Методы контроля радиоэлектронной аппаратуры в процессе производства

Производство современной радиоэлектронной аппаратуры не­мыслимо без высококвалифицированного технического контроля. Такому контролю на заводе должны подвергаться как детали и блоки собственного производства, так и детали, поступающие от предприятий смежных отраслей промышленности.

Надежность выпускаемой продукции зависит от средств, мето­дов и систем контроля изделий.

Идеальным контролем является 100%-я проверка всех пара­метров деталей на всех производственных операциях. Однако в этом случае возникают большие экономические и технические трудно­сти, связанные с необходимостью использования большого числа контролеров и дорогостоящего измерительного оборудования. По­этому в процессе производства предусматриваются проверка всех покупных изделий на соответствие техническим условиям, меж­операционная проверка по технологическим картам и чертежам и проверка готовой продукции (выходной контроль).

При производстве радиоэлектронной аппаратуры применяют­ся следующие виды контроля:

рабочий контроль (РК);

профилактический контроль (ПК);

контроль наладки (КН);

контроль режимов (КР);

выборочный контроль (ВК);

статистический контроль (Ст. К).

Рассмотрим основные виды контроля, проводимого на пред­приятии.

Рабочий контроль предусматривает проверку качества изготов­ленной продукции непосредственно у рабочего места (станка, пресса, верстака). Проверка может осуществляться как самим ра­бочим, так и работником отдела технического контроля (ОТК). Контроль проводится визуально или с помощью инструментов и приспособлений, указанных в технологической карте. Контроль может быть 100%-м или выборочным. В процессе контроля может производиться необходимая наладка оборудования или инстру­мента. На приемку ОТК должны предъявляться только годные детали и узлы, проверенные самим исполнителем. При забраков-ке деталей или узлов их возвращают на доработку.

Профилактический контроль предусматривает проверку соблю­дения технологического процесса и качества выпускаемой про­дукции, а также предупреждение массового брака. Необходимость профилактического контроля и выбор его метода определяются результатом предшествующего статистического анализа процесса изготовления аппаратуры. Статистический анализ не только по­могает выявить и устранить основные причины, вызывающие по­явление брака, но и позволяет установить технологические фак­торы, на которые необходимо обратить особое внимание при про­ведении профилактического контроля для обеспечения выпуска высококачественной продукции. Этот вид контроля должен осу­ществляться квалифицированными рабочими, производственны­ми мастерами и технологами, представителями ОТК. Главное внимание технического персонала цеха должно быть направлено на проверку состояния основного оборудования и оснастки, а также на проверку соблюдения технологических режимов. Прове­рочные замеры производятся точными универсальными и конт­рольными инструментами, контрольными приспособлениями и приборами.

Все дефекты продукции и средств производства, выявленные при проверке нарушения технологического процесса, оформля­ются актом проверки и анализируются. По результатам проверки принимаются соответствующие решения и вырабатываются ме­роприятия по устранению дефектов. При повторных проверках следует обращать внимание на выполнение ранее утвержденных мероприятий. В случае возникновения массового брака, а также при внесении крупных изменений в конструкторскую документа­цию и технологические процессы проводится внеочередной про­филактический контроль. За организацию и Проведение профи­лактического контроля несут ответственность начальники цехов и начальник ОТК завода.

Контроль наладки заключается в опробовании оборудования и проводится при использовании нового оборудования или изме­рительного комплекса в процессе изготовления изделия. После про­ведения наладочных работ наладчик обязан изготовить неболь­шую партию деталей и предъявить их ОТК. Иногда этот вид конт­роля сочетается с другими видами контроля для повышения каче­ства выпускаемой продукции (например, профилактический кон­троль, контроль режимов).

Выборочный контроль, а также статистический контроль, как правило, проводятся только при крупносерийном и массовом производстве. При выборочном (или статистическом) контроле по результатам проверки части изделий судят о годности всей предъявляемой продукции. Этот вид контроля осуществляется ме­тодами однократной выборки и последовательного анализа.

Метод однократной выборки состоит в следующем. Из партии готовой продукции произвольно извлекается N изделий. В техни­ческих условиях на изделие предусматриваются объем выборки N и норма количества годных изделий С в общем количестве выбор­ки. В случае, когда из N изделий оказалось М дефектных или не соответствующих техническим условиям, при М > С партия не при­нимается и бракуется, а при М < С партия признается годной. После испытаний принимается одно из трех решений:

1)принять партию;

2)продолжить контроль (извлечь еще одну или несколько выборок);

3)забраковать всю партию. Забракованная партия может быть подвергнута сплошной проверке или полностью изъята и возвращена исполнителю для разбраковки и исправления.

Главными факторами, определяющими надежность выбороч­ного контроля, являются количество изделий, подлежащих конт­ролю, и условия контроля, на основе которых выносится реше­ние о годности партии. Выборочный контроль регистрируется в картах технологического процесса в виде специальной операции с указанием размеров и параметров, подлежащих проверке, а также средств контроля.

Выборочный контроль не может обеспечить полное исключе­ние случаев пропуска брака.

Полную гарантию качества продукции может дать только сплош­ной (100%-й) контроль изделий. Выборочный контроль с тщатель­ной и полной проверкой изделий повышает надежность контроля.

При хорошо организованном технологическом процессе выбо­рочный контроль может осуществляться как на промежуточных, так и на окончательных операциях (выходной контроль). Выбор метода выходного контроля определяется характером причин, приводящих к браку, тщательностью проведения мер по профи­лактике брака и другими причинами.

Изобретение относится к области информационных технологий и может быть использовано при конструировании на компьютере сложных электротехнических изделий. Технический результат заключается в сокращении временных и вычислительных ресурсов, затрачиваемых на конструирование таких изделий, а также в повышении надежности проектируемых изделий за счет раннего выявления дефектов конструкции при проведении анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и унифицированных электронных модулей (ЭМ) в ее составе. Способ проведения анализа долговечности РЭА основан на анализе напряженно-деформированного состояния и подробной расчетной модели (РМ), которая включает подробные модели электрорадиоизделий (ЭРИ) и элементов конструкции. Анализ долговечности РЭА осуществляют с использованием тепловых, деформационных и прочностных РМ РЭА последовательно в четыре этапа: подготовительный этап, этап глобального анализа, этап промежуточного анализа и этап локального анализа. На подготовительном этапе создают тепловые РМ без детализации моделей элементов конструкции, деформационные РМ с детализацией ЭРИ и элементов конструкции, оказывающих влияние на жесткость конструкции, и подробные прочностные РМ конкретных элементов. На этапе глобального анализа проводят расчет температур РЭА, когда используют тепловые РМ. На этапе промежуточного анализа проводят расчет деформаций (перемещений) в РЭА по результатам теплового расчета РЭА этапа глобального анализа, при этом проводят выбор конкретного узла РЭА с использованием деформационных РМ. Затем выполняют локальный анализ, когда проводят расчет напряженно-деформированного состояния ЭРИ и элементов конструкции узла РЭА, по окончании расчета напряженно-деформированного состояния проводят расчет долговечности элементов РЭА, при этом используют прочностные РМ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2573140

Изобретение относится к области информационных технологий и может быть использовано при конструировании на компьютере сложных электротехнических изделий. Реализация изобретения позволяет сократить временные и вычислительные ресурсы, затрачиваемые на конструирование таких изделий, а также повысить надежность проектируемых изделий за счет раннего выявления дефектов конструкции при проведении анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и электронных модулей (ЭМ) в ее составе.

Известен способ проведения анализа долговечности ЭМ. (Прогнозирование надежности узлов и блоков радиотехнических устройств космического назначения на основе моделирования напряженно-деформируемых состояний: моногр. / С.Б. Сунцов, В.П. Алексеев, В.М. Карабан, С.В. Пономарев. - Томск: Изд-во Томск, гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2012. - 114 с.). Детализация используемой при этом расчетной модели (РМ) определяется анализом напряженно-деформированного состояния (НДС) и, как правило, соответствует подробной РМ ЭМ, которая включает: подробные модели электрорадиоизделий (ЭРИ), клеевые соединения, герметизацию, пайку, печатные проводники, переходные отверстия и их металлизацию и др. Данный способ взят за прототип.

Данный способ имеет существенные недостатки:

Использование единой РМ ЭМ с высокой степенью детализации приводит к значительному увеличению временных и вычислительных ресурсов, необходимых для проведения расчета;

Использование нескольких РМ для каждого типа проводимого анализа (тепловой, деформационный, прочностной) создает значительные трудности при формализации краевой задачи и передачи результатов с одной РМ на другую в связи с тем, что имеется большое расхождение в количестве узлов и элементов.

Задачей предлагаемого в изобретении способа проведения анализа долговечности является устранение указанных выше недостатков, а именно:

Снижение временных затрат при проведении расчетов;

Сокращение требуемых вычислительных ресурсов;

Облегчение формализации краевой задачи.

Предлагается проведение анализа долговечности выполнять в четыре этапа, при этом:

Использовать расчетные модели, оптимизированные под конкретный анализ;

Использовать интерполяцию результатов анализов для облегчения формализации краевой задачи и повышения точности передачи результатов с одной РМ на другую.

Поставленная задача решается за счет того, что анализ долговечности РЭА, заключающийся в прогнозировании надежности узлов и блоков РЭА космического назначения, осуществляют поэтапно с использованием созданных тепловых, деформационных и прочностных РМ РЭА, оптимизированных для проведения последующих этапов анализа долговечности, при этом на подготовительном этапе проводят создание тепловых РМ с игнорированием детализации моделей базовых несущих конструкций (скругления, отверстия), печатного узла (электрорадиоизделий, паяное соединение, печатные проводники, переходные отверстия и их металлизация), деформационных РМ с детализацией конкретных ЭРИ, базовых несущих конструкций (металлическая рамка, печатный узел), а также прочих конструктивных элементов РЭА (разъемы, заглушки и пр.), оказывающих влияние на жесткость конструкции; в качестве прочностной РМ используют подробную (детализированную) РМ конкретных элементов конструкции ЭМ, когда учитывают пайку, печатные проводники, металлизацию переходных отверстий; затем на этапе глобального анализа проводят расчет температур ЭМ в составе РЭА, когда используют тепловые РМ ЭМ, при этом учитывают переизлучение с соседних поверхностей ЭМ и теплопередачу теплопроводностью (кондукция) с соседних ЭМ; далее на этапе промежуточного анализа проводят расчет деформаций (перемещений) в ЭМ по результатам теплового расчета РЭА этапа глобального анализа, при этом проводят выбор конкретного ЭМ с последующей передачей температур посредством интерполяции с использованием деформационных РМ ЭМ; затем выполняют локальный анализ, когда проводят расчет напряженно-деформированного состояния элементов печатного узла ЭМ (ЭРИ, пайка, печатные проводники, переходные отверстия) посредством интерполяции результатов расчета деформаций (перемещений) ЭМ, полученных на этапе промежуточного анализа, по окончании расчета напряженно-деформированного состояния проводят расчет долговечности элементов ЭМ, при этом используют прочностные РМ ЭМ.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен алгоритм расчета посредством интерполяции, на фиг. 2 и 3 представлены изображения плоских линейных треугольного и четырехугольного элементов соответственно.

На фиг. 1 изображен алгоритм расчета посредством интерполяции, где:

Этап 0. Подготовительный.

Этап 1. Глобальный анализ.

Этап 2. Промежуточный анализ.

Этап 3. Локальный анализ.

Расчет можно произвести с применением метода конечных элементов. При этом расчетная область аппроксимируется системой элементов. В пределах элемента функция F(x,y,z) определяется следующим выражением:

где N i - функции формы элемента, f i - значение функции F в i-м узле элемента, f i =F(x i ,y i ,z i).

Таким образом, если известны функции формы элементов и узловые значения функции, то можно определить значение функции F в произвольной точке x * , y * , z * расчетной области. Если точка x * , y * , z * совпадает с узловой точкой x j , y j , z j , то:

.

Для определения функции F(x * ,y * ,z *) точки x * , y * , z * , располагаемой внутри или на границе элемента, используется выражение (1).

Рассмотрим методику определения функции F в точке x * , y * , z * на примере элементов первого порядка - плоского треугольного элемента и плоского четырехугольного элемента.

1. Плоский линейный треугольный элемент

Функция F(x,y) на таком элементе (фиг. 2) представляется линейным полиномом:

где i - коэффициенты полинома. Коэффициенты полинома (2) определяются по узловым значениям функции F(x,y). Для этого записывается система линейных алгебраических уравнений:

По правилу Крамера:

где ; ;

.

Детерминанты i можно раскрыть по столбцу, содержащему узловые значения функции:

где d ij - соответствующие детерминанты из (5).

При подстановке (4) и (6) в полином (2) получается:

В результате приходим к выражению (1), где функции формы элемента имеют вид:

Имея функции формы (8) элемента и узловые значения функции, можно вычислить значение функции в произвольной точке внутри элемента.

2. Плоский линейный четырехугольный элемент

Четырехугольный элемент (фиг. 3) в пространстве X, Y отображается на прямоугольник в пространстве , . Функции формы в пространстве , имеют вид:

Если для точки с координатами x * , y * , лежащей внутри четырехугольника, известны соответствующие координаты * , * , то по (1), используя (9), можно определить значение функции F(x( ,), y( ,)) в этой точке.

Зная координаты , , можно легко найти соответствующие им координаты x, y по формулам:

где x i , y i - координаты узлов четырехугольника. Однако обратный переход:

не имеет простого аналитического представления. Поэтому для выполнения этого перехода следует использовать численные методы. Возможно применение метода, аналогичного методу деления отрезка пополам. Его алгоритм содержит следующие этапы:

1. Среди координат x, y узлов четырехугольника существуют значения X min , X max и Y min , Y max , между которыми лежат величины x * и y * .

2. В пространстве , прямоугольник делится на четыре прямоугольника. Для каждого вновь получившегося прямоугольника с помощью формулы (10) определяются X min , X max и Y min , Y max .

3. Используя значения X min , X max и Y min , Y max находим прямоугольник, в который попадает точка с координатами x * , y * .

4. Если условия:

не выполняются, то возвращаются к п. 2. Если же условия выполняются, то переходят к п. 5.

5. Определяется координата * как среднеарифметическое координат по всем узлам прямоугольника. Таким же образом определяется координата * .

6. По формуле:

определяется значение функции в точке с координатами x * , y * .

Способ проведения анализа долговечности РЭА с использованием автоматического построения расчетных моделей в системе геометрического моделирования программно проработан и прошел отладку при конструировании бортовой РЭА космических аппаратов. Практическое применение данного способа позволяет уменьшить сроки конструирования РЭА, что подтверждает эффективность предложенного способа проведения анализа долговечности ЭМ РЭА на основе компьютерного моделирования термопрочностных процессов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ проведения анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), основанный на анализе напряженно-деформированного состояния и подробной расчетной модели (РМ), которая включает подробные модели электрорадиоизделий (ЭРИ) и элементов конструкции, отличающийся тем, что анализ долговечности РЭА осуществляют с использованием тепловых, деформационных и прочностных РМ РЭА последовательно в четыре этапа: подготовительный этап, этап глобального анализа, этап промежуточного анализа и этап локального анализа, при этом на подготовительном этапе создают тепловые РМ без детализации моделей элементов конструкции, деформационные РМ с детализацией ЭРИ и элементов конструкции, оказывающих влияние на жесткость конструкции, и подробные прочностные РМ конкретных элементов, затем на этапе глобального анализа проводят расчет температур РЭА, когда используют тепловые РМ, далее на этапе промежуточного анализа проводят расчет деформаций (перемещений) в РЭА по результатам теплового расчета РЭА этапа глобального анализа, при этом проводят выбор конкретного узла РЭА с использованием деформационных РМ, затем выполняют локальный анализ, когда проводят расчет напряженно-деформированного состояния ЭРИ и элементов конструкции узла РЭА, по окончании расчета напряженно-деформированного состояния проводят расчет долговечности элементов РЭА, при этом используют прочностные РМ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ долговечности РЭА проводят с использованием РМ, оптимизированных под конкретный глобальный, промежуточный, локальный анализ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ долговечности РЭА проводят с использованием интерполяции результатов температур и деформаций (перемещений) РЭА.

Изменение соотношения между частотными возмущения и собственной частотой конструкции (резонансная отстройка).

Демпфирование колебаний.

Введение в состав конструкции РЭА амортизаторов с целью придания вибро и ударо изоляции аппаратуры.

Резонансная отстройка. Направлена на уменьшение или устранение резонансных колебаний.

Для устранения резонансных колебаний необходимо, чтобы 1-я собственная частота колебаний была бы более чем на октаву выше максимальной частоты возмущающих колебаний. Это достигается изменением способа крепления конструкции и постановкой дополнительных опор.

Влиять на спектр собственных частот от колебаний можно изменением геометрических размеров плат, способов их крепления, материала, конфигурации и массы конструкции.

Демпфирование колебания

Один из путей уменьшения демпфирующих (гасящих колебания) свойств конструкции, т.е. повышение рассеяния энергии колебаний за счет сил трения.

Один из эффективных методов повышения устойчивости конструкции, как транспортируемой, так и стационарной, к воздействию вибраций, а также ударных и линейных нагрузок - использование амортизаторов. Действие амортизаторов основано на демпфировании резонансных частот, т. е. поглощении части колебательной энергии. Аппаратура, установленная на амортизаторах, в общем случае может быть представлена в виде механической колебательной системы с шестью степенями свободы: совокупностью связанных колебаний, состоящих из линейных перемещений, и вращательных колебаний по каждой из трех координатных осей.

Фиксация крепежных элементов. При воздействии вибраций возможно отвинчивание крепежных эле­ментов, для предотвращения которого вводят фиксаторы, увеличивают силы трения, устанавливают крепеж на краску и пр. При выборе методов фикса­ции крепежных элементов должны учитываться следующие соображения: обеспечение прочности соединения при заданных нагрузках и кли­матических воздействий; быстрота выполнения соединения, его стоимость; последствия, к которым приведет отказ соединения; срок службы.

Методы повышения механической прочности изделий

Повышение прочности конструкции РЭА связано с усилением ее конструктивной основы, применением ребер жесткости, контровки болтовых соединений и т. д. Особое значение имеет повышение прочности несущих конструкций и входящих в них узлов методами заливки и обволакивания. Заливка пеноматериалом позволяет сделать узел монолитным при незначительном увеличении массы.

lec06.doc

Development and creation of geophysical instruments. Protection of the equipment from mechanical influence

Тема 6: ЗАЩИТА АППАРАТУРЫ

ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ПОМЕХ

Мы все умны, когда дело идет о том, чтобы давать советы, но, когда надо избегать промахов, мы не более как дети.

Менандр. Греческий поэт-комедиограф. IV в. до н.э.

Потому как совет строится на обобщениях, а промах всегда конкретен.

Валерий Самойлин. Уральский геофизик и радиоинженер. ХХ в.

Под прочностью конструкции понимается способность аппаратуры выполнять функции и сохранять параметры после приложения механиче-ских воздействий. Устойчивость конструкции - способность РЭА сохра-нять функции и параметры в процессе механических воздействий.

Откликом, или реакцией конструкции на механические воздействия называют трансформацию и преобразование энергии меха-нического возбуждения. К ним относятся механические напряжения в элементах конструкции, перемещения элементов конструкции и их соударения, деформации и разрушения конструктивных элементов, изменения свойств и параметров конструкции.

Механические воздействия могут приводить к взаимным перемещениям деталей и узлов, деформации крепежных, несущих и других элементов конструкций, их соударению. При незначительных механических воздейст-виях в элементах конструкций возникают упругие деформации, не сказывающиеся на работоспособности аппаратуры. Увеличение нагрузки приводит к появлению остаточной деформации и при определенных усло-виях разрушению конструкции. Разрушение может наступить и при нагрузках, много меньших предельных значений статической прочности мате-риалов, если конструкция окажется подверженной знакопеременным на-грузкам.

Отказы аппаратуры бывают восстанавливаемыми после снятия или ослабления механического воздействия (изменение параметров компонентов, возникновение электрических шумов) и невосстанавливаемыми (обрывы и замыкания электрических соединений, отслаивание проводников печатных плат, нару-шение элементов крепления и разрушение несущих конструкций).

На транспортируемую РЭА в процессе ее эксплуатации воздействует вибрации, ударные нагрузки и линейные ускорения. ^ Гармонические вибрации характеризуются частотой, амплитудой, ускорением. Ударные нагрузки характеризуются числом одиночных ударов или их серией (обычно оговаривают максимальное число ударов), длительностью ударного импульса и его формой, мгновенной скоростью при ударе, перемещением соударяющихся тел. Линейные ускорения характеризуются ускорением, длительностью, знаком воздействия ускорения.

Возникающие при вибрациях, ударах и ускорениях перегрузки оценивают соответствующими коэффициентами. Для уменьшения воздействия вибраций и ударов аппаратуру устанавливают на амортизаторы или применяют демпфирующие материалы.

Воздействие линейных ускорений эквивалентно увеличению массы аппаратуры и при значительной длительности воздействия требует увеличения прочности конструкции. Амортизаторы от линейных перегрузок практически не защищают.

Как показывает опыт эксплуатации транспортируемой РЭА, наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию оказывают вибрации. Как правило, конструкция аппарата, выдержавшая воздействие вибрационных нагрузок в определенном частотном диапазоне, выдерживает ударные нагрузки и линейные ускорения с большими значениями соответствующих параметров.

Понятие виброустойчивости и вибропрочности. В отношении конструкции РЭА различают два понятия: вибрационная устойчивость и вибрационная прочность.

^ Вибрационная устойчивость - свойство объекта при заданной вибрации выполнять заданные функции и сохранять значения своих параметров в пределах нормы. Вибрационная прочность - прочность при заданной вибрации и после прекращения ее.

Воздействие транспортной тряски складывается из ударов и вибраций. Введение амортизаторов между РЭА и объектом в качестве среды, уменьшающей амплитуду передаваемых колебаний и ударов, снижает действующие на РЭА механические силы, но не уничтожают их полностью. В некоторых случаях образованная с введением амортизаторов резонансная система влечет за собой возникновение низкочастотного механического резонанса, который приводит к увеличению амплитуды колебаний РЭА.

Понятие жесткости и механической прочности конструкции. При разработке конструкции РЭА необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую прочность ее элементов.

Конструкция как колебательная система. Во всех случаях нельзя допускать образования механической колебательной системы. Это касается крепления монтажных проводов, микросхем, экранов и других частей, входящих в РЭА.

Основными параметрами любой конструкции с позиций реакции на механические воздействия являются масса, жесткость и механическое со-противление (демпфирование). При анализе влияния вибраций на конструк-ции модулей последние представляют в виде системы с сосредоточенными параметрами, в которой заданы масса изделия m, элемент жесткости в виде пружины и элемент механического сопротивления в виде демпфера, характеризующиеся параметрами k и r соответственно.

При необходимости построения более сложных моделей, например пластины с установленными на ней модулями, можно воспользоваться мо-делью, приведенной на рис. 6.1.1, и при достаточно большом числе ячеек полу-чить модель системы с распределенными параметрами.

Рис. 6.1.1.
Важнейшим показателем механической системы является чис-ло степеней свободы, определяющих положение системы в про-странстве в любой момент времени. Рассматриваемое число степеней свободы кон-струкции зависит от степени ее упрощения, т. е. модель должна в определенной степени отображать реальную конструкцию и быть достаточно простой для исследования.

В системе с одной степенью свободы внешней силе F(t) в каждый мо-мент времени будут противодействовать силы инерции массы F m , жесткости F k и демпфирования Fr:

F(t) = F m + F r + F k . (6.1.1)

F m = m d 2 /dt 2 , F r = r d/dt, F k = k .

Где  смещение системы от положения равновесия под воздействием си-лы F(t).

Линейное дифференциальное уравнение, описывающее состояние системы в любой момент времени:

M d 2 /dt 2 + r d/dt + k F(t). (6.1.2)

Уравнение собственных колебаний системы можно получить, прирав-няв F(t) нулю, при этом получим (без учета начальной фазы):

  exp(-t) sin  o t

Где  o - начальные амплитуда колебаний;  = г/(2m) - ко-эффициент демпфирования;  o =
= 2f o - собственная частота колебаний системы с демпфированием.

В реальных механических системах в каждом цикле колебаний проис-ходят потери энергии затухание колебаний.

Решение дифференциального уравнения вынужденных колебаний системы (при F(t) = F m sin t)име-ет вид:

  exp(-r o t) sin  o t + A в sin t.

Первое слагаемое описывает собственные колебания сис-темы с частотой, второе - вынужденные колебания, где   и A в - амплитуда соответственно собственных и вынужденных колебаний. Когда частота собственных колебаний системы близка к частоте вы-нужденных, в колебательной системе возникает явление механического ре-зонанса, что может привести к повреждению конструкции.

Амортизация конструкции РЭА . Один из эффективных методов повышения устойчивости конструкции, как транспортируемой, так и стационарной, к воздействию вибраций, а также ударных и линейных нагрузок - использование амортизаторов. Действие амортизаторов основано на демпфировании резонансных частот, т. е. поглощении части колебательной энергии. Аппаратура, установленная на амортизаторах, в общем случае может быть представлена в виде механической колебательной системы с шестью степенями свободы: совокупностью связанных колебаний, состоящих из линейных перемещений, и вращательных колебаний по каждой из трех координатных осей.

Эффективность амортизации характеризуется коэффициентом динамичности или передачи, числовое значение которого зависит от отношения частоты действующих вибраций f к частоте амортизированной системы f o .

При разработке схемы амортизации необходимо стремиться к тому, чтобы система имела минимальное число собственных частот и чтобы они были в 2-3 раза ниже наименьшей частоты возмущающей силы.

Для амортизированной аппаратуры следует как можно больше уменьшать собственную частоту, а для неамортизированной, напротив, увеличивать, приближая ее к верхней границе возмущающих воздействий или превышая ее.

Схемы размещения амортизаторов. Конструирование системы амортизации РЭА обычно начинается с выбора типа амортизаторов и схемы их размещения. Выбор амортизаторов производят исходя из допустимой нагрузки и предельных значений параметров, характеризующих условия эксплуатации. К таким параметрам относятся: температура окружающей среды, влажность, механические нагрузки, присутствие в атмосфере паров масла, дизельного топлива и т. д.

Рис. 6.1.2.
Выбор схемы расположения амортизаторов зависит главным образом от расположения аппаратуры на носителе и условий динамического воздействия. На рис. 6.1.2 представлены основные схемы расположения амортизаторов. Вариант "а " довольно часто используется для амортизации сравнительно небольших по габаритам блоков. Такое расположение амортизаторов удобно с позиций общей компоновки блоков на объекте. Однако при этом расположении амортизаторов принципиально невозможно получить совпадение центра тяжести (ЦТ) с центром масс (ЦМ) и не получить рациональной системы. То же можно сказать про вариант размещения "б ". Вариант размещения "в " позволяет получить рациональную систему, однако такое расположение амортизаторов не всегда удобно при размещении на объекте. Размещение типа "г " и "д " является разновидностью варианта "в " и используется в том случае, если лицевая панель блока размещается вблизи амортизатора, расположенного снизу. Размещение амортизаторов типа "е " используется в стоечной аппаратуре, когда высота РЭА значительно больше глубины и ширины стойки. Чтобы ослабить колебания стойки вокруг осей х и у, ставят дополнительно два амортизатора сверху стойки.

Прочность конструктивных элементов. Механическую прочность элементов конструкции проверяют метода-ми сопротивления материалов и теории упругости для простейших конструкций с распреде-ленной и смешанной нагрузкой. В большинстве практических случаев кон-струкции деталей РЭА имеют более сложную конфигурацию, затрудняющую определение в них напряжений. При расчетах сложную деталь заменяют ее упрощенной моделью: балкой, пластиной, рамой.

