Файл: Горелов, В. А. Механические колебания в радиоэлектронике.pdf

-3 -

ПР Е Д И С Л О В И Е

Конструктору современной радиоэлектронной аппаратуры неоедко приходится иметь дело с задачами, которые в той или иной мере связаны с отдельными разделами механики. 'Таковы,нап­ ример, вопросы проектирования механически прочных узлов радио­ электронных изделий, проблема защиты гшибороЕ от механических воздействий, испытания аппаратуры на уд:..-і и вибрации, колеба­ ния плат печатного монтажа и ленты лентопротяжного механизма

в магнитофонах и т.д. Круг этих вопрос '. можно определить как приложение теории колебаний к механическим системам радиохтектронных устройств. Оставаясь довольно специфичной, эта область содержит материал либо еще недостаточно полно освещен­ ный в литературе, либо разбросанный по различным журнальным изданиям.

3 настоящей работе предпринята попытка изложить первона­ чальные сведения по механическим колебаниям применительно к задачам, встречающимся у специалистов по радиоэлектронике. При этом большая часть материала относится к проблеме защита изде­ лий от механв;еских воздействий и испытания их на механичес­ кую прочность, однако рассмотрены и некоторые другие приложе­ ния. Помимо литературных источников, при написании книги час­ тично использованы результаты >.исследований, проведенных кафед­ рой теоретической и технической механики Рязанского радиотех­ нического института совместно с предприятиями электронной про­ мышленности.

В целом пособие предназначено для студентов специальностей 0611, 0705 и может быть использовано ими при изучении курса "Механика" либо специального курса по механической прочности

- 4 -

радиоэлектронной аппаратуры. Для студентов младших курсов ма­ териал пособия может служить наглядной иллюстрацией практичес­ кого применения основных положений теоретической механики к задачам из области радиоэлектроники. Так, изложение главы 2 достаточно широко иллюстрирует применение второго закона ди­ намики, теории относительного движения, принципа Даламбера, а при необходимости и уравнений Лагранжа II рода; точно так же

в приближенном расчете системы амортизации ( п.з. у ) приме­ няются уравнения статики, понятия моментов инерции и центров тяжести твердых тел, а задача об определении минимального свободного хода амортизируемого объекта при заданной высоте падения упаковки и допустимой величине перегрузки изделия ( п.З.10 ) является примером приложения одной из общих теорем динамики - теоремы об изменении кинетической энергии.

Что же касается остальных вопросов, затронутых в работе (таких, как характеристика механических воздействий, оценка механической ирочности изделий, замечания по механическим ис­ пытаниям аппаратуры и т.д.), то имелось в виду, что этот мате­ риал будет использован студентами старших курсов.

Дянттая работа не претендует на полноту охвата всего мате­ риала и не лишена недостатков. Поэтому все замечания и пожела­ ния, направленные на улучшение содержания книги, будут приня­ ты с благодарностью. Автор считает своим приятным долгом вы­ разить глубокую благодарность кандидатам технических наук до­ центам А.Ф.Крупину и М.й^Зогорельсксму, сделавшим ряд ценных замечаний при подготовке рукописи к печати.

- 5 -

Глава I. МЕХАНИЧЕСКИЕ В03ДЕЙСШ1Е,ВОСПРИНИМАЕМЫЕ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРОЙ

І.І.Колебательше процессы

Колебательным процессом, колебательным движением, или

просто колебанием, называется такой процесс, при котором ка­ кой-нибудь физической величине, его характеризующей, свойст­ венны переходы от возрастания к убыванию, чередующиеся с пере­

ходом от убывания к возрастанию [і і ] . При этом для колеба­

тельных процессов характерно неоднократное чередование указан­ ных переходов, однако нередко к колебаниям относят и такие процессы, в которых этот переход происходит лишь один раз.

Колебания настолько широко распространены в природе и тех­ нике, что трудно переоценить их значение. С ними мы встречаем­ ся в медицине (биение сердца и движение крови), в астрономии (приливы и отливы, смена дня и ночи), в физике (свет, звук), в технике (вибрации различных частей аппаратуры).

На рис. І.І и 1.2 приведены фотографии колебаний узлов элект­ ронных приборов, вызванные ударом, а рис.І.І и 1.3 дают пред­ ставление об дх последствиях.

