Файл: Грибов, М. М. Регулируемые амортизаторы радиоэлектронной аппаратуры.pdf

Б И Б Л И О Т Е К А Р А Д И О К О Н С Т Р У К Т О Р А

М. М. Г Р И Б О В

Регулируемые амортизаторы радиоэлектронной аппаратуры

ЬэёЯ*4**’“

М о с к в а « С о в е т с к о е р а д и о » 1 9 7 4

Редакция литературы по вопросам космической радиоэлектроники

Грибов М. М.

Г 82 Регулируемые амортизаторы радиоэлектронной аппаратуры. М., «Сов. радио», 1974.

144 с. с ил. (Библиотека радпоконструктора).

Введение

Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА), размещаемая на различных транспортных объектах — летательных аппаратах, кораблях, самоходных машинах, автомобилях и других, подвергается воздействию слож­ ного комплекса вибрационных и ударных механических нагрузок. Вибрационные воздействия, действующие на аппаратуру, охватывают широкий интервал частот (при­ мерно 5 ... 5 000 Гц). Ударные и вибрационные нагруз­ ки ухудшают надежность РЭА, поэтому предпринима­ ются попытки тем или иным способом учесть влияние механических воздействий на надежность [7, 37, 47, 68],

Под влиянием ударно-вибрационных нагрузок в уз­ лах и элементах РЭА могут произойти поломки деталей крепления, отрыв проводников, разрушение паек, преж­ девременные отказы элементов (реле, электровакуумных приборов и др.). Нередко происходит оплавление и вы­ горание контактов вследствие увеличения переходного сопротивления. Из-за ослабления крепления электродов в электровакуумных приборах ухудшаются их электри­ ческие параметры.

Согласно проведенным в США исследованиям [30] 22% отказов в группе, состоящей из 1 990 объектов са­ молетного радиоэлектронного оборудования военного назначения, были вызваны воздействием механических нагрузок. В другой группе, состоящей из 2 600 изделий самолетного оборудования, вибрации и удары обуслови­ ли 41% отказов. Из приведенных примеров явствует, насколько важна защита радиоаппаратуры от механи­ ческих нагрузок.

Создание эффективных средств защиты от вибра­ ций и ударов является одной из важных проблем сов­ ременной техники. Интенсивность механических воздей­ ствий возрастает с увеличением скорости движения но­ сителей аппаратуры, что, в свою очередь, сопровождает­ ся непрерывным повышением требований к виброударог защитным устройствам.

3

Для защиты аппаратуры от динамических перегру­ зок применяют упругие подвески, устанавливаемые меж­ ду изолируемым объектом и вибрирующим основанием, и различного рода гасители колебаний, встраиваемые в вибрирующий объект. Упругие подвески являются наи­ более распространенным средством защиты аппаратуры от механических воздействий.

Анализ технической и патентной литературы позво­ ляет утверждать, что в настоящее время имеется много конструктивных разновидностей амортизаторов, предна­ значенных как для защиты аппаратуры, устанавливае­ мой на вибрирующих основаниях (пассивная виброизоляцня), так и для защиты оснований от динамических воздействий со стороны аппаратуры (активная виброизоляция)'. Эти амортизаторы имеют, как правило, от­ носительно высокие частоты собственных колебаний (10 ... 35 Гц), совпадающие с частотами интенсивных вибрационных воздействий, в результате чего периоди­ чески возникает резонанс. Расходятся требования к соб­

зи с этим как в СССР, так и за рубежом (фирмы «Виб­ роток», «Лорд» и др.) проводятся работы по примене­ нию в амортизаторах нелинейных упругих элементов из плетеной проволоки, тросов и сжатого газа.

Теории виброзащптпых систем посвящено большое число работ. Монографии 10. И. Иориша [35], В. С. Иль­ инского [33, 34] В. Б. Карпушппа [38] и ряд других осно­ ваны на использовании положений линейной теории ко­ лебаний.

Возникновение нелинейных эффектов, приводящих к резкому ухудшению качества впброзащиты и являю­ щихся следствием резкого увеличения интенсивности механических воздействий на аппаратуру, а также наме­ тившаяся тенденция к применению амортизаторов с за­ ведомо нелинейными характеристиками привели к раз­ витию нелинейной теории внброзащитных систем, убе­ дительно изложенной в монографии М. 3. Коловско-

го [39].

В настоящей книге изложены основы теории конст­ руирования наиболее перспективных приборных аморти­ заторов с регулируемыми жесткостью и демпфирова­ нием.

4

1. Основные технические характеристики амортизаторов с регулируемыми параметрами

1.1.Эксплуатационные требования к амортизаторам

Требования к амортизаторам определяются условия­ ми их эксплуатации. Амортизаторы любого типа долж­ ны обладать небольшими габаритами и весом и быть достаточно простыми в изготовлении и эксплуатации.

Амортизатор для внброударозащнты РЭА, как и под­ вески автомобильного типа, включает в себя три основ­ ных функциональных элемента: направляющее устрой­ ство, упругий элемент и демпфер (64]. В отличие от автомобильной подвески, в приборном амортизаторе на­ правляющие, упругие и демпфирующие элементы долж­ ны быть совмещены в единой конструкции. При воздей­ ствии па амортизированный объект вибраций, спектр частот которых лежит выше частоты собственных коле­ баний, амортизатор работает, как линейный фильтр низ­ ких частот [73]. При этом желательно иметь небольшое демпфирование, так как демпфирующая сила воздейст­ вует на амортизированный объект наряду с упругой силой.

