состоянии ком­ паунда независимо от сложности конфигурации литой изоляции, однако она имеет следующие недостатки:

1)необходимость вырезки элементов материала с залитыми в них пре­ образователями;

2)наличие большой базы у выпускаемых промышленностью преобразо­ вателей;

3)невозможность предварительной индивидуальной тарировки преобразо­ вателей;

4)большие поперечные размеры преобразователей;

Рассмотрим более подробно отмеченные недостатки.

Точная вырезка залитого преобразователя в непрозрачном компаунде весьма затруднительна, а большие размеры вырезанного элемента вносят погрешности в распределение напряжений по толщине.

Выпускаемые для продажи проволочные преобразователи сопротивления имеют минимальную базу 5 мм. Если учесть, что размеры преобразователя в целом определяются размерами бумажной подложки и выводов, то оказы­

закруглений, толщина слоя изоляции, расстояние между катушками и т. д.)

с продольными. Этот недостаток препятствует проведению измерений вдоль одного, узкого направления.

Сложное (трехосное) напряженное состояние можно оха­ рактеризовать величинами трех главных нормальных напряже­ ний (Ті, аг и аз. Будем считать, что эти напряжения возникают при температуре Тс и при понижении температуры Т растуткаждая по своей прямолинейной зависимости, аналогичной тер­ морелаксационной характеристике (рис. 44). Таким образом,, значения трех главных нормальных напряжений растут пропор­ ционально разности между температурой стеклования Тс и тем­ пературой литой изоляции Т в

o3(T)=k3(T—Te).

где ki, kz, k3 — соответственно коэффициенты пропорциональ­ ности.

Если известны величины глав­ ных нормальных напряжений при комнатной температуре, то мо­ гут быть определены значения

ляющееся функцией трех главных нормальных напряжений,,

Поэтому, для того чтобы определить 0экв в опасной точке изо­ ляции при любой температуре, достаточно знать оЭ К в при одной какой-либо температуре.

Таким образом, в описываемых ниже экспериментальных методах определения остаточных напряжений используются следующие теоретические предпосылки:

димо знать напряжение 0 О при какой-либо температуре TV

4. Главные нормальные напряжения возрастают при пони­ жении температуры пропорционально разности температур

(Т-Тс).

5. Эквивалентное напряжение также возрастает с пониже­ нием температуры пропорционально разности температур

(Т-Те).

16Прямой метод

Воснову прямого метода положено измерение напряжений внутри литой изоляции с помощью специальных малобазных, предварительно тарируемых безосновных проволочных тензопре- -образователей [46, 53, 126].

Вкаждой исследуемой точке изоляции устанавливаются три преобразователя, ориентированные по трем взаимно перпенди­ кулярным осям. Оси преобразователей располагаются, в свою

очередь, в плоскостях симметрии изоляции, проходящих через исследуемую точку. Благодаря такой ориентации каждый пре­ образователь измеряет одно из трех главных нормальных на­ пряжений. Так как преобразователи предварительно тарируются по механическим напряжениям, то их показания могут быть непосредственно переведены в значения напряжений. В каждом изделии исследуется по нескольку точек, что позволяет судить о распределении напряжений в изделии. Таким образом, пря­ мой метод позволяет определять главные нормальные напря­ жения в заранее выбранных точках литой изоляции. Описывае­ мая ниже методика предполагает определение остаточных на­ пряжений при комнатной температуре. Значения этих же напряжений при различных температурах могут быть найдены по выражениям (31).

При разработке новой конструкции тензопреобразователя в соответствии с анализом недостатков обычных тензопреобразователей необходимо было учесть следующие требования:

1.Так как в реальных конструкциях электро- и радиоэле­ ментов литая изоляция может иметь малые размеры по тол­ щине (3—6 мм), габариты преобразователей должны быть ми­ нимальными.

2.Для того чтобы можно было снимать абсолютные от­ счеты в процессе измерения в течение сколь угодно длительного промежутка времени, конструкция преобразователя должна предусматривать возможность его предварительной индивиду­ альной тарировки по механическим напряжениям.

3.Основа преобразователя не должна вносить каких-либо дополнительных погрешностей в результаты измерений, т. е. по отношению к изоляции преобразователь должен быть безос­ новным.

тый медный провод плотно наматываются 2—3 витка изолиро­ ванного тензочувствительного провода. К медному проводу и к угольному электроду подводится напряжение, равное 8— 10 в, от лабораторного автотрансформатора. При поднесении угольного электрода к месту сварки возникает электрическая дуга, которая расплавляет медь и выжигает эмалевую изоля­

При изготовлении обычных проволочных преобразовате­ лей более трудоемкой опера­ цией является укладка прово­ локи с определенным шагом для обеспечения изоляции вит­ ков друг от друга. Так как для изготовления малобазных тарируемых преобразователей используется изолированный провод, то процесс намотки значительно упрощается, по­ тому что витки укладываются внавал достаточно плотно друг к другу.

теля 4 и оправки, состоящей из двух частей 5 и 6, из которых часть 5 постоянно прикреплена к рамке, а часть 6 имеет воз­ можность смещаться вдоль оси шпинделя. Оправка представ­ ляет собой две шлифованные пластинки толщиной 0,1 мм и шириной 1,5—1,8 мм.

Перед намоткой один из выводов 9 закрепляется в держа­ теле 4 таким образом, чтобы место сварки этого вывода с тен­ зочувствительный проводом располагалось на оправке. К вто­ рому выводу прикрепляется груз / / , создающий необходимый натяг провода. Вдоль оси оправки под проводом укладывается нить 7. Перед намоткой часть 6 оправки плотно прижимается к другой ее части 5. Вращением шпинделя 3 с помощью при­ вода 2 производится намотка внавал провода 8 на оправку. Намотка продолжается до тех пор, пока вторая точка сварки не ляжет на оправку (рис. 46, б). По окончании намотки нить 7

При сжатии преобразователя Дсг<0 разность показаний тензостанции Д Л о < 0 , при разгрузке преобразователя Д о > 0 и ДЛс т >0. Отсюда следует, что коэффициент ка всегда положи­ телен. Как показала проверка, значения ka при сжатии и при растяжении одинаковы.

Ввиду произвольной намотки чувствительного элемента зна­ чения коэффициента ka индивидуальны для каждого преобразо­ вателя и могут значительно отличаться друг от друга в партии

преобразователей. Поэтому величина ka должна определяться при тарировке для каждого преобразователя в отдельности.

Помимо чувствительности вдоль продольной оси, преобра­ зователь обладает также чувствительностью относительно попе­ речных осей. Коэффициенты поперечной чувствительности мотут быть определены таким же путем, как и коэффициент про­ дольной чувствительности. Однако измерения показали, что коэффициенты поперечной чувствительности более чем на по­ рядок меньше коэффициента продольной чувствительности и их

.неучет дает ошибку, не превышающую 7— 10%.

Любой преобразователь, находящийся внутри литой изоля­ ции, дает показания, отражающие как изменение температуры компаунда, так и воздействие механических напряжений: