Тема 6. Средства и методы обеспечения защиты приборной техники от механических и климатических воздействий 2 лекции (4 часа) лекция 6.1

Требования устойчивости изделий приборной техники к климатическим и механическим воздействиям в зависимости от назначения и условий эксплуатации. Характеристики в работе, на этапах хранения и транспортировки. Проектно- конструкторские и организационные методы и средства обеспечения устойчивости приборной техники к внешним воздействиям. (2 часа)

Виды механических воздействий на приборы.

Все виды приборов подвергаются воздействию внешних механических нагрузок (вибрации, удары, ускорения, акустические шумы), которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей аппаратуре, если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой аппаратуры. 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 аппаратуры 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).

Значение предельных параметров внешних условий на наземные, самолетные и корабельные приборы установлены в ГОСТ 11478-88.

	Пределы изменения воздействующего параметра на приборы
Внешние воздействия	наземные	корабельные	самолетные
1. Вибрации:
- частота, Гц	10-70	0-120	5-2000
- ускорение, g	1-4	1,5-2	до 20
2. Ударные сотрясения:
- ускорения,g	10-15	15	6-12
- длительность, мс	5-10	5-10	до 15
3. Одиночные удары:
- ускорение, g	50-1000	до 1000	-
- длительность, мс	0,5-10	0,5-2	-
4. Линейное ускорение:
- замедленное, g	2-4	-	4-6
- центробежное, g	2-5	-	4-10
5. Акустические шумы:
- уровень, дБ	85-125	75-140	130-150
- частота, Гц	50-1000	50-1000	50-1000

Эти нормы служат критерием для проверки конструкции прибора. Конструктивные особенности приборов каждой из рассматриваемых групп должны обеспечивать устойчивость к внешним воздействиям в указанных пределах.

На транспортируемую аппаратуру 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.

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 аппаратуры, 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.

Свойство прибора противостоять влиянию вибрации характеризуется виброу­стойчивостью и вибропрочностью.

Виброустойчивость определяет способность выполнять заданные фун­кции во включенном состоянии в условиях воздействия вибраций.

Вибропрочность характеризует качество конструкции, т.е. способность противостоять разрушающему воздействию вибрации в нерабочем состоянии и продолжать нормально работать после снятия вибрационных нагрузок.

Воздействие вибраций на конструкцию прибора характеризуется диапазоном частот и величиной ускорения (в единицах g).

Удар возникает в тех случаях, когда сам прибор или объект, на котором установлен прибор, претерпевает быстрое изменение ускорения. Удар характеризуется ускорением, длительностью и числом ударных импульсов.

Различают однократные и многократные удары. Линейные ускорения характеризуются величиной ускорения (в единицах g) и длительностью воздействия. Требования к устойчивости конструкции РЭС к воздействию механических факторов постоянно ужесточаются.

Ужесточение требований к РЭС по механическим воздействиям

Механические воздействия	Уровень требований
	1965 г.	1970 г.	1995 г.	2000 г.
1. Вибрации: частота, Гц / ускорение, g	51000	52500	55000	510000
2. Линейное ускорение, g	75	150	500	800
3. Однократные удары, g	150	500	1000	2000
4. Многократные удары, g	75	150	150	200
5. Акустические шумы, дБ			165	180

Общая структура и методические принципы проведения испытаний

Механические испытания позволяют выявить наличие дефектов, определить динамические характеристики устройств, провести оценку влияния конструктивных дефектов на параметры качества приборов, проверить соответствие параметров приборов при механическом воздействии требованиям ТУ.

Исследования различных видов механических испытаний показали, что сочетания вибрационных нагрузок и одиночных ударов оказывают на приборы наибольшее воздействие, а остальные виды механических воздействий являются дополнительными.

Число видов механических испытаний и их последовательность зависят от назначения прибора, условий эксплуатации, типа производства. Например, в программу определительных испытаний опытного образца и образцов установочной серии необходимо включать все виды механических испытаний, а для образцов, изготавливаемых в серийном производстве — только испытания, предусмотренные в стандартах и ТУ на изделия.

Перечень испытаний на воздействие механических факторов

Наименование испытаний	№ испы­таний	Вид испытаний		Обозначение стандарта, содержащего метод испытания, или номер пункта приложения Е ГОСТ 30630.0.0-99
		Предварительные, приемочные (государственные, межведомственные , ведомственные), квалификационные, типовые	Периодические
Методы испытаний на стойкость к механическим ВВФ машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие случайной широкополосной вибрации с использованием цифровой системы управления испытаниями	-
Определение динамических характеристик конструкции	100	+	-	ГОСТ 30630.1.1
Испытание на проверку отсутствия резонансных частот2' конструкции в данном диапазоне частот	101	+	-	ГОСТ 30630.1.1
Испытание на устойчивость при воздействии синусоидальной или случайной широкополосной вибрации (испытание на виброустойчивость)	102	+	Н	ГОСТ 30630.1.2
Испытание на прочность при воздействии синусоидальной или случайной широкополосной вибрации длительное (испытание на вибропрочность длительное)	103	+	н	ГОСТ 30630.1.2
Испытание на прочность при воздействии синусоидальной вибрации кратковременное (испытание на вибропрочность кратковременное)	103	-	н	ГОСТ 30630.1.2
Испытание на прочность при воздействии механических ударов многократного действия (испытание на ударную прочность)	104	+	н	ГОСТ Р 51371-99
Испытание на устойчивость при воздействии механических ударов многократного действия (испытание на ударную устойчивость)	105	+	н	ГОСТ Р 51371-99
Испытание на воздействие механических ударов одиночного действия (испытание на воздействие одиночных ударов)	106	+	н	ГОСТ Р 51371-99
Испытание на воздействие линейного ускорения	107	+	-	Е.1.6
Испытание на воздействие акустического шума	108		-	Е.1.7
Испытание выводов на воздействие растягивающей силы	109	+	Н	Е.1.8
Испытание гибких проволочных и ленточных выводов на изгиб	110	+	Н	Е.1.8
Испытание гибких лепестковых выводов на изгиб	111	+	н	Е.1.8
Испытание гибких проволочных выводов на скручивание	112	+	н	Е.1.8
Испытание резьбовых выводов на воздействие крутящего момента	113	+	н	Е.1.8
Испытание на воздействие синусоидальной вибрации с повышенным значением амплитуды ускорения	114	+	-	ГОСТ 30630.1.2
Испытание на прочность при падении	115	+	-	Е.1.9
Испытание на устойчивость при воздействии качки длительных наклонов	116	+	н	Е.1.9
Испытание на воздействие воздушного потока	117	+	-	ЕЛ.20
Испытание на воздействие ударов по оболочке изделия	118	+	н	ГОСТ Р 51371-99

Примечание. Если требования по данному воздействующему фактору предъявлены, то знак «+» означает, что испытания проводят; знак «-» ~ испытания не проводят; буква «Н» — испытания проводят, если это обусловлено спецификой и указано в стандартах и ТУ на изделия и ПИ.