К балкам относят тела призматической формы, длины которых значи-тельно превышают все прочие геометрические размеры конструкции. Кон-цы балок защемляются (сваркой, пайкой), опираются шарнирно-подвижно (установкой в направляющие) или шарнирно-неподвижно (одиночное винтовое соедине-ние). Пластинами считают тела прямоугольной формы, толщина которых мала по сравнению с размерами основания. К подобным конструкциям от-носят печатные платы, стенки кожухов приборов, стоек, панелей и прочих подобных конструкций. Жесткое закрепление края пластин осуществляется пайкой, сваркой, зажимом, винтовым соединением; шарнирное закрепление - установкой пластин в направляющие, гнездовой соединитель. Рамными конструкциями моделируются многовыводные компо-ненты: микросхемы, реле и пр.

При проектировании конструкции выполняют:

Проверочные расчеты, когда форма и размеры детали известны (вы-явлены при конструировании);

Проектные расчеты, когда размеры опасных сечений неизвестны и их определяют на основе выбранных допустимых напряжений;

Расчеты допускаемых нагрузок по известным опасным сечениям и допустимым напряжениям.

При проведении проверочных расчетов на упругие колебания с уче-том направления воздействия вибраций выделяют детали и узлы, имеющие наибольшие деформации, выбирают расчетные модели, рассчитывают соб-ственные частоты, определяют нагрузки и сравнивают полученные значения с пределами прочности выбранных материалов, при необходимости прини-мают решение о повышении прочности конструкции.

Для увеличения вибропрочности в конструкции отдельных элементов вводятся дополнительные крепления, ребра и рельефы жесткости, отбортовки, выдавки, используются материалы с высокими демпфирующими свойст-вами, демпфирующие покрытия.

Внешние вибрационные воздействия часто задаются довольно узким диапазоном частот. В правильно сконструированной аппаратуре собствен-ная частота f o конструкции не должна находиться в спектре частот внешних воздействий. Хотя любая конструкция обладает несколькими значениями собственных частот, однако расчет выполняется только для низших значений f o , поскольку деформации конструкций в этом случае будут максимальными. Если низшее значение собственной частоты входит в диапазон внешних воздействий, то конструкцию дорабатывают с целью увеличения f o и выхода из спектра частот внешних воздействий.

Под жесткостью конструкции понимается способность системы (элемента, детали) противостоять действию внешних нагрузок с деформа-циями, не допускающими нарушение ее работоспособности. Количественно жесткость оценивается коэффициентом жесткости  = Р/, где Р - дей-ствующая сила;  максимальная деформация. Конструкцию можно представить в виде совокупности элементов (деталей), каждый из которых работает как балка определенной длины и сечения, закрепленная на одном или обоих концах. Известно, что жесткость защемленной на одном конце балки, находящейся под воздействием сосре-доточенной нагрузки, вычисляется по выражению EF/l при работе балки на растяжение или сжатие и по выражению 3EJ/1 3 при работе балки на изгиб (Е - модуль упругости материала балки; F - площадь сечения; J - осевой мо-мент инерции; l - длина балки). Чем больше модуль упругости материала, тем выше жесткость бал-ки. Жесткость конструкции зависит от длины, формы и размеров по-перечного сечения балки.

В таблице приведены параметры материалов, применяющихся для конструкций РЭА. Удельная прочность и жесткость материалов рассчитыва-ется по следующим выражениям:

Для металлов:  p уд = [] p / ,  и уд = [] и 2/3 /  , Е уд = E/

Для неметаллов:  p уд = [] p / ,  и уд = [] и 2/3 /  ,

Где р - плотность вещества.

Параметры конструкционных материалов

Вибрации, направленные ортогонально к плоскости печатной платы, попеременно изги-бают ее и влияют на механическую прочность установленных на ней микросхем и ком-понентов. Если компоненты считать жестки-ми, то изгибаться будут их выводы. Большинство отказов компонентов происходит из-за поломки паяных соединений выводов с платой. Наиболее жест-кие воздействия имеют место в центре платы, а для прямоугольных плат еще и при ориентации тела элемента вдоль короткой стороны платы. Приклеивание компонентов к плате значительно улучшает надеж-ность паяных соединений. Защитное лаковое покрытие толщиной 0,1.. .0,25 мм жестко фиксирует компоненты и увеличивает надежность РЭА.

Механические напряжения на паяные соединения от воздействия виб-раций можно уменьшить: увеличением резонансных частот, что позволяет уменьшить прогиб платы; увеличением диаметра контактных площадок, что повышает проч-ность сцепления контактной площадки с платой; подгибом и укладыванием выводов элементов на контактную площадку,
что увеличивает длину и прочность сцепления паяного соединения; уменьшением добротности платы на резонансе ее демпфированием многослойным покрытием лака.

Экспериментальные данные собственных частот печатных плат

Фиксация крепежных элементов. При воздействии вибраций возможно отвинчивание крепежных эле-ментов, для предотвращения которого вводят фиксаторы, увеличивают силы трения, устанавливают крепеж на краску и пр. При выборе методов фикса-ции крепежных элементов должны учитываться следующие соображения: обеспечение прочности соединения при заданных нагрузках и кли-матических воздействий; быстрота выполнения соединения, его стоимость; последствия, к которым приведет отказ соединения; срок службы.

Следует принимать во внимание возможность замены износившихся или поврежденных деталей, использо-вать вместо винтовых пар быстро сочленяемые элементы: петли, защелки, собачки и пр. Болты должны быть ориентированы головкой вверх, чтобы при отвинчивании гайки болты оказывались на установочном месте. Реко-мендуется применять несколько больших крепежных деталей вместо боль-шого числа маленьких. Число оборотов, необходимых для затягивания или отпускания винта, должно быть не менее 10.

Срок службы конструкции. При колебаниях в конструкциях возникают переменные напряжения и конструкции могут разрушаться при нагрузках, значительно меньших пре-дельной статической прочности материалов из-за появления микротрещин, на рост которых влияют особенности кристаллической структуры материа-лов, концентрации напряжений в углах микротрещин, условий окружающей среды. По мере развития микротрещин поперечное сечение детали ослабля-ется и в некоторый момент достигает критической величины - конструкция разрушается.

Если масса изделия не является критическим фактором, то конструкцию упрочняют, используя материалы с запасом, избегают введения отверстий, над-сечек, сварных швов, ведут расчеты конструкций методом наихудшего случая.

Конструктивную целостность аппаратуры и защиту от ме-ханических воздействий обеспечивает конструкционный материал, который должен удовлетворять заданными меха-ническими и физическими свойствами, обладать легкостью в обработке, коррозионной стойкостью, низкой стоимостью, иметь максимальное отно-шение прочности к массе и пр. В зависимости от сложности несущую конструкцию выполняют в виде единой детали либо составной, включающей несколько деталей, объединен-ных в единую конструкцию разъемными или неразъемными соединениями. В современной аппаратуре с применением микросхем масса несущих конструкций дости-гает 70 % от общей массы РЭА. Основной путь к снижению массы изделий - облегчение несущих конструкций при одновременном обеспечении ими требований прочности и жесткости.

Срок службы конструкции при вибровоздействиях определяется чис-лом циклов до разрушения, которое может выдержать конструкция при за-данном уровне механической нагрузки. Усталостные характеристики материалов выявляются на группе образцов при знакопере-менной повторяющейся нагрузке.

^ 6.2. Защита АППАРАТУРЫ от воздействия помех

Надежность и достоверность работы РЭА и систем зависят от их помехозащищенности по отношению к внешним и внутренним, случайным и регулярным помехам. От правильного решения задачи обеспечения помехоустойчивости элементов и узлов РЭА зависят как сроки разработки изготовления и наладки РЭА, так и нормальное ее функционирование в процессе эксплуатации.

Природа помех. Помехой для аппаратуры является внешнее или внутреннее воздействие, приводящее к искажению аналоговой или дискретной информации в изделии во время ее хранения, преобразования, обработки или передачи. Помеха - непредусмотренный при проектировании РЭА сигнал, спо-собный нарушить ее функционирование. Так как сигналы в РЭА имеют электрическую природу, то при конструировании необходимо учитывать помехи той же природы, как наиболее вероятные источники искажения информации. Помехами могут быть напряжения, токи, электрические заряды, напря-женность поля и др. Источники помех многообразны по физической природе и подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние помехи возникают внутри работающей аппаратуры. Источ-никами электрических помех являются, в основном, блоки питания и токоразводящие цепи. Источни-ками магнитных помех являются трансформаторы и дроссели. При наличии пульсаций выходного напряжения вторичных источников электропитания цепи распределения электроэнергии, тактирующие и синхронизирующие це-пи следует рассматривать как источники электромагнитных помех. Значи-тельные помехи создают электромагниты, электрические двигатели, реле и электромеханические устройства. Внутренними помехами являются также помехи от рассогласова-ния волновых сопротивлений линий связи с входными и выходными сопро-тивлениями модулей, которые эти линии соединяют, а также помехи, возни-кающие по земляным шинам.

Под внешними помехами понимаются помехи сети электропитания, сварочных аппаратов, щеточных двигателей, передающей радиоэлектронной аппаратурой и пр., а также помехи, вызванные разрядами статического элек-тричества и атмосферными явлениями. Действие на аппаратуру внешних помех по физической природе аналогично действию внутренних помех.

Приемниками помех являются высокочувствительные усилители, ли-нии связи, магнитные элементы. Помехи проникают в ап-паратуру непосредственно по проводам или проводникам (гальваническая помеха), через электрическое (емкостная помеха), магнитное (индуктивная помеха) или электромагнитное поле. Многочисленные проводники, входя-щие в состав любой аппаратуры, можно рассматривать как приемо-передающие антенные устройства, принимающие или излучающие электро-магнитные поля.

