Защита электронных устройств от механических воздействий
Защита электронных устройств от механических воздействий - раздел Философия, КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ По дисциплине ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Механические Воздействия На Электронные Устройства В Общем Случае Имеют Случа...
Механические воздействия на электронные устройства в общем случае имеют случайный характер. Для упрощения расчетов при оценке влияния реальных воздействий используют упрощенные модели, называемые вибрациями, ударами, линейными ускорениями.
Вибрации – колебания конструкции, вызванные периодическими воздействиями. Вибрации подвергаются устройства, размещенные на транспортных средствах, в производственных помещениях и во время транспортировки.
В результате вибрации возникают перегрузки
,
где а – ускорение за счет вибрации;
q – ускорение силы тяжести.
Для гармонического закона колебаний, который обычно принимается в
качестве модели вибраций
,
где A – амплитуда вибраций;
f - частота колебаний.
Сила динамического воздействия на устройство крепления весом G и
массой m определится по формуле
.
Таким образом, перегрузка и динамические силы пропорциональны амплитуде вибраций и квадрату частоты.
По причине возникновения удары различают на удары, вызванные транспортированием, падением, столкновением, приземлением, взрывной волной.
По характеру воздействия различают периодические и апериодические.
Удары отличаются от вибрации тем, что период их следования значительно больше времени установления механической системы. Это позволяет рассматривать внешнее воздействие как одиночное. Во время действия ударного импульса могут возникнуть вынужденные колебания конструкций с большой амплитудой, которые после его прекращения переходят в свободные колебания.
Линейные ускорения можно рассматривать как частную модель ударного воздействия, когда удар единичен, а его длительность велика. Главной особенностью линейных ускорений является неэффективность уменьшения их влияния на ЭУ с помощью амортизаторов.
В результате вибраций и ударов наблюдается
- повышенный износ подвижных частей устройства;
- ослабление механических соединений и креплений отдельных элементов конструкции;
- саморазвинчивание;
- нарушение регулировки;
- поломки несущей конструкции.
Причиной поломок является:
- усталость материала, которая накапливается при длительных воздействиях знакопеременных нагрузок;
- колебания конструкции и ее элементов с большими амплитудами.
Наиболее опасно возникновение механического резонанса, при котором частота внешнего воздействия f совпадает с собственной резонансной частотой системы , где С – жесткость конструкции (отношение действующей силы к деформации конструкции, вызванные этой силой).
Колебания конструкции и ее элементов с большими амплитудами могут вызвать недопустимые механические напряжения, которые приводят к остаточным деформациям либо разрушениям.
Как следует из формулы , при фиксированной перегрузке наибольшие амплитуды имеют место в низкочастотной области.
Возможность выдерживать влияние внешних воздействий на ЭУ оценивается такими показателями как устойчивость и прочность.
Под устойчивостью (виброустойчивостью, ударной устойчивостью, теплоустойчивостью, холодоустойчивостью, влагоустойчивостью) понимают свойство ЭУ выполнять свои функции в условиях воздействия внешнего фактора, сохраняя при этом значения параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.
Прочность применительно к внешним воздействиям (вибропрочность, ударная прочность) – свойство ЭУ противостоять воздействию внешнего фактора и сохранять после прекращения воздействия значения параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.
Наиболее слабыми местами конструкции ЭУ с позиции ударопрочности являются:
- консольные крепления (разрушение происходит, как правило, в месте крепления);
- элементы конструкции, находящиеся под большим механическим напряжением (натянутые выводы кабелей, жгутов, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых диодов и триодов);
- части конструкций с большими сосредоточенными массами (например, силовые трансформаторы и дроссели в результате ударов могут смещаться со своих фиксированных мест, а при значительных ударах они срываются с креплений);
- керамические платы, соединенные с базовыми металлическими деталями и имеющие местные напряжения (например, в местах крепления), часто при ударных нагрузках обламываются;
- каркасы и рамы, выполненные из штампованных деталей, соединенных клепкой или сваркой при больших ударах деформируются, а места клепки разбалтываются.
Следует иметь в виду, что действие ударов в условиях пониженной температуры вызывает значительно больше повреждений конструкции, чем в нормальных условиях. Это объясняется повышенной хрупкостью многих изоляционных материалов, а также возникающими при охлаждении напряжениями в отдельных частях конструкции. При температурах ниже –400С у деталей из полистирола, полиэтилена и некоторых других пластмасс ударная прочность снижается.
Основные конструктивные меры по защите электронных устройств от механических воздействий заключается в следующем:
1. Повышение прочности конструкции, где под прочностью понимают нагрузку, которую конструкция может выдержать без остаточных деформаций и разрушения. Возможности этого метода ограничены, поскольку увеличение прочности обычно сопровождается наращиванием массы, а это, в свою очередь, приводит к возрастанию динамических нагрузок. Для повышения прочности и, в частности, ударостойкости целесообразно применение материалов с повышенной пластичностью.
2. Отстройка механической системы от частоты вибрации путем изменения ее собственной частоты за счет жесткости и (или) массы электронного устройства без развязки от носителя. Такой подход часто используют при конструировании электронных устройств первого структурного уровня.
3. Установка электронного устройства на упругие опоры (амортизаторы) с одновременной отстройкой собственной частоты амортизированной системы от диапазона частот вибрационного воздействия. Такой способ используют, как правило, на третьем структурном уровне.
4. Применение демпфирования – уменьшения добротности механической системы за счет введения диссипативного элемента. Это метод применяется при отсутствии технических возможностей отстроить собственную частоту механической системы от частоты внешнего воздействия. В ряде случаев он используется в совокупности с предыдущим.
Эксплуатационные требования
Качество выполнения электронным устройством основных функций, для которых оно предназначено, определяется основными техническими параметрами, указанными в соответствующих документах (
Конструкторско-технологические требования
Защита от воздействия внешних факторов (влага, температура, вибрация и удары, микроорганизмы и др.) необходима не только для обеспечения нормальной работы ЭУ при эксплуатации, но и пр
Экономические требования
Экономичность конструкции в значительной степени закладывается на этапе разработки и определяется затратами на разработку, производство и эксплуатацию.
По уровню затрат времени и средств Э
Работа трансформатора в режиме холостого хода
При работе трансформатора в режиме холостого хода вторичная обмотка его разомкнута, а первичная потребляет из питающей сети относительно небольшой ток холостого хода. В этом случае приложенное к эт
Работа трансформатора под нагрузкой
При включении нагрузки во вторичную обмотку трансформатора в ней появится ток I2 , который создает намагничивающую силу этой обмотки
Согласующие трансформаторы
Трансформаторы применяются в различных усилительных и измерительных устройствах для согласования электрических сигналов. По месту расположения в схеме трансформаторы согласования делятся на вход
Надежность.
Около четвертой части всех отказов ЭА происходит из-за отказов резисторов. Это объясняется тем, что резисторы составляют около половины общего числа элементов схем ЭА.
Статистика отказов с
Система условных обозначений и маркировка резисторов
В соответствии с действующей системой сокращенных и полных условных обозначений сокращенное условное обозначение, присваиваемое резисторам, должно состоять из следующих элементов:
Резисторы постоянного сопротивления
А) Углеродистые резисторы(тип С1) –резисторы поверхностного типа, проводящим элементом которых является пиролитический углерод.
Пленку пиролитического угл
Резисторы переменного сопротивления
Подгонка или периодическая регулировка некоторых параметров электрической цепи осуществляется с помощью резисторов переменного сопротивления. Например, резистор переменного сопротивления должен с з
Основные параметры конденсаторов
Конденсаторы постоянной емкости характеризуются такими параметрами, как номинальной емкостью, электрической прочностью, реактивной мощностью, качеством изоляции, потерями, коэффициентом абсорбции,
Надежность
Современные конденсаторы характеризуютcя следующими средними значениями интенсивности отказов для конденсаторов постоянной емкости от 1,0×10-6 1/ч до 4×10-6 1/ч и
Постоянной емкости
Конденсаторы разделяются на различные группы.
По назначению - общего назначения, специального назначения.
По характеру изменения емкости
Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком
А) Слюдяные конденсаторы.
Слюдяные конденсаторы представляют собой конструкции, состоящие из металлических обкладок и слюдяных пластин, выполняющих ро
Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком
А) Бумажные конденсаторы (например, типа КБГ)
Бумажные конденсаторы состоят из двух длинных полос алюминиевой или свинцово-оловянной фольги, разделенн
Электролитические конденсаторы
Электролитические конденсаторы отличаются высокой удельной емкостью, обусловленной использованием в качестве диэлектрика тонкой оксидной пленки, образованной из вентильного металла электродов (алюм
Резонаторы
Необходимость применения вместо широко используемых колебательных контуров с электрическими индуктивностями и конденсаторами пьезоэлектрических и механических резонаторов вызвана тем, что с их помо
Пьезотрансформаторы
В конструкциях преобразования энергии, устройства питания источников света широко используются классические электромагнитные трансформаторы. Создание миниатюрного электромагнитного трансформатора с
Фильтры
Частотным фильтром называется устройство (четырехполюсник), обладающее различной величиной затухания для разных
Сравнение аналоговых фильтров с цифровыми.
