Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Следовательно, необходимые меры по повышению ударопрочности конструкции —увеличение толщины основания и выполнение диэлектрического покрытия не в виде сплошного слоя, а в виде фрагментов с определенными размерами сторон.4.5. Основы расчета виброизоляции конструкций РЭСОдной из наиболее эффективных мер борьбы с вибрациями является виброзащита РЭС с помощью различных систем виброизоляции:между защищаемым объектом и вибрирующей поверхностью помещаются устройства-виброизоляторы, которые ослабляют вибрационныевоздействия на объект.Основным элементом виброзащитной системы служит амортизатор(виброизолятор).
Амортизатор представляет собой конструкцию, объединяющую упругий и демпфирующий элементы. Упругие силы в амортизаторе создаются стальными пружинами, упругой составляющей жесткости резиновых или полимерных элементов, упругостью металлорезины или троса. Силы сопротивления (демпфирование) в конструкцииамортизатора образуются в результате сухого трения в материале упругого и демпфирующего элементов и вязкого трения.В зависимости от типа упругого элемента и способа демпфированияамортизаторы можно разделить на следующие классификационныегруппы: резинометаллические, пружинные с воздушным демпфирова- нием, пружинные с фрикционным демпфированием, цельнометаллические со структурным демпфированием. Конструкции некоторых типовамортизаторов, являющихся представителями названных классификационных групп, приведены на рис.
4.23.Виброизолирующие свойства амортизаторов определяются их параметрами. К основным параметрам амортизаторов относятся:номинальная нагрузка амортизатора Р н, при которой статическаядеформация упругого элемента находится в пределах рекомендуемыхзначений;частота свободных колебаний при номинальной нагрузке вдоль основной оси;статический прогиб при номинальной нагрузке z CT;жесткость амортизаторов k;154Рис.
4.23. Конструкция амортизаторов: а — «ножка» (АН);б — с воздушным демпфированием (АД); в — пространственного нагружения (АПН);г — пружинно-сетчатый амортизатор; 1 — бобышка; 2 — стопорное кольцо;3 — резиновое кольцо; 4 — крышка; 5 — баллон; б — пружина; 7 — прокладка;8 — корпус; 9 — основание; 10 — ограничитель; 11 — фрикционные сухари;12 —шайбы; 13 —винт; 14 — распорное кольцо; 15 — направляющая;16 — сетчатая подушка; 17 — крышкапараметры, характеризующие работоспособность амортизаторов вусловиях климатических воздействий.При выборе амортизаторов для системы виброизоляции исходят изтого, что амортизаторы должны работать при номинальной нагрузке.Снижение нагрузки на амортизатор ведет к повышению жесткости, перегрузка — к снижению надежности системы.По частотным свойствам амортизаторы подразделяются на низкочастотные (f0 = 3...4 Гц), среднечастотные (f0 = 8...10 Гц) и высокочастотные (f0 = 20...25 Гц).Статический прогиб, номинальная нагрузка и жесткость амортизатора связаны соотношением k = Р н /z CT.Расчет виброизоляции конструкций РЭС начинают с выбора амортизаторов.
При выборе амортизаторов должны учитываться масса и габаритные размеры блока, параметры внешних механических (диапазончастот вибраций, амплитуды перемещений и ускорений при вибрациях,направление действия возбуждающих колебаний) и климатическихвоздействий, параметры амортизаторов.Выбор амортизаторов производится по расчетному значению нагрузки, которое находят из условия равенства общей статической грузоподъемности амортизаторов массе блока: Р а = т g /п а, где т — массаблока; п а — число амортизаторов в системе виброизоляции.
По конструктивным соображениям обычно принимают nа≥3. Значение Рαдолжно быть близким к номинальной нагрузке амортизатора Р н . Дляконкретного типа амортизатора номинальной нагрузке соответствуютдругие параметры: статический прогиб zст, жесткость по основным направлениям, масса.После выбора амортизаторов решают задачу их расстановки (монтажа).Наибольшее применение находит рациональный монтаж амортизаторов. Условия рационального монтажа, можно сформулировать следующим образом: общая статическая грузоподъемность всех амортизаторов равняется весу блока; центр масс (ЦМ) и центр жесткости (ЦЖ),т.е.
точка приложения равнодействующей сил реакций амортизаторов,совпадают или лежат на одной вертикали.Это обусловлено тем, что если на изолируемую систему действуютпериодические возбуждающие силы с широким спектром частот, тодля обеспечения высокой эффективности виброизоляции все шесть частот свободных колебаний системы должны лежать в узком диапазонечастот. Совмещение частот свободных колебаний может быть достигнуто соответствующим выбором жесткости амортизаторов и координатих расстановки.Широкое распространение получило расположение амортизаторов,при котором ЦЖ находится ниже ЦМ (рис. 4.24, а).
Основным достоин156Рис. 4.24. Варианты монтажа амортизаторов:а, б, в, г, е — схемы рационального монтажа;д — комбинированная схемаством такой системы является то, что она дает возможность разместитьблоки аппаратуры в непосредственной близости друг от друга. Есливсе амортизаторы имеют одинаковую жесткость k z, то смещение блокавдоль оси z будет происходить без перекосов, т.е.