Гальваническая связь возникает в результате протекания токов и па-дения напряжений на электрических соединениях, общих по цепям питания. Поэтому проводники, объединяющие модули в единую систему, должны быть по возможности короткими, а их поперечные сечения возможно большими, что приводит к уменьшению активного сопротивления и индуктивности проводов. Радикальным способом устранения гальванической помехи является устранение цепей, по которым проходят совместные токи питания и земли как чувствительных к помехам схем, так и сравнительно мощных схем.

Борьба с помехами приобретает все большую актуальность по следующим причинам.

1. Энергетический уровень информационных сигналов имеет тенденцию к уменьшению, а энергетический уровень внешних помех непрерывно увеличивается.

2. Увеличение взаимного влияния элементов из-за уменьшения габаритных размеров активных элементов и линий связи между ними, а также увеличение плотности их размещения.

3. Возрастание уровня помех из-за усложнения систем и расширения применения внешних устройств с большим количеством электромеханических узлов.

4. Внедрение РЭА во все сферы человеческой деятельности.

Рис. 6.2.1. Классификация помех в РЭА
Классификация помех. Помехи могут быть классифицированы по причине наведения , характеру проявления и пути распространения (рис. 6.2.1).

Основные причины, вызывающие искажения сигналов при прохождении их по цепям РЭА, следующие:

А) отражения от несогласованных нагрузок и от различных неоднородностей в линиях связи;

Б) ухудшение фронтов и задержки, возникающие при включении нагрузок с реактивными составляющими;

В) задержки в линии, вызванные конечной скоростью распространения сигнала;

Г) перекрестные помехи;

Е) наводки от внешних электромагнитных полей.

Степень влияния каждого из перечисленных факторов на искажение сигналов зависит от характеристик линий связи, логических элементов и сигналов, а также от конструктивного выполнения всей системы элементов и связей.

Способы снижения помех. Электрическое объединение логических и других элементов РЭА осуществляют связями двух видов: сигнальными и цепями питания . По сигнальным связям информация передается в виде импульсов напряжения и тока. Шины питания служат для подведения энергии к элементам от низковольтных источников постоянного напряжения.

При группировке элементов по узлам и блокам между ними образуется большое число электрически «коротких » и электрически «длинных » связей.

Электрически «короткой» называют линию связи, время распространения сигнала в которой много меньше переднего фронта передаваемого по линии импульса. Сигнал, отраженный от несогласованных нагрузок в этой линии связи, достигает источника раньше, чем успеет измениться входной импульс. Свойства такой линии можно описать сосредоточенными сопротивлениями, емкостью и индуктивностью.

Электрически «длинная» линия связи характеризуется временем распространения сигнала, много большим фронта импульса. В этой линии отраженный от конца линии сигнал приходит к ее началу после окончания фронта импульса и искажает его форму. Такие линии следует рассматривать как линии с распределенными параметрами.

В ИС, ячейках и модулях связи, как правило, электрически «короткие» линии. В более крупных конструктивных единицах РЭА в основном электрически «длинные» линии. Доля «длинных» связей с ростом сложности аппаратуры возрастает.

Помехи в «коротких» связях. При анализе процессов передачи сигналов электрически «короткую» линию связи можно представить в виде эквивалентной схемы (рис. 6.2.2), содержащей сосредоточенные индуктивность L и емкость C (омическим сопротивлением пренебрегают), которые "затягивают" фронты сигналов и тем самым создают задержки срабатывания последующих схем.

Рис. 6.2.2.
В зависимости от геометрических размеров сечений линий, их длины, диэлектрических свойств изоляционных материалов, тот или иной параметр линии может преобладать и оказывать большее воздействие на процессы передачи сигнала, чем все остальные. Для уменьшения задержки в линиях с индуктивным характером связи следует увеличивать входное сопротивление элемента Э 2 , при емкостном характере – уменьшать выходное сопротивление элемента Э 1 .

Помехи при соединении элементов «длинными» связями. Электрически «длинную» линию связи рассматривают как однородную линию с распределенной емкостью С о и индуктивностью L o . Переходные процессы в таких линиях зависят от характера перепада напряжения u вх на входе линии и соотношения волнового сопротивления линии z 0 , выходного сопротивления z r генератора импульсов и входного сопротивления z н нагруженного на конец линии элемента (рис. 6.2.3).

Рис. 6.2.3.
Если линия с волновым сопротивлением z 0 нагружена на сопротивление z н, и z 0 = z н, то такую линию называют согласованной, если z 0 z н, линию называют несогласованной . При этом волна напряжения, достигнув конца линии, отражается от него. Отраженная волна, достигнув начала линии, затухает при z г =z 0 . Если z г z 0 , волна вновь отражается от начала линии.

Процесс поочередного отражения волны напряжения от обоих концов линии связи идет с затуханием и продолжается до тех пор, пока амплитуда отраженной волны не уменьшится до нуля. Отраженные волны напряжения накладываются на падающие, и в итоге форма входного напряжения может существенно исказиться. Аналогичные явления происходят и с волной тока. Отражения волн напряжения и тока могут быть не только от несогласованных нагрузок на концах линий, но и от различных неоднородностей в ней самой.

Методы разводки «длинных» линий связи. В быстродействующих системах, в которых задержка определяется только задержками в цепях связей, основную проблему может составить способ разводки линий между отдельными ИС. В настоящее время существует три способа разводки: радиальный, с промежуточными отводами, комбинированный.

При радиальном способе разводки каждую ИС-нагрузку подключают к ИС-источнику сигнала индивидуальной связью, при этом ИС-источник сигнала должна иметь выходное сопротивление, равное z 0 /n, где n – число нагруженных на нее ИС. При большом n потребуется ИС-источник сигнала с недостижимо малым выходным сопротивлением. Другой недостаток радиального способа - необходимость наличия отдельной линии связи для каждой нагрузки. Поэтому радиальный метод рекомендуют только для небольшого количества нагрузок.

При способе разводки с промежуточными отводами ИС-нагрузки подключают к связи-магистрали и далее к ИС-источнику сигнала через короткие проводники, при этом нагрузочные ИС должны иметь высокие входные сопротивления, иначе они будут перегружать линии связи.

^ Комбинированный способ обеспечивает согласование в любой точке линии связи путем разводки сигналов на нагрузки, размещенные по разным направлениям. При этом число проводников меньше, чем при радиальном способе, а выходное сопротивление источника сигналов допускается сравнительно высоким. Если на линии связи находятся всего две нагрузки, то ИС-источник сигнала можно пометить в любой точке вдоль нее.

Наводки по цепям питания и методы их уменьшения. При использовании одного источника напряжения питание к элементам подводится с помощью двух проводников: прямого и обратного. Часто на элементы необходимо подавать напряжение от нескольких источников с разными номиналами. В этом случае для уменьшения количества шин питания обратные проводники объединяют в одну шину, которую соединяют с корпусом изделия и называют шиной «земля ». В статическом состоянии по цепям питания протекают стационарные токи.

Для уменьшения наводок, связанных с падением напряжения на шинах питания и «земля» и переходными процессами в них, используют различные методы.

Применение индивидуальных сглаживающих конденсаторов (ИСК). ИСК устанавливают между шинами питания и «земля» непосредственно возле точек присоединения электронных устройств к этим шинам. ИСК является как бы индивидуальным источником питания схемы, максимально приближенным к ней физически. В микроэлектронной аппаратуре используются два вида ИСК, устанавливаемые непосредственно у каждой микросхемы и устанавливаемые на группу микросхем в пределах одной ячейки, модуля.

Первый тип ИСК предназначен для сглаживания импульсных помех в момент переключения микросхемы за счет локализации цепи протекания бросков тока в цепи микросхема - ИСК. В качестве таких ИСК используют обычно обладающие малой собственной индуктивностью керамические конденсаторы. Емкость ИСК выбирают, исходя из условия равенства заряда, накапливаемого конденсатором за время переключения микросхемы, заряду, переносимому выбросом тока за время переключения элемента.

Второй тип ИСК, устанавливаемый на группу микросхем, предназначен для компенсации бросков тока в системе электропитания. Это обычно электролитические конденсаторы большой емкости, обеспечивающие исключение резонансных явлений в цепях питания.

Фильтры характеризуются частотой среза и коэффициентом фильтрации, равным отношению сигнала на входе и выходе фильтра. Зная спектр частот полезного сигнала и помехи, и задаваясь определенным ослаблением помехи (в идеале - до нуля), проектируют соответствующие схемы фильтров.

Сетевые фильтры предназначены передавать на выход (в прибор) только частоту сетевого напряжения и подавлять помехи от источника электропитания. Для защиты аппаратуры от перенапряжений в схему сетевого фильтра обычно вводят газораз-рядники, варисторы, стабилитроны, предохранители.

Использование металлического листа в качестве «земли». Этот метод применим для элементов второго уровня конструктивной иерархии РЭА (субблоков, блоков, панелей) и заключается в установке в эти конструктивные элементы сравнительно толстого металлического листа, к которому припаивают обратные провода от всех закрепленных ячеек или модулей.

Использование сплошных металлических прокладок в качестве шин питания. Этот метод применим в случае использования многослойных печатных плат для устройств сверхбыстродействующих РЭА. В таких платах отдельные слои изготовляют с максимально большой площадью металла и применяют их в качестве шин питания, эти слои размещают внутри многослойной платы. При использовании сплошных металлических слоев значительно уменьшаются собственное индуктивное сопротивление шин питания, общие участки протекания токов различных элементов и увеличивается взаимная емкость между шинами питания.

