книги из ГПНТБ / Поне Ю.П. Расчет и конструирование аппаратуры проводной связи учеб. для техникумов

тельно превышают деформации растяжения—сжатия, их необ­ ходимо учитывать в первую очередь. При этом надо помнить, насколько опасно консольное закрепление элементов.

о

• и - ' — » J

го а-21

1

} Ризг

i•

(V)

**>

в -0,251

1,

Рис. 2.1. Размеры стержней в условиях равенства де­ формаций изгиба и растяжения: а — при консольном закреплении; б — при жестком закреплении в обоих

концах

Для получения минимальных деформаций при любых направле­ ниях внешних нагрузок наиболее выгодно жесткое закрепление элементов в обоих концах.

Влияние размеров и веса. Чем крупнее изделие, тем большее усилие оно испытывает при ускорении или замедлении движения, так как увеличение размеров изделия увеличивает его вес, не меняя прочностных свойств материала.

В формулах (2.1) и (2.2) дана зависимость деформации от на­ грузки. Рассчитаем теперь, во сколько раз увеличится деформация

20

Следовательно, при любых видах нагрузки (растяжение, сжа­ тие, изгиб, кручение), осуществляемой силами тяжести, инерции или ударами, деформация увеличивается прямо пропорционально квадрату увеличения размеров изделия. Поэтому, чем больше ожидаемая нагрузка, тем меньшими должны быть размеры из­

по его способности со­ противляться деформации от собственного веса. Чем больше

отношение Е к у, тем меньше деформация. Эти отношения для некоторых материалов даны в табл. 2.2. В нагруженных круп­

малым отношением Ely.

Влияние ударов. Обычно удар воспринимается кожухом или каркасом изделия и в основном действует на стыки деталей и места крепления. Это происходит из-за того, что элементы, непосред­ ственно получившие удар, смещаются в пространстве по отноше­ нию к остальным элементам, продолжающим сохранять непо­ движное положение ввиду инерции покоя. Правда, удар вызывает затухающие колебания, но они-уже менее опасны.

Величина удара характеризуется ускорением g, возникающим у изделия или его элемента в момент удара. Буквой g обозначается ускорение, равное 9,81 м/с2 .

Вызванные ударами механические нагрузки подчас во много раз превышают собственный вес изделия, что требует специальных

21

ного угольника каркаса это явится аксиальной нагрузкой, гори­ зонтальные угольники получат изгибающее усилие, а в местах сварки угольников разность инерционных сил вызовет напряжения среза. При этом расположенные на горизонтальной плате элементы получат ослабленный удар в вертикальном направлении. •

Влияние вибраций. Воздействие вибраций характеризуется знакопеременной нагрузкой, обладающей большой частотой, но малой силой. Периодическое воздействие знакопеременной на­ грузки в течение продолжительного времени вызывает усталостные деформации, которые могут привести к поломке деталей.

Рис. 2.2. Собственные частоты колебаний

Каждая механическая система имеет свою р е з о н а н с н у ю ч а с т о т у . Если частоты колебания внешней силы близки к соб­ ственным резонансным частотам, то может наступить резонанс, а стало быть, и разрушение резонирующей системы. Это очень опасное явление, так как большинство конструкций не выдержи­ вает резонанса.

Собственная частота простой механической колебательной системы равна

где т — колеблющаяся масса; с— жесткость системы.

Чем жестче система, тем выше собственные резонансные ча­ стоты. В то же время система тем жестче, чем меньше расстояние от колеблющейся массы до места закрепления стержня и чем жестче он закреплен. Сравнение резонансных частот при разных схемах закрепления приведено на рис. 2.2.

На собственную частоту колебания влияют размеры конструк­

Соотношение Ely может служить и характеристикой сопро­ тивления материала вибрациям. Чем больше это соотношение,

22

тем выше собственная частота колебания конструкции из данного материала.

Защита от механических воздействий. Удары и вибрации гасятся всеми элементами, что и учитывается при конструирова­ нии изделия и его составных частей. Амортизация осуществляется использованием как гасящих свойств материалов, так и с помощью различных прокладок, пружин или упоров, некоторые из которых показаны на рис. 2.3. Алюминий гасит удар в 2—4 раза лучше стали, но в 2—3 раза хуже дерева и в 6—10 раз хуже резины. В ответственных случаях и при больших нагрузках применяют специальные резиновые, резино-металлические или пружинные амортизаторы типов АКС, АД, АЛД и др.

Рис. 2.3. Амортизирующие упоры

Наиболее часто в качестве амортизирующего материала ис­ пользуют резину. Это обеспечивает простоту и легкость конструк­ ции и ее низкую стоимость, но, к сожалению, резина плохо выдер­ живает большую и длительную деформацию, стареет под воздей­ ствием тепла и солнечной радиации, а при низких температурах становится жесткой (при —30° С она теряет треть своей эластич­ ности, а при —60° С вообще становится непригодной.)

Металлические пружины свободны от температурных ограни­ чений, но у них очень мало собственное затухание.

