laba_K7m`

Московский энергетический институт (Технический университет)

Кафедра радиоприёмных устройств

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА К-7м

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ РЭА

по курсу КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ РЭА

2

АННОТАЦИЯ

виброчастотных характеристик системы «аппарат – амортизатор», свойств амортизаторов на натурной модели, а также проведение лабораторных исследований собственных частот элементов в зависимости от способов их закрепления на коммутационной плате. Работа предполагает домашнюю подготовку, коллоквиум, лабораторное занятие и защиту полученных экспериментальных результатов.

Работа К7м является модернизацией ранее поставленных в разные годы вариантов работ (авторы: Сорокин С.А., Соловьёв Н.М., Моргунова Н.Я.).

Автор данной версии работы К7м – ст. преп. к.т.н. Сазонова Л.Т. Работа поставлена при участии студентов А.А.Логачёва, Д.А. Малага, С.В. Сергеева.

3

1. Цель работы

Ознакомление с методами защиты аппаратуры от вибраций; изучение способов расчёта систем виброизоляции, свойств амортизатора типа АД, АПЧ, АПН, а также проведение испытаний на вибрационной электродинамической установке типа ВЗДС-10А (вибростенде).

2. Состав работы

-домашняя подготовка

-лабораторное занятие

-защита работы.

3.Домашняя подготовка

1.Изучить общие принципы защиты радиоаппаратуры от вибрации [1], [2], [3], способы

расчёта систем виброизоляции и свойства амортизаторов типа АД, АПЧ, АПН.

2.Изучить устройство вибростенда и правила обращения с ним. Изучить правила обращения с приборами, используемыми в работе.

3.Изучить свойства амортизаторов различного типа.

4.Произвести расчёт собственной частоты колебаний блока (по заданию см. Табл. Д.1) и выбрать амортизатор для повышения виброустойчивости аппарата не менее чем в 2 раза, учитывая также по защите от ударных воздействий.

5.Продумать ответы на контрольные вопросы.

3.1.Указания по выполнению домашнего задания.

1.Выбор амортизатора проводится исходя из нагрузки на него и требуемого соотношения частот собственных и вынуждающих колебаний.

2.Определение нагрузки на амортизаторы проводить с учётом координат центра тяжести блока автогенератора (рис. Д.1). Центр тяжести дополнительных грузов совпадает с центром симметрии – точка 0.

Расстояние центра тяжести от центра симметрии (Х) определяется по формуле:

X = APa / Pб

4

Примечания: - Первая цифра задаёт массу (см. табл. Д.2),

-вторая цифра задаёт угол закрепления (табл. Д.3),

-третья цифра задаёт диапазон частот вибраций (табл.Д.4).

Где: А - смещение центра тяжести блока автогенератора (см. рис. Д.1), Ра - масса блока автогенератора, Рб - полная масса блоков по заданию (табл.Д.2).

Рб = Ра + Рг , где Рг - масса дополнительного груза.

Расчёт собственной частоты колебаний блока производится по следующей формуле:

где Р – средняя нагрузка на амортизаторы.

Значения коэффициентов C и N берутся для каждого типа амортизатора из табл.Д.5.

5

На рис. Д.1 представлены варианты смещения центра тяжести:

Рис. Д.1. Координаты центра тяжести (ЦТ) блока автогенератора без дополнительных грузов для разных углов закрепления.

4. Лабораторное занятие.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ!

При работе на перегрузках, близких к допустимым (3g), следить за показаниями приборов. Анодные токи выходных ламп не должны превышать предельно допустимых (120мА). В случае превышения, немедленно уменьшить уровень возбуждения ручкой «Регулировка уровня».

При закреплении амортизаторов и печатных плат на вибростоле больших усилий не применять.

При смене испытуемых изделий на вибростоле:

а). установить ручку «Регулировка уровня», в блоке усилителя, в крайнее левое положение.

