ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИСПЫТАНИЙ РЭС И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ПиКС
Отчет по лабораторной работе №1
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИСПЫТАНИЙ РЭС И ЕЕ
ЭЛЕМЕНТОВ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ
Выполнил: Проверил:
ст. гр. 010201 Гурский М.С. Жук В.И.
Якубович Н.И.
Минск 2014
Цель работы
1. Изучить виды и методы испытаний на воздействие вибрации, методы измерения параметров вибрации.
2. Ознакомиться с принципом работы и устройством испытательного оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры.
3. Исследовать виброустойчивость и определить собственные резонансные частоты элементов и узлов РЭС.
Краткие теоретические сведения
В зависимости от назначения и места установки РЭС может подвергаться различным механическим воздействиям. Наиболее часто РЭС испытывает действие вибрации, которая может возникать при транспортировании, при работе
различных механизмов, а также при эксплуатации аппаратуры на подвижных объектах. Вибрационные нагрузки вызывают преимущественно механические напряжения и деформации изделий. Если деформации упругие, то их воздействие
может привести к нестабильности параметров изделия за счет появления дополнительного спектра частот возбуждения (виброшумов). После прекращения воздействия вибрации, вызывающей упругие деформации изделий, их функционирование восстанавливается. Но вибрация может вызывать и необратимые изменения первоначально установленных значений параметров регулируемых элементов конструкции РЭС. Под влиянием даже небольших по амплитуде, но длительных вибрационных нагрузок могут появляться усталостные явления в материалах конструкции, приводящие к выводу из строя или разрушению изделия. Особо опасны явления резонанса, когда собственная частота какой-либо части конструкции изделия находится в пределах спектра частот действующей вибрации, в результате чего нагрузки возрастают во много раз. Это может привести к обрыву выводов элементов, соединительных проводников, нарушению герметизации, возникновению коротких замыканий.
С целью проверки способности РЭС надежно работать в условиях воздействия вибрации и после ее прекращения проводятся испытания на обнаружение резонансных частот, на виброустойчивость и на вибропрочность. Испытания на воздействие вибрации проводят при нормальных климатических условиях, однако допускается повышение температуры окружающей среды из-за выделения тепла стендом с испытываемым изделием до предельно допустимой температуры, указанной в ТУ на данное изделие.
Во всех случаях перед проведением испытаний на вибрационные нагрузки производится проверка внешнего вида изделия и измерение указанных в ТУ и ПИ параметров. Затем изделие жестко крепят на платформе (столе) вибростенда. Выбирая способы закрепления, необходимо учитывать эксплуатационное положение изделия, а также технические характеристики вибростенда.
Применяемые способы закрепления, приспособления и оснастка должны обеспечивать передачу вибрационной нагрузки от стола стенда испытываемому образцу без потерь и искажений. При этом если изделие эксплуатируется в нагруженном состоянии, то испытания следует производить, механически (статически) нагружая его.
Испытание на вибропрочность и виброустойчивость осуществляют методами фиксированных частот, качающейся частоты и воздействием случайной вибрации. Испытания изделий РЭС на вибропрочность методом фиксированных частот проводят, предварительно разбив рабочий диапазон частот вибрации на поддиапазоны. В течение 1-2 мин плавно изменяют частоту вибрации от нижнего до верхнего значения в пределах каждого поддиапазона и выдерживают на верхней частоте поддиапазона. Время выдержки и ускорение вибрации устанавливают в зависимости от требований ПИ и ТУ.
Сущность метода качающейся частоты заключается в изменении частоты колебаний в заданном диапазоне от минимальной до максимальной и обратно с тем, чтобы последовательно возбуждать резонансы изделия, которые приходятся на область частот испытания. Выбор диапазона частот зависит от резонансных свойств элементов конструкции изделия. Если резонансные частоты исследуемого изделия превышают в 1,5-2 раза верхнюю частоту диапазона вибраций по ТУ, испытание на вибропрочность допускается проводить в более узком диапазоне на частотах, более близких к резонансной.
При испытании изделий РЭС на вибропрочность комбинированным методом весь диапазон рабочих частот разбивают на две части: от нижних частот до 100 Гц и от 100 Гц до верхних частот. При испытании в поддиапазоне до 100 Гц все операции выполняют, как при испытании на фиксированных частотах, а в диапазоне выше 100 Гц – как при испытании методом качающейся частоты. В ПИ и ТУ оговариваются амплитуда (ускорение) и продолжительность выдержки
изделий на каждом участке диапазона вибраций.
Метод воздействия случайной вибрации наиболее полно отражает условия эксплуатации РЭС в реальных режимах. Как по частотному спектру, так и по уровню нагрузки такие испытания требуют специально согласованной методики испытаний. Принципиально этот метод не отличается от метода испытаний на качающейся частоте, за исключением характера вибрационных колебаний, значения которых случайны как по частоте, так и по амплитуде (в заданных пределах).
Ход работы
Проведём испытание на обнаружение резонансных частот печатной платы, жёстко закрепленной на вибростенде. На рисунке 1 представлена структурная схема установки.
Рисунок 1 – Структурная схема установки
В таблице 1 представлены характеристики печатной платы.
Таблица 1
|
ширина
|
4 cм
|
|
длина
|
6см
|
|
толщина
|
1,5 см
|
|
материал
|
стеклотекстолит
|
Рисунок 2 - Эскиз крепления платы
Измерения производится в диапазоне частот от 5Гц до 10кГц. В таблице 2 представлены результаты измерений.
Таблица 2
|
№
|
Частота, Гц
|
Напряжение, мВ
|
|
1
|
30
|
150
|
|
2
|
50
|
240
|
|
3
|
65
|
160
|
|
4
|
100
|
160
|
|
5
|
180
|
120
|
|
6
|
215
|
150
|
|
7
|
320
|
120
|
|
8
|
500
|
310
|
|
9
|
1100
|
150
|
|
10
|
1740
|
580
|
|
11
|
2900
|
240
|
|
12
|
6400
|
460
|
|
13
|
6800
|
100
|
|
14
|
7200
|
420
|
|
15
|
10000
|
300
|
График зависимости напряжения от частоты.
Рассчитаем собственные резонансные частоты платы:
,
, где
а=0,06(м) длина платы
m’=m/(a*b)
h=0,0015-толщина платы.
p=2г/см3=2*103кг/м3
E =0.32 *1011H/м – модуль упругости для материала ПП.
V=0,06*0,04*0,0015=3.6*10-6 м3.
m=3.6*10-6 * 2*103=0,0072кг=7,2 г - масса платы
m’=0,0072/(0,06*0,04)=3 кг/м2.
Ка=(9,87(1+(0,06/0,04)2)=32,08
Подставив данные значения в формулу fo получаем:
.
Выводы: изучили виды и методы испытаний на воздействие вибрации, методы измерения параметров вибрации, ознакомились с принципом работы и устройством испытательного оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, исследовали виброустойчивость и определили собственную резонансную частоту экспериментальным (fрез=1740 Гц) и расчетным (f0=2500 Гц) способом элементов и узлов РЭС.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИСПЫТАНИЙ РЭС И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