Рассмотрим колебание установленного на амортизатор из­ делия (рис. 2.4). Амплитуду колебания изделия относительно

лия при той же амплитуде колебания основания, т. е. чем меньше коэффициент у, тем лучше амортизация.

Коэффициент у характеризует и степень уменьшения частоты колебания изделия, что графически показано на рис. 2.5 и вы­ ражается уравнением

23

колебаний изделия а и з д стремится к бесконечности. Во всем диа­ пазоне от 0 до v/v 0 = 1,4 амплитуда колебания изделия будет больше амплитуды колебания основания, т. е. амортизатор будет не гасить, а усиливать вибрацию. Только при v/v 0 > 1,4 коэффи­ циент у < 1. и вибрационная нагрузка на изделие уменьшается.

В техническом задании на изделие значение внешней нагрузки задается, а частота колебаний аппаратуры на амбртизаторах рас­ считывается по формулам:

веса изделия, мм; Р — вес изделия, кгс; с — показатель жесткости амортизатора, указывающий на вес изделия, достаточный для деформа­ ции амортизатора на 1 мм.

\1о

1 .

где xt — координаты центров тяжести i-x отдельных составных частей изделия до оси координат, проходящей вдоль одного края изделия; у( — то же, до второй оси координат; X, Y— соответ­ ствующие координаты центра тяжести изделия; Р{ — веса г-х составных частей изделия.

Расчет центра тяжести изделия следует вести укрупненно по блокам и лишь в случае явной асимметрии распределения веса

ность, загрязненность атмосферы, пыль, биологические воздей­ ствия и солнечная радиация.

Температура. С повышением температуры уменьшается меха­ ническая прочность пластмассовых деталей, размягчаются за­ ливочные компаунды, увеличивается омическое сопротивление проводников, значительно ухудшается надежность и работоспо­ собность электронных элементов, в особенности транзисторов

имикромоделей, растут диэлектрические потери.

Спонижением температуры уменьшается пластичность мате­ риалов, возникает опасность растрескивания пластмассовых де­ талей с металлической арматурой, меняются характеристики полу­ проводников.

Частые колебания температуры способствуют образованию микротр^щин в лакокрасочных покрытиях и заливочных компаун­

дах, что порой влечет за собой их отрыв от стенок корпусов. В образовавшиеся зазоры проникает влага, вызывая коррозию и ухудшая изоляционные свойства. При дальнейшем понижении

новится относительная влажность т при том же объеме водяных частиц в воздухе. При определенном содержании влаги в воздухе понижение температуры вызывает выпадение конденсата. Эту температуру называют т о ч к о й р о с ы . Оседание влаги в виде росы резко ухудшает изоляционные свойства диэлектриков, способствует набуханию материалов и коррозии металлов.

непроводящих пленок на контактных поверхностях. При неблаго­ приятных обстоятельствах уже через 100 ч воздействия влаги контактные поверхности реле и переключателей могут полностью выйти из строя. Для получения надежных соединений приходится применять магнитоуправляемые герметизированные контакты.

25

По решению Международной электротехнической комиссии

Загрязненность атмосферы. К веще­ ствам, загрязняющим атмосферу, отно­ сятся органическая и, неорганическая пыль, сажа, различные соли и дру­ гие химические соединения и газы. Находясь в атмосфере, они,впитывают­ ся влагой и оседают на поверхности изделия, резко увеличивая скорость коррозии металлов и снижая диэлек­ трические свойства материалов. По­ этому не столь опасна высокая отно-

Рис. 2.6. Изменение относительной влажности с изменением темпера­ туры t при постоянном содержании влаги.

Цифры у кривых — относительная влажность т, %; А — количество воды в объеме; Б — относительная влажность при tt; В — точка росы при t.

Пыль. Источниками пыли являются продукты горения и испа­ рения различных веществ на промышленных предприятиях, об­ ломки горных пород, частицы почвы, остатки растительных и жи­ вотных организмов, споры растений, мельчайшие частицы соли, образующиеся при испарении морской воды.

В воздухе может находиться от 0,25 до 60 мг/м3 пыли; средние значения годовых осадков пыли приведены ниже:

26

Частички пыли имеют малые размеры (0,1—20 мкм) и спо­ собны, легко распространяясь в пространстве, проникать через неплотные соединения. Пыль при­ носит много вреда, так как всегда содержит микроскопические ча­ стички, которые, всасывая воду из влажного воздуха, ухудшают диэлектрические свойства мате­ риалов, ускоряют износ и корро­ зию, что может быть причиной нарушения контактных соедине­ ний.

(более 85%) при теплом и неподвижном воздухе. Образование и

27

Т е р м и т а м и обычно повреждаются деревянные изделия, кабели, пластмассы, изготовленные на основе целлюлозы, и кожа. Отдельные части аппаратуры, выполненные с применением сукна, войлока и других матерчатых материалов, могут поражаться м о л ь ю .