Экраны включаются в конструкцию для ослабления нежелательно-го возмущающего поля в некотором ограниченном объеме до приемлемого уровня или для локализации, где это возможно, действие источника полей. Возможны два варианта защиты. В первом случае экранируемая аппара-тура размещается внутри экрана, а ис-точник помех вне его, во втором - экранируется источник помех, а защищаемая от помех аппаратура распола-гается вне экрана. Первый вариант обычно используют при защите от внешних по-мех, второй - внутренних.

В РЭА функции экранов чаще всего выполняют кожухи, панели и крышки приборов блоков и стоек, при выборе материалов и расчете толщи-ны которых кроме соображений эффективности экранирования необходимо учитывать требования обеспечения механической прочности, жесткости, надежности соединения отдельных элементов.

Отверстия и щели в экранах уменьшают эффективность экранирова-ния, поэтому их необходимо исключать или сводить к минимуму. Однако полностью от них избавиться невозможно. Отверстия вводятся в кожух для установки соединителей, элементов управления, ин-дикации, обеспечения нормального теплового режима. Эффективность эк-рана не ухудшится, если в его конструкции выполнены отверстия, макси-мальные размеры которых не превышают 1/2 минимальной длины волны экранируемого сигнала. Чтобы помеха не проникала через вентиляционные отверстия, на внутренних поверхностях кожухов с отверстиями может закреплять-ся металлическая сетка.

По принципу действия различают электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное экранирования.

В качестве экранов могут служат детали шасси и каркасов, обшивки стоек, панелей, субблоков, кассет, специальные листовые металлические прокладки на монтажной стороне плат, блоков, субблоков, и т. д.

С целью улучшения экранировки особо чувствительных к помехам цепей (например, для передачи синхроимпульсов) на обеихсторонах печатных плат сигнальные и заземленные экранные проводники чередуют таким образом, чтобы против сигнальной линии, проходящей с одной стороны платы, всегда располагалась заземленная линия с другой стороны платы. При этом каждая сигнальная линия оказывается окруженной тремя заземленными линиями, в результате чего достигается не только эффективная экранировка сигнальной линии от внешних помех, но и для полезного сигнала обеспечивается подобная волноводу цепь от источника до нагрузки.

Экранирование применяется также для проводов входной и выходной линий, при этом чаще всего оказывается достаточным экранировать только входную цепь. Для устранения гальванической помехи по земле экраны проводов необходимо заземлять в одной точке. При выполнении линий передачи печатным способом вводятся экранирующие трассы, коммутируемые с шиной нулевого потен-циала и выполняющие функции экранов проводов.

Магнитостатическое экранирование. Задача экранирования сводится к уменьшению или полному устранению индуктивной связи между источником и приемником помехи. Если магнитный поток пересекает контур, образуемый проводником, то в контуре наводится помеха. Для полного устранения или уменьшения напряжения помехи, наво-димой в контуре, необходимо:

Поместить контур в экран;

Ориентировать его так, чтобы магнитные силовые линии поля не пересекали контур, а проходили вдоль него;

Уменьшить площадь контура.

Магнитные экраны выполняют как из ферромагнитных, так и немаг-нитных металлов. Ферромагнитные материалы с большой магнитной проницаемостью обладают малым магнитным сопротивлением, в результате чего линии магнитного поля будут шунтированы материалом экрана, и пространство внутри экрана не будет подвергаться воздействию магнитного поля. Магнитное экранирование тем эффективнее, чем больше магнитная проницаемость экрана и толще экран. При выборе материала экрана необходимо помнить, что магнитная проницаемость с увеличением частоты поля уменьшается, и это сказывается на эффективности экранирования. Ферромагнитные материалы эффективно защищают аппаратуру в диапазоне частот от 0 до 10 кГц.

Действие экрана из немагнитного металла основано на вытеснении внешнего магнитного поля из внутреннего пространства прибора материа-лом экрана. Внешнее переменное магнитное поле создает индукционные вихревые токи в экране, магнитное поле которых направ-лено навстречу внешнему полю внутри экрана. У экранов из немагнитных металлов эффективность экранирования повышается с увели-чением толщины и проводимости материала экрана. Магнитное поле часто-той выше 10 МГц достаточно надежно экранируется, если на диэлектриче-ский кожух наносится медное или серебряное покрытие толщиной не более 100 мкм. Толщина немагнитного экрана может в несколько раз превысить толщину ферромагнитного, обеспечивающего на фиксированной частоте оди-наковое ослабление. Использование ферромагнитного материала позволяет значительно снизить массу экрана. При экранировании магнитного поля за-земление экрана не обязательно, поскольку оно не влияет на качество экра-нирования.

Однако перед тем как конструировать экран, необходимо предусмот-реть все меры, чтобы избавиться от помехи более простым и дешевым спо-собом. Например, уменьшение площади контура, пересекаемого силовыми линиями магнитного поля, получают укладыванием сигнальных проводников непо-средственно по заземленным монтажным панелям модулей.

Электромагнитное экранирование охватывает диапазон частот от 1 кГц до 1 ГГц. Действие электромагнитного экрана основано на отражении элек-тромагнитной энергии на границах диэлектрик-экран и ее затухании в толще экрана. Затухание в экране объясняется тепловыми потерями на вихревые токи в материале экрана, отражение - несоответствием волновых параметров материала экрана и окружаю-щей среды. Для нижней границы частотного диапазо-на первостепенное значение приобретает отражение, для верхней границы - поглощение электромагнитной энергии.

Электромагнитное экранирование выполняется как немагнитными, так и магнитными металлами. Немагнитные металлы высокой проводимости можно эффективно использовать в низкочастотной части спектра, ферромагнитные материалы высокой магнитной проницаемости и электрической проводимости - во всем частотном диапазоне элек-тромагнитного поля. Толщина экрана должна быть по возможности наибольшей. Для частот менее 1 МГц хорошие ре-зультаты дают медные и алюминиевые экраны, а при частотах выше 1 МГц - экраны из стали. Однако наилучшие результаты можно полу-чить при применении многослойных экранов - последовательно чере-дующихся слоев магнитных и немагнитных металлов. Возможны различ-ные варианты материалов слоев: медь – пермаллой - медь, пермаллой - медь, медь – сталь - медь и др. Введение воздушных промежутков между слоями (20-40 % суммарной толщины экрана) улучшит эффективность экранирования. При защите аппаратуры от внешнего поля материал с низкой магнитной проницаемостью помещают наружу, с высокой - внутрь. Если экран защищает источник электромагнитного поля, то мате-риал с низкой магнитной проницаемостью должен быть внутренним сло-ем, а с высокой - наружным.

Немагнитные материалы экранов

В таблицах приведены свойства немагнитных и магнитных металлов. Из немагнитных материалов с позиций минималь-ной стоимости и массы наилучшими свойствами обладает магний, но он легко коррозирует, а образующийся слой окисла ухудшает контакт экра-на с корпусом изделия. Цинк дешевле меди, имеет меньшую плотность, но мягок. Латунь по своим параметрам занимает среднее положение в ряду материалов, но благодаря отличным антикоррозионным свойствам и стабильности сопротивления электрического контакта ее можно реко-мендовать для широкого применения в качестве материала экрана.

Ферромагнитные материалы экранов

В РЭА получили распростране-ние экраны из стали и пермаллоев. Стальные экраны с малой начальной магнитной проницаемостью обеспечивают малое, но постоянное экраниро-вание как на низких, так и на частотах вплоть до десяти килогерц. Экраны из пермаллоев с высокой начальной проницаемостью позволяют получить эффективное экранирование, но в узком диапазоне частот от нуля до не-скольких сотен герц. С увеличением частоты возрастают вихревые токи эк-рана, которые вытесняют магнитное поле из толщи экрана и уменьшают его магнитопроводимость, а это сказывается на эффективности экранирования.

О замеченных опечатках, ошибках и предложениях по дополнению: [email protected] .

Copyright ©2006 Davydov А. V .

Текущая страница: 9 (всего у книги 14 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

11.5. Защита от воздействия пыли

Пыль – смесь твердых частиц малой массы, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии. Различают пыль естественную или природную, всегда присутствующую в воздухе, и техническую, которая является следствием износа оборудования, обработки материалов, сжигания топлива и пр.

При относительной влажности воздуха выше 75 % и нормальной температуре наблюдается рост числа частиц пыли, их коагуляция, увеличивается вероятность притяжения пыли к неподвижным поверхностям. При низкой влажности частицы пыли электрически заряжаются, неметаллические – положительно, металлические – отрицательно. Заряд частиц чаще всего возникает из-за трения.

Загрязненность воздуха пылью снижает надежность работы РЭА. Пыль, попадая в смазочные материалы и прилипая к скользящим поверхностям деталей электромеханических узлов, приводит к ускоренному их износу. Под воздействием пыли изменяются параметры и характеристики магнитных лент, дискет, магнитных головок, царапается и приходит в негодность магнитный слой. Пыль в зазорах контактов препятствует замыканию контактов реле.

Оседающая на поверхности некоторых металлов пыль опасна из-за своей гигроскопичности, поскольку уже при относительно небольшой влажности пыль существенно повышает скорость коррозии. Пыль с поглощенными ею растворами кислот разрушает достаточно быстро даже очень хорошие краски. В тропических странах пыль часто является причиной роста плесени.