Физические системы, в которых возникают колебательные процессы, называются колебательными системами. Такие системы моіут быть механическими, акустическими, электрическими, электромагнитны­ ми, электрда‘ханическими и т.п. В дальнейшем мы будем рассмат­ ривать колебания лишь механических систем.

Воздействия, которым подвергаются физические системы и колебания, вызываемые этими воздействиями, очень разнообраз­ ны со своей форме и проявлениям.

Рис.I.I. Фотоснимки колебаний катодного узла триода ІУ-5Б при ударе, полу­ ченные скоростной кинокамеоой.

]

1

3

1

л

іі

■*«. 1.'тііА.гЬ.

Рис.I.2. Кадры скоростной кинофо­ тосъемки колебаний катод­ но-сеточного узла прибора Ш-100 при ударе.

Рис.1.3 Характер разрушения гра­ фитового анода тиратрона

ТРІ-85/І5 при ударе.

- 7 -

Различают следующие наиболее характерные виды колебаний |_32j: I) по характеру изменения колебаний во времени - периодичес -

называют гармоническими. Примерами чисто гашонических колеба­ ний являются: колебания маятника, если они малы; спектрально простой монохроматический свет в оптике; в акустике - звук чистого тона; электромагнитные колебания, создаваемые работаю­ щими, но не передающими сигналов радиостанциями.

Однако гармонические колебания исключительно важны не столько из-за их большого распространения, сколько из-за того, что практически любой колебательный процесс можно представить в виде суммы простых гармонических колебаний, в виде совокупнос­ ти конечного или бесконечного числа гармоник, й поскольку для линейной системы справедлив принцип суперпозиции (наложения,1, то, изучив гармонические колебания, можно легко перейти от этих простейших колебаний к более сложным колебательным про­ цессам.

1.2.Хаі)актеристика механических воздействий, которым подвергаются радиоэлектронике изделия

Все внешние воздействия, которым могут подвергаться ра­ диоэлектронные изделия, подразделяются на две группы:

- 8 -

а) климатические воздействия (тепло, холод, владность,осадки, ветер, пыль, туман, брызги соленой воды, давление,загрязнен­ ность атмосферы) - как правило, появление этих воздействий связано с естественными условиями окружающей среды * б) механические и электромагнитные воздействия, радиация,гам-

ма-излучение, тепловой удар и т.д. Такие воздействия чаще всего обусловливаются местом расположения аппаратуры; их отно­ сят к искусственным факторам. Наиболее распространенными воз­ действиями второй группы являются механические воздействия и, в частности, вибрации, удары, линейное ускорение и акустичес­ кие шумы. Эти четыре фактора вызывают динамическое нагружение, узлов и деталей аппаратуры, при котором силы инерции оказы­ ваются распределенными силами, причем для первых трех воздей­ ствий они распределены по объему, а в случае акустических шу­ мов - по поверхности колеблющегося тела. В технике степень динамического нагружения элементов принято выражать коэффици­

- 9 -

ентом перегрузка ( перегрузкой) G , показывающим, во сколько

раз сила инерции элемента, масса которого сосредоточена в од­ ной точке, больше его силы тяжести. Поскольку обе эти силы пропорциональны массе элемента, то их отношение равно также отношению ускорений. Поэтому перегрузка представляет собой относительное ускорение, измеренное в единицах ускорения си­

cj - ускорение силы тяжести).

Кратко остановился на характеристике механических воздействий. Ударным воздействием, или ударом, называют кратковременное воздействие на систему большее сил (ускорений), а зависимость

силы (ускорения) от времени в процессе ударного воздействия известна под названием ударного импульса. Практика показыва­ ет, что действие одиночного удара на систему определяется . целым рядом «.акторов. Для системы, тлеющей одну степень сво­ боды, оно характеризуется прежде всего длительностью ударно­ го импульса 'Г , амплитудой ускорения <2 и формой ударного импульса (рис.1,5).

Рис.1.5. Ударный им­ пульс.,

Различают скоростной удар, т.е. удар с изме­ нением скорости,.и удар без изменения скорости.

Скоростной удар характе-