В тропическом климате аппаратура может подвергаться воз­ действию различных б а к т е р и й . Наиболее часто поражаются некоторые виды лакокрасочных покрытий, заливочных компаун­ дов и изоляции проводов.

Солнечная радиация. Лучи солнца воздействуют на наружную поверхность аппаратуры. Инфракрасная часть спектра является переносчиком тепла, под воздействием которого происходят: значительный нагрев поверхности, растрескивание лаков, уско­ ренное старение и усадка пластмассовых деталей. Ультрафиоле­ товая (коротковолновая) часть спектра оказывает фотохимиче­ ское воздействие, портит надписи, шильдики, меняет цвет термо­ пластических деталей.

Старение материалов. Это явление характеризуется медленным изменением физико-механических свойств материала под воздей­ ствием температуры, окружающей среды и внутренних напряже­ ний, образовавшихся в изделии еще при его изготовлении. Чем выше температура и чем больше механическая нагрузка, тем быстрее протекает старение. Старение происходит в изделиях, находящихся как в рабочем, так и в нерабочем состоянии.

В АПС широко применяются предварительно изогнутые кон­ тактные пластины. В процессе эксплуатации они непрерывно под­ вергаются импульсным нагрузкам, что вызывает старение мест изгиба; проходит несколько лет, и пластины распрямляются, вследствие чего контактное давление уменьшается на 2—3 гс.

Наибольшее влияние старение оказывает на изоляционные материалы. Старея, пластмассовые детали резко изменяют свои механические свойства, становятся хрупкими, растрескиваются, коробятся, их размеры теряют точность. Старение значительно изменяет также параметры электрических элементов, в особен­ ности полупроводниковых приборов.

Влагозащита. Необходимая степень влагозащиты аппаратуры зависит от условий ее эксплуатации, примененных материалов и комплектующих элементов, а также от конструкции кожуха.

Чтобы облегчить теплоотвод от аппаратуры, эксплуатируемой в помещении (П), ее заключают в кожух с жалюзями, отверстиями или окнами для выхода теплого воздуха. Находящаяся в окру­ жающей атмосфере влага проникает через эти отверстия в изделие, и от нее следует в одинаковой степени защищать поверхности как всех наружных, так и всех внутренних деталей и радиоэлектрон­ ных элементов.

У аппаратуры, эксплуатируемой под навесом (Н), условия для проникновения влаги в изделие — те же, но ввиду непосредствен-

28

ного воздействия атмосферы и туманов процент относительной влажности тут выше; он может достигать 98% при +40° С.

Аппаратура, эксплуатируемая под прямым воздействием атмо­ сферы (А), должна быть достаточно защищена от дождя, снега, тумана, брызг, грязи, пыли и песка, и обычно выполняется в гер­ метичном исполнении или же содержит герметизированные схем­ ные элементы.

При герметизации изделия или крупных его узлов необходимо принять меры против образования в них росы в случае резкого понижения температуры. Связь между температурой и относи­ тельной влажностью в замкнутом объеме была показана на рис. 2.6.

При конструировании изделий для тропического климата (Т) необходимо особое внимание уделять защите от высокой темпе­ ратуры, большой относительной влажности при высокой темпе­ ратуре, от биологического воздействия и солнечной радиации.

Для комплексной защиты изделий применяют: обволакивание, пропитку изоляционными материалами, заливку смолами и ком­ паундами, опрессовку изоляционными материалами, защиту ко­ жухами, вакуумплотную герметизацию, кондиционирование воз­ духа и защитную упаковку.

О б в о л а к и в а н и е заключается в создании по всей поверхности узла или блока плотной влагонепроницаемой пленки из лакокрасочного покрытия или эпоксидной смолы. Обволаки­ вание наиболее широко применяют для влагозащиты блоков с электроэлементами на печатном монтаже, так как оно хорошо защищает не только саму плату, но и паяные соединения и на­ весные элементы.

П р о п и т к а служит главным образом для защиты катушек. При пропитке все поры и промежутки между неплотно прилегаю­ щими деталями заполняются электроизоляционными материалами. Для изделий тропического и морского исполнения пропитка ка­ тушек обязательна.

З а л и в к у применяют для защиты от влаги как отдельных сборных единиц, так и целых изделий. Хотя заливка утяжеляет изделия и практически делает их неремонтопригодными, но зато она придает им механическую прочность и улучшает теплоотвод.

Оп р е с с о в к у производят термопластичными материалами

иприменяют для влагозащиты изделий несложной конфигу­ рации.

З а щ и т а к о ж у х а м и надежно преграждает влаге доступ к деталям. Изготовляют кожухи из холоднокатаной стали марки 08кп, латуни или алюминия; они могут быть гнутыми, тянутыми, сварными или паяными.

В а к у у м п л о т н а я г е р м е т и з а ц и я — наиболее эф­ фективный способ влагозащиты, но он сложен, трудоемок и дорог. Для вакуумплотной герметизации применяют металлические ко­ жухи, которые закрываются крышками с проходными изоляторами для выводов.

29