б). в блоке подмагничивания переключить тумблер в положение «Выкл.». При изменении диапазонов частот в генераторе синусоидальных колебаний установить ручку «Регулировка уровня», в блоке усилителя, в крайнее левое

положение.

4.1.Изучение виброчастотных характеристик амортизаторов.

4.1.1. Установить на вибростоле опоры с исследуемым амортизатором, необходимый груз (в виде пластин), пластину с датчиком. Примечание: масса одной пластины – 0,25 кг, масса пластины с датчиком 0 0,25 кг, Рном = 0,75 кг.

4.1.2. Провести вибрационные испытания с целью получения экспериментальных виброчастотных характеристик предложенных амортизаторов. Для этого необходимо:

4.1.2.1.Ручкой «Частота» блока генератора синусоидальных колебаний установить требуемую частоту вибраций.

4.1.2.2.Ручкой «Регулировка уровня» блока усилителя установить требуемую амплитуду вибросмещения А (мм). Амплитуду возбуждения установить по мерному клину, расположенного на крепёжной основе амортизатора.

4.1.2.3.С помощью измерителя ускорения измерить ускорение J на нагрузке

амортизатора.

6

Пункты 1.2.1-1.2.3 проделать в нескольких точках диапазона частот вибраций (минимум в 5 точках, оговорённых в задании).

Результаты эксперимента рекомендуется занести в Таблицу 2.

4.1.2.4. Рассчитать коэффициенты виброизоляции, результаты занести в таблицу и представить их графически в виде экспериментальной виброчастотной характеристики на соответствующем графике.

4.1.3. Сравнить результаты эксперимента и домашних расчётов. Сделать выводы.

4.2.Экспериментальное определение собственных резонансных частот.

4.2.1. Установить на вибростоле плату №1 с радиоэлементами.

Рис. 1 Плата №1

Массы элементов указаны в Таблице 3 и на самих элементах.

4.2.2. Провести вибрационные испытания для получения экспериментальных значений собственных резонансных частот элементов. Для этого необходимо:

4.2.2.1. Ручкой «Регулировка уровня» блока усилителя установить произвольную амплитуду вибросмещения (рекомендуется установить значение анодного ток лампы Л7 блока усиления в пределах 50-60 мА, контролируя его значение по миллиамперметру на передней панели блока).

7

4.2.2.2.Ручкой «Частота» блока генератора синусоидальных колебаний

осуществлять перестройку частоты вибраций от 0 Гц до области собственной резонансной частоты элемента.

Для того, чтобы лучше был заметен резонанс отдельных элементов, они установлены на длинных ножках. Вхождение элемента в резонанс можно определить визуально по значительному увеличению амплитуды раскачивания.

Внимание! Убедившись в том, что элемент вошёл в резонанс, запишите в предварительно подготовленную таблицу частоту резонанса, а затем уведите её вниз ручкой плавной настройки частоты в блоке НЧ – генератора, для того, чтобы вывести элемент из резонанса. Поскольку при собственном резонансе элемент испытывает сильную механическую нагрузку, это приводит к разрушению крепления выводов элемента.

Длины крепёжных выводов элементов h указаны в Таблице 4 и на самих элементах.

Рис.2 Плата №2

4.2.3. Объяснить полученные результаты, сделать выводы.

Рез. частота, Гц

8

5.Контрольные вопросы.

1.Классифицируйте и дайте краткую характеристику основным видам механических воздействий на РЭА.

2.Методы защиты РЭА от механических воздействий.

3.Назначение системы амортизации.

4.Особенности проектирования РЭА с учётом воздействия вибрации на элементы конструкции.

5.Отличия ударного и вибрационного воздействия.

6.Понятие количества степеней свободы амортизированного объекта.

7.Поясните результаты построения виброчастотной характеристики системы аппаратамортизатор, полученной в лабораторной работе.

8.Привести схемы конструкций используемых типов амортизаторов.

9.Требования к конструкции амортизаторов.

10.Что является демпфером в используемых типах амортизаторов.