Слежавшаяся в процессе длительной эксплуатации на поверхности компонентов пыль снижает сопротивление изоляции, особенно в условиях повышенной влажности, приводит к появлению токов утечек между выводами, что очень опасно для микросхем. Диэлектрическая проницаемость пыли выше диэлектрической проницаемости воздуха, что определяет завышение емкости между выводами компонентов и, как следствие, увеличение емкостных помех. Оседающая пыль снижает эффективность охлаждения изделия, образует на поверхностях печатных плат, не защищенных лаковым покрытием, токопроводящие перемычки между проводниками.

Пыленепроницаемость РЭА или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса. Однако при этом возрастает стоимость РЭА и ухудшается температурный режим работы. Если корпус РЭА выполнен с перфорациями, пыль вместе с воздухом проникнет внутрь РЭА естественным путем либо вместе с воздушными потоками от вентиляторов. Уменьшить попадание пыли внутрь РЭА возможно установкой на вентиляционные отверстия мелкоячеечных сеток и противопыльных фильтров.

11.5.1. Герметизация аппаратуры

Герметизация РЭА является надежным средством защиты от воздействия от пыли, влажности и вредных веществ окружающей среды.

Модули конструкции первого уровня защищают покрытием лаком, заливкой эпоксидной смолой, пропиткой, особенно моточных изделий, опрессовкой герметизирующими компаундами на основе органических (смол, битумов) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ. Герметизация компаундами улучшает электроизоляционные и механические характеристики модуля. Однако низкая теплопроводность большинства компаундов ухудшает отвод теплоты и делает невозможным ремонт.

Полная герметизация путем помещения изделия в герметичный кожух является самым эффективным способом защиты, но и дорогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных корпусов, способов герметизации внешних электрических соединителей, элементов управления и индикации. Стенки герметизируемых изделий должны противостоять значительным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В результате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры.

Существует большое разнообразие способов герметизации. Широко применяются упругие уплотнительные прокладки для всех элементов конструкции по периметру изделия. Проход воздуха через уплотнения при сжатии прокладки на 25…30 % от ее первоначальной высоты происходит только за счет диффузии. В качестве материала прокладок используют резину, обладающую высокой эластичностью, податливостью и способностью проникать в мельчайшие углубления и неровности. Влага со временем проникает через все органические материалы, поэтому изделия с прокладками из органических материалов обеспечивают защиту от водяных паров лишь на протяжении нескольких недель.

Постоянства относительной влажности в определенных пределах внутри герметичного аппарата можно добиться введением внутрь изделия веществ, активно поглощающих влагу. Подобными веществами являются силикагель, хлористый кальций, фосфорный ангидрид. Они впитывают влагу до определенного предела. Например, силикагель поглощает около 10 % влаги от своей сухой массы.

В особых случаях в качестве материалов прокладок применяют медь и нержавеющую сталь с алюминиевым или индиевым покрытием. Такие прокладки чаще всего выполняются трубчатыми с внешним диаметром 2–3 мм при толщине стенок 0,1–…0,15 мм. Усилие поджатия при герметизации металлическими прокладками составляет 20…30 кг на 1 см длины прокладки.

При жестких требованиях к герметичности корпуса изделия герметизацию выполняют сваркой или пайкой по всему периметру корпуса. Конструкция корпуса изделия должна допускать неоднократное выполнение операций разгерметизации/герметизации. В углубление корпуса устанавливается прокладка из жаростойкой резины, на которую укладывается стальная луженая проволока, которая припаивается к корпусу, образуя шов. При разгерметизации изделия шов нагревают, и припой вместе с проволокой удаляется.

При герметизации внутренний объем герметизируемой аппаратуры заполняется инертным газом (аргоном или азотом) с небольшим избыточным давлением. Закачка газа внутрь корпуса осуществляется через клапаны-трубки с последующей герметизацией. Продувка азотом обеспечивает очистку полости корпуса от водяных паров.

Элементы управления и индикации герметизируются резиновыми чехлами, мембранами, электрические соединители – установкой на прокладки, заливкой компаундами.

Выбор способа герметизации определяется условиями эксплуатации, применяемыми материалами и покрытиями, требованиями к электрическому монтажу. Окончательное решение о выборе способа герметизации принимается после проведения натурных испытаний РЭА в камерах влажности .

Контрольные вопросы

1. Влияние климатических факторов на конструкцию.

2. Перечислите виды защиты РЭС.

3. Тепловой режим работы аппаратуры.

4. Способы защиты от воздействия пыли.

5. Для чего применяется герметизация аппаратуры?

Глава 12. Защита от механических воздействий

12.1. Виды механических воздействий на РЭА

Механические воздействия на РЭА появляются под действием внешних нагрузок (вибрации, удары, ускорения, акустические шумы) и могут возникнуть, как в работающей РЭА, если она установлена на подвижном объекте, так и при ее транспортировке в нерабочем состоянии.

Механические воздействия имеют место в работающей РЭА, если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭА. Количество переданной энергии определяет уровень и характер изменения конструкции. Допустимые уровни механического изменения конструкции определяются ее прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям.

Под прочностью конструкции понимается способность аппаратуры выполнять функции и сохранять параметры после приложения механических воздействий. Устойчивость конструкции – способность РЭА сохранять функции и параметры в процессе механических воздействий.

Откликом, или реакцией, конструкции на механические воздействия называют трансформацию и преобразование энергии механического возбуждения. К ним относятся механические напряжения в элементах конструкции, перемещения элементов конструкции и их соударения, деформации и разрушения конструктивных элементов, изменения свойств и параметров конструкции .

Механические воздействия могут приводить к взаимным перемещениям деталей и узлов, деформации крепежных, несущих и других элементов конструкций, их соударению. При незначительных механических воздействиях в элементах конструкций возникают упругие деформации, не сказывающиеся на работоспособности аппаратуры. Увеличение нагрузки приводит к появлению остаточной деформации и при определенных условиях разрушению конструкции. Разрушение может наступить и при нагрузках, много меньших предельных значений статической прочности материалов, если конструкция окажется подверженной знакопеременным нагрузкам .

Отказы аппаратуры бывают восстанавливаемыми после снятия или ослабления механического воздействия (изменение параметров компонентов, возникновение электрических шумов) и невосстанавливаемыми (обрывы и замыкания электрических соединений, отслаивание проводников печатных плат, нарушение элементов крепления и разрушение несущих конструкций).

На РЭА, установленную на подвижных объектах, в процессе ее эксплуатации воздействует вибрации, ударные нагрузки и линейные ускорения. Гармонические вибрации характеризуются частотой, амплитудой, ускорением. Ударные нагрузки характеризуются числом одиночных ударов или их серией (обычно оговаривают максимальное число ударов), длительностью ударного импульса и его формой, мгновенной скоростью при ударе, перемещением соударяющихся тел. Линейные ускорения характеризуются ускорением, длительностью, знаком воздействия ускорения. Возникающие при вибрациях, ударах и ускорениях перегрузки оценивают соответствующими коэффициентами. Для уменьшения воздействия вибраций и ударов аппаратуру устанавливают на амортизаторы или применяют демпфирующие материалы.

Воздействие линейных ускорений эквивалентно увеличению массы аппаратуры и при значительной длительности воздействия требует увеличения прочности конструкции.

Как показывает опыт эксплуатации транспортируемой РЭА, наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию оказывают вибрации. Как правило, конструкция аппарата, выдержавшая воздействие вибрационных нагрузок в определенном частотном диапазоне, выдерживает ударные нагрузки и линейные ускорения с большими значениями соответствующих параметров (для космической РЭА – до 12g, g – ускорение свободного падения).

12.2. Понятие виброустойчивости и вибропрочности

В отношении конструкции РЭА различают два понятия: вибрационная устойчивость и вибрационная прочность .

Вибрационная устойчивость – свойство объекта при заданной вибрации выполнять заданные функции и сохранять значения своих параметров в пределах нормы. Вибрационная прочность – прочность при заданной вибрации и после прекращения ее.

Воздействие транспортной тряски складывается из ударов и вибраций. Введение амортизаторов между РЭА и объектом в качестве среды, уменьшающей амплитуду передаваемых колебаний и ударов, снижает действующие на РЭА механические силы, но не уничтожают их полностью. В некоторых случаях образованная с введением амортизаторов резонансная система влечет за собой возникновение низкочастотного механического резонанса, который приводит к увеличению амплитуды колебаний РЭА.

Понятие жесткости и механической прочности конструкции. При разработке конструкции РЭА необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую прочность ее элементов.

Жесткость конструкции есть отношение действующей силы к деформации конструкции, вызванной этой силой. Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкции РЭА связано с усилением ее конструктивной основы, применением ребер жесткости, контровки болтовых соединений и т. д. Особое значение имеет повышение прочности несущих конструкций и входящих в них узлов методами заливки и обволакивания. Заливка пеноматериалом позволяет сделать узел монолитным при незначительном увеличении массы.

Конструкция как колебательная система. Во всех случаях нельзя допускать образования механической колебательной системы. Это касается крепления монтажных проводов, микросхем, экранов и других частей, входящих в РЭА.

Рис. 12. Колебательная модель механической системы

Основными параметрами любой конструкции с позиций реакции на механические воздействия являются масса, жесткость и механическое сопротивление (демпфирование). При анализе влияния вибраций на конструкции модулей последние представляют в виде системы с сосредоточенными параметрами, в которой заданы масса изделия m, элемент жесткости в виде пружины и элемент механического сопротивления в виде демпфера, характеризующиеся параметрами k и r соответственно , .

Когда частота собственных колебаний системы близка к частоте вынужденных, в колебательной системе возникает явление механического резонанса, что может привести к повреждению конструкции.