Поскольку частота собственных колебаний амортиза­ тора при прочих равных условиях определяется его упругими свойствами (жесткостью упругой характери­ стики), возникает требование к обеспечению в извест­ ных пределах стабильности упругих свойств.

Для быстрого гашения колебаний, возникающих при толчках, и для уменьшения или ограничения амплитуды резонансных колебаний как на основной частоте, так и на высших гармониках и субгармониках, амортизаторы должны иметь значительное демпфирование. Однако, по­ скольку демпфирование ухудшает виброизоляцию на частотах выше резонансных (зарезонансных), оптималь­ ным можно было бы назвать амортизатор, демпфирова­ ние которого мало при небольших амплитудах колеба-

6

демпфирование амортизаторов, рассчитанных на работу в широком диапазоне изменения статических нагрузок, менялось по возможности автоматически при изменении статической нагрузки.

Основные типы амортизаторов, применяемых для за­ щиты РЭА от механических воздействий, подробно опи­ саны в литературе [2, 33, 35, 38, 52, 72, 75].

Чтобы частота собственных колебаний оставалась постоянной при различной массе амортизируемой РЭА, приходится иметь целый ряд типоразмеров амортизато­ ров разной жесткости. Известные равночастотные амор­ тизаторы [34] обладают достаточно большим полным ходом, или перекрывают весьма небольшой диапазон

Широко распространены резино-металлические аморти­ заторы различной конструкции, основным недостатком которых является сильная зависимость упругих свойств от окружающей температуры, влажности и других фак­ торов.

Наиболее жесткие требования предъявляются к амор­ тизаторам, предназначенным для защиты РЭА, уста­ навливаемой на летательных аппаратах. Амортизаторы самолетной аппаратуры должны быть работоспособны

сительной влажности до 98%'.

К амортизаторам ракетного оборудования предъ­ являются еще более жесткие требования [34]. Ударные перегрузки при работе двигателя достигают 30 ... 70g, вибрационная перегрузка составляет 5 ... 10g при ча­ стоте вибраций до 8 000 Гц. Амортизаторы корабельной аппаратуры должны работать при температурах —5 ...

... + 8 0 °С в условиях возможного обливания маслом, топливом и морской водой [30].

Очевидно, что безотказность, сохраняемость и долго­ вечность, а следовательно, п надежность РЭА в полной мере зависят от эффективности действия подвески, ис­ пользуемой для защиты РЭА от механических воздей­ ствий, В настоящей гдаве приведены некоторые техниче-

7

ск11е характеристики наиболее распространенных отече­ ственных амортизаторов, чтобы облегчить понимание вопросов, связанных с теорией проектирования аморти­ заторов с регулируемыми параметрами.

1.2.Динамические характеристики амортизаторов

Амортизатор устанавливается между амортизируе­ мым объектом п основанием (рис. 1.1). Перемещения точки крепления А амортизатора к объекту при вибра­ ционных и ударных воздействиях вызывают деформацию упругого элемента, которая определяется вектором w —

перемещением точки крепления относительно основания.

Силовая реакция амор­ тизатора R, возникающая вследствие его деформа­ ции, в общем случае не противоположна по на­ правлению вектору w. Од­ нако в амортизаторе мо­ гут быть определены три взаимно перпендикуляр­ ных направления, переме­ щение точки крепления в одном из которых вы­

зывает реакцию только противоположного направления. Такие направления называются главными [39].

Проекции вектора перемещения w па главные оси амортизатора обозначим через и, v н w, а проекции век­ тора силы R — соответственно U, V, W. Статистические данные позволяют допускать, что составляющие силы R по главным осям для большинства реальных амортиза­ торов зависят только от проекций векторов перемеще­ ния п скорости движения точки крепления амортизатора относительно основания.

Функциональные зависимости

8

нение динамических характеристик в других направле­ ниях, в большинстве практических задач характеристи­ ки могут приниматься в форме (1.1).

При анализе динамики виброзащитиых систем в по­ ложении статического равновесия принимают

Таким образом, статические нагрузки и реакции амортизаторов из рассмотрения исключаются. Наряду с динамическими характеристиками, привыполнении статического расчета необходимо знать статические ха­ рактеристики амортизаторов, представляющих собой за­ висимость статической реакции амортизатора Rs от его статической деформации ws:

Предполагая, что величины проекций вектора Rs на глав­ ные оси зависят только от проекций вектора статиче­ ской деформации, статические характеристики можно представить в виде

U s=U s(us)- Vs= V s(vs)-

'Ws^W'iw,). (1.4)

Динамические характеристики амортизаторов (1.1) су­ щественно зависят от статических. Для пружинных, ре­ зино-металлических, пенополиуретановых и некоторых других амортизаторов можно принять, что полная ди­ намическая реакция амортизатора при скорости движе­ ния точки крепления относительно основания гЬ не от­ личается от его статической реакции при той же де­ формации. Однако настоящее утверждение абсолютно не распространяется на пневматические и гидропневма­ тические амортизаторы, рассмотрению которых главным образом посвящена настоящая книга.

Для этих амортизаторов, вообще говоря, форма си­ ловой реакции всегда является функцией скорости де­ формации. В общем случае как динамические, так и статические характеристики амортизаторов являются нелинейными. Нелинейность может обусловливаться нелинейными упругими свойствами материала, наличием внутреннего трения в материале упругого элемента, при­ менением нелинейных демпферов, наличием ограничи­ телей хода и рядом других причин.

9