Механические испытания

1.1 Вибрационные испытания. Эти испытания являются основными и наиболее универсальными при испытании электрических устройств и их элементов на механические воздействия.

Вибрации изменяют электрические параметры аппаратуры и существенно влияют на контактные соединения. Особо опасны вибрации, если собственная резонансная частота механических колебаний элементов совпадает с частотой вибрации. Резонансные частоты известных элементов схемы (радиодеталей, микросхем и др.) массой 0,3... 12 г с выводами диаметром 0,6... 1 мм и длиной 30 мм составляют 200... 450 Гц.

Вибрацию можно рассматривать как колебательное движение тела относительно своего исходного положения. Она может быть периодической и случайной. Периодическая вибрация может быть периодическая (гармонической и полигармонической), случайная — стационарной и нестационарной (узкополосной и широкополосной).

Испытания на одной частоте выполняют с целью выявления грубых дефектов и проверки способности изделия противостоять разрушающему действию вибрации и выполнять свои функции после воздействия вибрации. При таких испытаниях указывают диапазоны частот, время выдерживания изделия на высшей частоте каждого диапазона и продолжительность выдержки.

Случайной называется вибрация, параметры которой изменяются во времени и постоянства статистических характеристик не ожидается.

Рисунок 1 Схема электродинамической вибрационной установки: 1 — система управления; 2 — усилитель мощности; 3 — согласующее устройство; 4 — вибростенд; 5 — виброизмерительный преобразователь;

6 — катодный повторитель

Вибрационные испытания производятся на электродинамических вибрационных установках (рис. 1). По форме возбуждаемых колебаний различают генераторы синусоидальной и случайной вибрации. Такие генераторы имеют каналы обратной связи и называются системой управления вибрационными процессами. Они включают в себя устройства автоматического поддержания заданного ускорения и перемещения, а также автоматического качания частоты в заданном диапазоне и с заданной скоростью.

Усилитель мощности усиливает сигнал переменного тока, который поступает в подвижную катушку вибростенда.

Согласующее устройство предназначено для согласования выходного сопротивления усилителя мощности с входным сопротивлением подвижной катушки.

Виброизмерительный преобразователь служит для выработки электрических сигналов, пропорциональных амплитуде ускорения. Эти сигналы поступают на измерительное устройство аппаратуры управления и схему поддержания заданной амплитуды.

Испытания гармонической вибрацией переменной (качающейся) частоты проводят при плавном изменении в заданном диапазоне частот от нижней до верхней частоты и обратно при постоянстве заданных параметров вибрации в течение определенного времени. Такой метод позволяет легко определять собственные частоты изделия и величины резонансных амплитуд. При этом любая резонансная частота изделия, соответствующая диапазону частот испытания, будет возбуждаться дважды за каждый цикл качания.

Испытание полигармонической вибрацией заключается в одновременном воздействии гармонических вибраций с различными фазами. Спектр таких вибраций является линейчатым и может быть определен рядом Фурье с небольшим числом гармонических составляющих. Суммарный сигнал подается на усилитель мощности вибростенда. Метод достаточно прост и отличается от испытания гармонической вибрацией числом сигналов задающих генераторов и необходимостью регулирования фазовых сдвигов между этими сигналами. Возможности метода ограничены количеством задающих генераторов и сложностью настройки. Наиболее целесообразно его применять в тех случаях, когда реальная вибрация представляет собой детерминированный периодический процесс.

Испытания случайной вибрацией получили широкое распространение в качестве моделей реальных процессов. При таких испытаниях принимается гипотеза о нормальности закона распределения и локальной стационарности случайных вибраций. Это значит, что статистические характеристики, вычисленные в определенном интервале времени, дают адекватное описание вибрационного процесса на этом отрезке времени.

Испытания случайной вибрацией могут выполняться широкополосной, узкополосной и реальной вибрациями.

При испытаниях широкополосной вибрацией в качестве сигнала возбуждения используется широкополосный случайный сигнал, который пропускается через узкополосные фильтры с фиксированным уровнем частот. В современных установках используется от 40 до 120 узкополосных фильтров. Область частот, пропускаемых фильтром, называется полосой пропускания.

Испытание узкополосной случайной вибрацией требует задающей аппаратуры простой конструкции и обеспечивает быстрый выход на требуемый режим. Полосовой избирательный усилитель, выполняющий роль фильтра, имеет четыре перенастраиваемые полосы: 3, 10, 30 и 100 Гц. При правильной регулировке этот метод обеспечивает то же число наиболее важных ускорений на заданном уровне, как и при широкополосном методе.

Испытания реальными вибрациями являются дополнительным видом испытаний сложных и ответственных электронных устройств.

1.2 Ударные испытания применяются для проверки способности изделия сохранять в заданных пределах основные параметры и выполнить свои функции ни время ударного действия и после него.

Важной характеристикой, обеспечивающей единство испытаний, является форма ударного импульса, которым называется зависимость ударного ускорения а от времени t. Для расчета ударных воздействий обычно задаются три характеристики: максимальное значение ударного ускорения Н (амплитуда импульса), интервал действия импульса τ и зависимость ударного ускорения от времени. Для упрощения расчета ударных воздействий форму ударного импульса идеализируют, заменяя ее более простой (прямоугольной, полусинусоидальной и др.).

Ударные испытания проводят на механических и электродинамических стендах. Действие стендов основано на том, что изделие бросают с некоторой высоты на упругую опору. В результате взаимодействия масс с упругим телом, воспринимающим удар, создаются перегрузки, которые измеряются при помощи пьезоэлектрических и других датчиков.

1.3 Испытание на воздействие линейных (центробежных) ускорений проводят на центрифуге (рис. 2). Металлическая рама 2, укрепленная на оси 4, приводится во вращение электродвигателем 5. Испытуемое изделие 3 укрепляют на конце рамы. На противоположном ее конце устанавливают груз 1 или аналогичные изделия, обеспечивающие уравновешивание рамы. Изменение амплитуды ускорения достигается изменением скорости вращения рамы и перемещением испытуемого изделия, так как центробежное ускорение пропорционально расстоянию Я от оси вращения до центра тяжести испытуемого изделия/