Амортизация конструкции РЭА. Один из эффективных методов повышения устойчивости конструкции, как транспортируемой, так и стационарной, к воздействию вибраций, а также ударных и линейных нагрузок – использование амортизаторов. Действие амортизаторов основано на демпфировании резонансных частот, т. е. поглощении части колебательной энергии. Аппаратура, установленная на амортизаторах, в общем случае может быть представлена в виде механической колебательной системы с шестью степенями свободы: совокупностью связанных колебаний, состоящих из линейных перемещений, и вращательных колебаний по каждой из трех координатных осей.

Эффективность амортизации характеризуется коэффициентом динамичности или передачи, числовое значение которого зависит от отношения частоты действующих вибраций f к частоте амортизированной системы f o .

При разработке схемы амортизации необходимо стремиться к тому, чтобы система имела минимальное число собственных частот и чтобы они были в 2–3 раза ниже наименьшей частоты возмущающей силы.

Для амортизированной аппаратуры следует как можно больше уменьшать собственную частоту, а для неамортизированной, напротив, увеличивать, приближая ее к верхней границе возмущающих воздействий или превышая ее.

Схемы размещения амортизаторов. Конструирование системы амортизации РЭА обычно начинается с выбора типа амортизаторов и схемы их размещения. Выбор амортизаторов производят исходя из допустимой нагрузки и предельных значений параметров, характеризующих условия эксплуатации. К таким параметрам относятся: температура окружающей среды, влажность, механические нагрузки, присутствие в атмосфере паров масла, дизельного топлива и т. д.

Рис. 13. Схемы расположения амортизаторов

Выбор схемы расположения амортизаторов зависит от расположения аппаратуры на носителе и условий динамического воздействия. На рис. 13 представлены основные схемы расположения амортизаторов .

Вариант "а " довольно часто используется для амортизации сравнительно небольших по габаритам блоков. Такое расположение амортизаторов удобно с позиций общей компоновки блоков на объекте. Однако при этом расположении амортизаторов принципиально невозможно получить совпадение центра тяжести (ЦТ) с центром масс (ЦМ) и не получить рациональной системы. То же можно сказать про вариант размещения "б ". Вариант размещения "в " позволяет получить рациональную систему, однако такое расположение амортизаторов не всегда удобно при размещении на объекте. Размещение типа "г " и "д " является разновидностью варианта "в " и используется в том случае, если лицевая панель блока размещается вблизи амортизатора, расположенного снизу. Размещение амортизаторов типа "е " используется в стоечной аппаратуре, когда высота РЭА значительно больше глубины и ширины стойки. Чтобы ослабить колебания стойки вокруг осей х и у, ставят дополнительно два амортизатора сверху стойки.

Прочность конструктивных элементов. Механическую прочность элементов конструкции проверяют методами сопротивления материалов и теории упругости для простейших конструкций с распределенной и смешанной нагрузкой. В большинстве практических случаев конструкции деталей РЭА имеют более сложную конфигурацию, затрудняющую определение в них напряжений. При расчетах сложную деталь заменяют ее упрощенной моделью: балкой, пластиной, рамой.

К балкам относят тела призматической формы, длины которых значительно превышают все прочие геометрические размеры конструкции. Концы балок защемляются (сваркой, пайкой), опираются шарнирно-подвижно (установкой в направляющие) или шарнирно-неподвижно (одиночное винтовое соединение). Пластинами считают тела прямоугольной формы, толщина которых мала по сравнению с размерами основания. К подобным конструкциям относят печатные платы, стенки кожухов приборов, стоек, панелей и прочих подобных конструкций. Жесткое закрепление края пластин осуществляется пайкой, сваркой, зажимом, винтовым соединением; шарнирное закрепление – установкой пластин в направляющие, гнездовой соединитель. Рамными конструкциями моделируются многовыводные компоненты: микросхемы, реле, микропроцессоры, ПЛИС .

При проектировании конструкции выполняют моделирование, при котором осуществляются:

– проверочные расчеты, когда форма и размеры детали известны (выявлены при конструировании);

– проектные расчеты, когда размеры опасных сечений неизвестны и их определяют на основе выбранных допустимых напряжений;

– расчеты допускаемых нагрузок по известным опасным сечениям и допустимым напряжениям.

При проведении проверочных расчетов на упругие колебания с учетом направления воздействия вибраций выделяют детали и узлы, имеющие наибольшие деформации, выбирают расчетные модели, рассчитывают собственные частоты, определяют нагрузки и сравнивают полученные значения с пределами прочности выбранных материалов, при необходимости принимают решение о повышении прочности конструкции.

Для увеличения вибропрочности в конструкции отдельных элементов вводятся дополнительные крепления, ребра и рельефы жесткости, отбортовки, выдавки, используются материалы с высокими демпфирующими свойствами, демпфирующие покрытия.

Внешние вибрационные воздействия часто задаются довольно узким диапазоном частот. В правильно сконструированной аппаратуре собственная частота f o конструкции не должна находиться в спектре частот внешних воздействий. Хотя любая конструкция обладает несколькими значениями собственных частот, однако расчет выполняется только для низших значений f o , поскольку деформации конструкций в этом случае будут максимальными. Если низшее значение собственной частоты входит в диапазон внешних воздействий, то конструкцию дорабатывают с целью увеличения f o и выхода из спектра частот внешних воздействий.

Под жесткостью конструкции понимается способность системы (элемента, детали) противостоять действию внешних нагрузок с деформациями, не допускающими нарушение ее работоспособности. Количественно жесткость оценивается коэффициентом жесткости

где Р – действующая сила; δ – максимальная деформация.

Жесткость конструкции зависит от длины, формы и размеров поперечного сечения балки.

Вибрации, направленные ортогонально к плоскости печатной платы, попеременно изгибают ее и влияют на механическую прочность установленных на ней микросхем и компонентов. Если компоненты считать жесткими, то изгибаться будут их выводы. Большинство отказов компонентов происходит из-за поломки паяных соединений выводов с платой. Наиболее жесткие воздействия имеют место в центре платы, а для прямоугольных плат еще и при ориентации тела элемента вдоль короткой стороны платы. Приклеивание компонентов к плате значительно улучшает надежность паяных соединений. Защитное лаковое покрытие толщиной 0,1…0,25 мм жестко фиксирует компоненты и увеличивает надежность РЭА.

Механические напряжения на паяные соединения от воздействия вибраций можно уменьшить: увеличением резонансных частот, что позволяет уменьшить прогиб платы; увеличением диаметра контактных площадок, что повышает прочность сцепления контактной площадки с платой; подгибом и укладыванием выводов элементов на контактную площадку, что увеличивает длину и прочность сцепления паяного соединения; уменьшением добротности платы на резонансе ее демпфированием многослойным покрытием лака.

Фиксация крепежных элементов. При воздействии вибраций возможно отвинчивание крепежных элементов, для предотвращения которого вводят фиксаторы, увеличивают силы трения, устанавливают крепеж на краску и пр. При выборе методов фиксации крепежных элементов должны учитываться следующие соображения: обеспечение прочности соединения при заданных нагрузках и климатических воздействий; быстрота выполнения соединения, его стоимость; последствия, к которым приведет отказ соединения; срок службы.

Следует принимать во внимание возможность замены износившихся или поврежденных деталей, использовать вместо винтовых пар быстро сочленяемые элементы: петли, защелки, собачки и пр. Болты должны быть ориентированы головкой вверх, чтобы при отвинчивании гайки болты оказывались на установочном месте. Рекомендуется применять несколько больших крепежных деталей вместо большого числа маленьких. Число оборотов, необходимых для затягивания или отпускания винта, должно быть не менее 10.

Срок службы конструкции. При колебаниях в конструкциях возникают переменные напряжения и конструкции могут разрушаться при нагрузках, значительно меньших предельной статической прочности материалов из-за появления микротрещин, на рост которых влияют особенности кристаллической структуры материалов, концентрации напряжений в углах микротрещин, условий окружающей среды. По мере развития микротрещин поперечное сечение детали ослабляется и в некоторый момент достигает критической величины – конструкция разрушается.

Если масса изделия не является критическим фактором, то конструкцию упрочняют, используя материалы с запасом, избегают введения отверстий, надсечек, сварных швов, ведут расчеты конструкций методом наихудшего случая.

Защиту от механических воздействий обеспечивает конструкционный материал, который должен удовлетворять заданными механическими и физическими свойствами, обладать легкостью в обработке, коррозионной стойкостью, низкой стоимостью, иметь максимальное отношение прочности к массе и пр. В зависимости от сложности несущую конструкцию выполняют в виде единой детали либо составной, включающей несколько деталей, объединенных в единую конструкцию разъемными или неразъемными соединениями. Основной путь к снижению массы изделий – облегчение несущих конструкций при одновременном обеспечении ими требований прочности и жесткости.

Срок службы конструкции при вибровоздействиях определяется числом циклов до разрушения, которое может выдержать конструкция при заданном уровне механической нагрузки. Усталостные характеристики материалов выявляются на группе образцов при знакопеременной повторяющейся нагрузке.

Решать задачи повышения механической прочности конструкций следует с учетом оптимизации размещения РЭА в отсеках носителей.

Контрольные вопросы

1. Перечислите виды механических воздействий на РЭА.

2. Дайте понятия виброустойчивости и вибропрочности.

3. Понятие жесткости и механической прочности конструкции.

4. Амортизация конструкции РЭА.

5. Перечислите виды амортизаторов.