С распространением цифровой техники аналоговые фильтры активно вытеснялись цифровыми фильтрами, однако существуют приложения, в которых использование цифровых фильтров нецелесообразно.
Паразитные связи на печатных платах
Паразитные связи на печатных платах возникают вследствие наличия паразитной емкости С и паразитной взаимоиндуктивности М между печатными прово
Механическая обработка печатных плат
Механическая обработка печатных плат включает:
-раскрой листового материала на полосы
-получение заготовок ПП;
-выполнение фиксирующих технологических, переходных и монта
Установка навесных изделий на печатной плате
Размещение навесных элементов на печатной плате согласовывается с конструктивными требованиями на печатный узел, блок и прибор в целом. При расположении элементов необходимо предусматривать необход
Способы охлаждения электронных устройств
В процессе переноса тепловой энергии в аппаратуре участвуют все три механизма теплопередачи
В зависимости от конкретных режимов работы и условий эксплуатации относительный вклад каждого из
Предварительный выбор системы охлаждения
Предварительный выбор системы охлаждения производится на ранней стадии конструирования. Для этого используются графики, характеризующие области целесообразного применения различных способов охлажде
Охлаждающие устройства современных компьютеров
Производители компьютеров ограничивают рабочую температуру процессоров: компания Intel - +66…780С, AMD - +85…900C. Считается, что при температуре в помещении +230C
Защита с помощью изоляционных материалов
Защита с помощью изоляционных материалов применяется для изделий или его частей наиболее уязвимых для влаги.
В настоящее время известны следующие способы защиты: пропитка, заливка, обволак
Понятие, основные термины и определения
Надежностью называют свойство системы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных норм при заданных режимах и условиях в течение требуемого интерв
Показатели надежности
6.2.1 Показатели безотказности.
Вероятность безотказной работы.
Под вероятностью безотказной работы (ВБР) элеме
Оценка надежности по внезапным эксплуатационным отказам
Внезапные эксплуатационные отказы (ВЭО) представляют собой внезапные отказы полноценной по надежности электронной системы, возникающие в период нормальной эксплуатации, когда приработка устройства
Оценка надежности по износовым отказам
Износовые отказы и отказы старения (ИСО) представляют частный случай постепенных отказов, вызванных процессами электрического и механического износа и старения и появляются в третий период эксплуат
Оценка надежности по приработочным отказам
Приработочные отказы (ПРО) представляют внезапные отказы, возникающие в период приработки, предшествующий периоду нормальной эксплуатации.
ПРО возникают вследствие
- ошибок, допущ
Способы обнаружения неисправностей
В связи с тем, что основное время ремонта составляет поиск неисправностей, рассмотрим способы их обнаружения. Следует отметить, что в общем случае выбор способа обнаружения неисправности определяет
Способы обеспечения ремонтопригодности
Ремонтопригодность в общем случае определяется применением стандартных и унифицированных сменных составных частей, ограничением их номенклатуры, легкосъемностью, взаимозаменяемостью, отсутствием сл
Методы анализа производственных погрешностей
Для анализа производственных погрешностей используется два основных метода: статистический и расчетно-аналитический.
Статистический
Статистический метод анализа производственных погрешностей.
Статистический метод можно разделить на ряд действий:
1) собственно наблюдения изучаемого узла (измерение параметров, определение свойств и т.п.);
2) группировка полученного при н
Экспериментальный метод.
При использовании этого метода данные получаются по результатам эксперимента. Сущность метода вытекает из рассмотрения уравнения погрешности выходного параметра
Расчетный метод.
Метод частных производных. Этот метод предполагает наличие аналитического выражения, связывающего выходной параметр с производственными погрешностями. Разложив уравнение (4) в ряд
Точность и устойчивость технологических процессов
Оценка точности ТП основывается на определении погрешности соответствующих параметров, а точнее характера его распределения, которое наиболее полно может быть представлено в виде кривой распределен
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
,
,
.
, где С – жесткость конструкции (отношение действующей силы к деформации конструкции, вызванные этой силой).
, при фиксированной перегрузке наибольшие амплитуды имеют место в низкочастотной области.
Новости и инфо для студентов