исключаются повороты относительно осей x; и у . Частота свободных колебаний вдоль осиz для этого случая определяется соотношениемω 0 z = na k z / mгде п а — число амортизаторов; m — масса виброизолируемого объекта.При использовании в системе (см. рис. 4.24, а) ассимметричныхамортизаторов (kx = ky ) образуются две плоскости симметрии xOz иyOz и возникают дополнительно пять связанных (сложных) колебанийблока.157Перемещение точек расположения амортизаторов на боковую поверхность блока (рис. 4.24, б) позволяет совместить ЦЖ и ЦМ и избежать связанных колебаний. Такой же результат достигается при зеркально симметричном расположении амортизаторов на нижней и верхней стенках блока (рис. 4.24, в).
Для конструктивной реализации такихсистем требуются дополнительные узлы крепления в виде кронштейнов и стоек. Более простой системой, позволяющей совместить ЦЖ сЦМ, является система с наклонным расположением амортизаторов(рис. 4.24, г). Она находит применение в транспортной, корабельной ибортовой аппаратуре. Комбинированные системы (рис. 4.24, д) позволяют ослабить колебания вокруг горизонтальных осей за счет установкидополнительных виброизоляторов на боковой поверхности блоков. Такая система применяется для блоков РЭС, имеющих значительную высоту. Подробный анализ частотных характеристик рассмотренных систем приведен в [24].
Если амортизаторы устанавливаются несимметрично относительно ЦМ блока (рис. 4.24, е), то для сохранения значений частот свободных колебаний таких же, как и при симметричномразмещении, необходимо, чтобы жесткость каждого амортизаторавдоль оси z была пропорциональна его доле нагрузки, т.е. kz1 /kz2 ==b2/b1При произвольном размещении амортизаторов под изолируемымобъектом, когда плоскости симметрии отсутствуют, все колебания будут связаны между собой. Наличие хотя бы одной плоскости симметрии вызывает распад связанных колебаний на две не связанные междусобой группы, одна из которых характеризует движение центра масс вплоскости симметрии, другая — в перпендикулярном этой плоскостинаправлении.Координаты центра жесткости амортизаторов можно вычислить через статические моменты жесткости относительно координатных плоскостей:xk =Σ k xi x iΣk xiyk =Σk yi yiΣk yizk =Σk z i z iΣk ziгде xi, уi, zi — координаты расположения амортизаторов; kxi , kyi,,k.zi.
,— жесткости амортизаторов по направлениям осей координат.Аналитически условия рациональной расстановки амортизаторовпредставляют в виде158где Р i— реакция i-ro амортизатора.Первое уравнение системы (4.22) показывает, что общая грузоподъемность всех амортизаторов равна весу амортизируемого объекта, триследующие уравнения представляют условия равновесия пространственной системы параллельных сил, три последние уравнения — условия равенства нулю центробежных моментов реакций амортизаторовотносительно главных центральных осей инерции блока. Другими словами, равенство нулю моментов и центробежных моментов реакцийамортизаторов означает совпадение ЦМ объекта с ЦЖ системы виброизоляции.Решение уравнений (4.22) представляет собой содержание задачистатического расчета системы виброизоляции.
При использовании всистеме na амортизаторов число неизвестных в уравнениях (4.22) составляет 4па . Поэтому в исходном виде система виброизоляции является статически неопределимой. Чтобы произвести расчет такой системы, необходимо задать (4па - 7) величин. Например, при n а = 3 требуется взять пять величин, при п а = 4 — девять и т.д.
Обычно дополнительные условия задают в виде координат расположения определенного числа амортизаторов, симметричного расположения амортизаторовотносительно центра масс и др.В результате решения уравнений (4.22) получают значения координат всех амортизаторов и их реакций Р i . . Зная реакции амортизаторов,можно определить статические прогибы zi = Рi /k z . Если статическиепрогибы амортизаторов различны, то производится выравнивание объекта с помощью компенсирующих прокладок.
Толщину прокладок находят как разность статических прогибов.Расчет виброизоляции конструкций РЭС завершается определением динамических характеристик системы и эффективности амортизации (динамический расчет). Для выбранного типа амортизаторов и,следовательно, известных значений жесткости находят частоту свободных колебаний объекта ω0 =na k / m и частотную расстройкуv = ωH/ωO, где ωH — нижнее значение частоты диапазона частот внешнихвибрационных воздействий.
Проверяется условие v>5...6.Далее (см. разд.4.2.1) определяют коэффициент передачи вибрацийη и эффективность виброизоляции Э = (1 -η|)· 100% . Если значение159эффективности ниже требуемой величины, то пересматривается структура системы виброизоляции.Пример 4.5. Выбрать амортизаторы для виброизоляции блока массой 25 кг и габаритными размерами 46x60x50 см, если диапазон частотвибрационных воздействий 30...400 Гц, виброускорение ав< 10g , диапазон температур t = -60...+80°C, относительная влажность 98% приt = 40°C. Определить эффективность амортизации.Исходя из конструктивных соображений принимаем плоскую схемурасстановки с четырьмя амортизаторами, причем плоскость с амортизаторами проходит через ЦМ блока (zi = 0). Нагрузка, приходящаяся наамортизатор, Р а = т g/n а = 25·9,8/4 = 61,25 Н.По условиям эксплуатации и нагрузке(Р а ≈Р н )выбираемамортизаторытипа АПН-4 (Рн = 39,2... 68,7 Н,kz = 32,3 Н/мм).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