11.За счёт чего в амортизаторах проявляется жёсткость.

12.Амортизаторы резинометаллические, их особенности и условия эксплуатации.

13.Амортизаторы пружинные с воздушным демпфированием, их особенности и условия эксплуатации.

14.Амортизаторы пружинные с фрикционным демпфированием, их особенности и условия эксплуатации.

КРАТКОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО СТЕНДА ВЭДС – 10а

Вибростенд ВЭДС-10а предназначен для испытания изделий на вибрационные прочность и устойчивость.

Основные технические характеристики:

Общий вид вибростенда изображен на рис. С.3

9

Рис. С.3 Общий вид вибростенда

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЗАЩИТА РЭА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Введение

Спектр применения РЭА в настоящее время достаточно широк. Использование её на нестационарных объектах, таких как самолёты, автомобили, космические объекты и т.д., предъявляет всё более высокие требования в отношении устойчивости к жёстким условиям эксплуатации и надёжности.

При проектировании РЭА, предназначенной для эксплуатации в условиях механических воздействий, в ней должны быть заложены виброустойчивость и вибропрочность, т.е. свойства противостоять разрушающему действию вибрации в заданном диапазоне частот и ускорений.

Все механические воздействия условно подразделяются на три типа: вибрацию, удары и линейные ускорения. Линейным ускорениям подвергаются аппараты, установленные на ракетах, снарядах, самолётах и т.д.

Вибрации и удары являются основной причиной возникновения механических напряжений в деталях и узлах РЭА при её эксплуатации, а также транспортировке. Длительное и интенсивное воздействие механических нагрузок может привести к нарушению конструктивной целостности и преждевременному отказу РЭА. В некоторых случаях эти воздействия могут изменять электрические параметры отдельных элементов и узлов РЭА, и как следствие, ухудшать качество её функционирования РЭА.

Вибрация – это механические колебания упругого тела, возникающие вследствие приложения к нему сил переменного направления. Продолжительное воздействие вибрации вызывает усталость материала из-за огромного числа изменений величины упругих сил в

10

его структуре и из-за непрерывного рассеяния энергии внутри материала. Часто (на практике и при анализе) приходится иметь дело с вибрациями, изменяющимися по синусоидальному закону. При этом перемещение объекта определяется как

X (t ) = B sin(ω t) ,

где Х - перемещение,

В- амплитуда,

ω- частота колебаний.

Скорость и ускорение находятся соответственно как первая и вторая произкодные от перемещения

V (t ) = ω Β cos(ω t )

A(t ) = ω 2 B sin(ω t )

Амплитуда перемещения, частота колебаний и величина ускорения – основные параметры вибрации, от которых зависят механические напряжения в узлах и деталях РЭА. Чтобы оценить механические нагрузки при вибрации, надо определить величины возникающих ускорений в единицах g (g = 9.81 м/с2).

Максимальное (амплитудное) значение величины ускорений можно найти из выражения

J = ω 2 Β .

Или, с учётом, что J принято выражать через g

а) б)

Рис. П.1 При расчёте на виброустойчивость, в основном учитывают вибрации,

воздействующие на РЭА с частотами, лежащими в диапазоне (5-2000) Гц и ускорением

J ≤ 15g .

Удар – это разовое приложение силы в течение короткого промежутка времени. Импульс удара создаёт быстрые изменения ускорений в аппарате и его элементах. Удар характеризуется длительностью, формой ударного импульса и максимальным ускорением, испытываемым объектом. По форме различают два основных вида удара: прямоугольный (а) и синусоидальный (б). Они представлены на рис. П.1 (в различной литературе по виброзащите РЭА можно найти упоминание, помимо приведённых форм удара, о полисинусоидальных, треугольных и формах удара в виде квадрата синуса). Условно время импульса можно считать от момента начала возрастания до момента спада силы удара к уровню 0.1 от максимального значения. Ширина спектра удара будет обратно пропорциональна времени импульса.

f = 1 .

τ и