Устройство для защиты от ударных и вибрационных воздействий
SHOCK IMPACT AND VIBRATION PROTECTION DEVICE

Предполагаемое изобретение относится к устройствам защиты от ударных и вибрационных воздействий, а именно, к конструированию радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано в аппаратуре, применяемой в условиях интенсивных ударных и вибрационных воздействий.
Известно устройство для защиты от ударных воздействий, патент РФ №2302091 от 27.06.2007, МПК H05K 5/00. Оно заключается в том, что в устройстве, содержащем корпус, внутри которого размещен пакет печатных плат, установленный на амортизирующих прокладках внутри одного корпуса, заполненного дискретными рабочими средами, корпус выполнен деформируемым и размещен в дополнительно введенном другом жестком корпусе, пространство между которыми заполнено полимерным компаундом. На боковых поверхностях жесткого корпуса выполнен кольцевой фланец с крешерами, при этом фланец расположен на одной плоскости с центром масс устройства.
Недостатком данной конструкции является то, что демпфирующие элементы конструкции, выполнены деформируемыми или разрушающимися, обеспечивают защиту конструкции лишь от одиночного интенсивного воздействия, что в условиях старта и полета ракеты недостаточно для безотказного функционирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, деформация корпуса приведет к смещению центра тяжести конструкции и появлению резонанса, и разрушению защищаемого блока при высокоинтенсивном воздействии.
Известно устройство для защиты от ударных воздействий, описанное в патенте РФ №2385554 от 17.11.2008, МПК H05K 5/00. Данное устройство выбрано нами в качестве прототипа. Устройство для защиты от ударных воздействий содержит корпус с отверстием, на дне которого установлена аппаратура в виде пакета печатных плат. При этом внутренний объем корпуса заполняют демпфирующим материалом, в качестве которого применяют низкоплотный материал на основе смеси полых и терморасширяющихся микросфер. При этом состав низкоплотного материала - основы смеси полых и терморасширяющихся микросфер - подбирают таким образом, чтобы в зоне действия инерционной нагрузки ударного воздействия в материале возникало механическое напряжение, равное пределу текучести данного материала.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, высокое время отклика системы на ударные или вибрационные воздействия, так как при высокоинтенсивном воздействии материалу для достижения предела текучести необходимо время, которое превышает период действия импульса.
Общим недостатком вышеописанных технических решений является использование дискретных рабочих сред или низкоплотного материала на основе смеси полых и терморасширяющихся микросфер для защиты аппаратуры, что увеличивает объем электронного блока изделия, снижает уровень технологичности конструкции, увеличивает время сборки изделия, и, как следствие, повышает его себестоимость и снижает эффективность изделия в целом.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является защита радиоэлектронной аппаратуры от ударных и вибрационных воздействий, за счет такой конструкции устройства, которая приводит к нивелированию последствий ударных и вибрационных воздействий, уменьшению размеров вспомогательных элементов, повышение надежности в условиях ограниченного объема малогабаритного изделия.
Решение достигается конструкцией устройства для защиты от ударных и вибрационных воздействий, содержащее корпус с основанием, на котором установлена аппаратура в виде пакета печатных плат. Новым является то, что основание выполнено в виде двух размещенных друг на друге дисков большего и меньшего диаметров, жестко закрепленных друг с другом без зазора, при этом пакет печатных плат установлен на диске меньшего диаметра, а диск большего диаметра взаимодействует поверхностью с торцом корпуса, кроме того, основание установлено с возможностью перемещения в двух перпендикулярных плоскостях относительно оси вращения корпуса при воздействии на устройство внешних усилий, превосходящих по значению усилие, с которым диск большего диаметра прижат поверхностью к торцу корпуса, также в корпус установлен переходный диск, с которым гибкими стержнями консольно соединен диск меньшего диаметра, причем между диском меньшего диаметра и корпусом обеспечивается зазор, который при максимальном смещении основания относительно оси вращения корпуса, по меньшей мере, в 2 раза превышает амплитуду собственных колебаний дисков большего и меньшего диаметра на резонансной частоте, а между переходным диском и корпусом обеспечивается зазор, превышающий минимум в 5 раз максимальные смещения корпуса при ударном воздействии. Также гибкие стержни расположены асимметрично относительно оси вращения корпуса.
Сущность предложенного технического решения поясняется графическим материалом - фиг. 1. На фиг. 1 изображен общий вид сборки, где:
1. - корпус,
2. - диск большего диаметра,
3. - диск меньшего диаметра,
4. - пакет печатных плат,
5. - переходный диск,
6. - гибкие стержни,
7. - зазор между диском меньшего диаметра и корпусом,
8. - зазор между переходным диском и корпусом.
Устройство для защиты от ударных и вибрационных воздействий содержит корпус 1, основание, состоящее из диска большего диаметра 2 и диска меньшего диаметра 3. Диски 2 и 3 жестко закрепленные друг с другом без зазора. На диске меньшего диаметра 3 размещена аппаратура в виде пакета печатных плат 4. Диск меньшего диаметра 3 соединен с переходным диском 5 гибкими стержнями 6 ассиметрично расположенными относительно оси вращения корпуса. Диск большего диаметра 2 и диск меньшего диаметра 3 могут перемещаться в двух перпендикулярных плоскостях относительно оси вращения корпуса 1. При этом нагрузки, получаемые гибкими стержнями 6, не превышают предел текучести материала при их максимальных деформациях. Это требование исключает возможность накопления остаточных деформаций и напряжений в стержнях при перемещении дисков 2 и 3 относительно торца корпуса 1 в течении периода действия ударных и вибрационных нагрузок на устройство, что необходимо для его эффективного функционирования. Диаметр большего диска 2 подобран из условия обеспечения усилия прижатия поверхности диска к торцу корпуса 1 и перемещения основания относительно корпуса лишь при совпадении собственных и резонансных частот корпуса, тем самым снижая ударную и вибрационную нагрузку на аппаратуру. Диаметр меньшего диска 3 с закрепленной на нём аппаратурой в виде пакета печатных плат 4 подобран из условия обеспечения гарантированного зазора 7 между диском 3 и корпусом 1 при максимальном смещении дисков 2 и 3 относительно оси вращения корпуса 1, причем зазор по меньшей мере, в 2 раза превышает амплитуду собственных колебаний дисков 2 и 3 на резонансной частоте что исключает возникновения резонанса в пакете печатных плат 4. Зазор 8 превышающий как минимум в 5 раз максимальные смещения корпуса при ударном воздействии гарантировано изолирует переходной диск 5 с закрепленными в нем гибкими стержнями 6 от воздействий поперечной составляющей ударных импульсов от корпуса 1, тем самым, исключая супер позицию волн растяжения сжатия и увеличивая вероятность безотказной работы конструкции в целом. Зазор 8 между переходным диском 5 и корпусом 1 и зазор 7 между диском меньшего диаметра 3 и корпусом 1 исключают появление дисперсии продольных и поперечных ударных импульсов в гибких стержнях 6, вызванной в результате воздействий на корпус 1. Исключение появления дисперсии продольных и поперечных ударных импульсов в стержнях 6 позволяет не допустить появления в них зон напряжения и тем самым повысить уровень диссипации энергии ударов.
Устройство для защиты от ударных и вибрационных воздействий работает следующим образом. На изделие, внутри которого находится устройство, действуют высокоинтенсивные ударные и вибрационные воздействия, которые передаются на корпус устройства и являются источником деформации и колебаний. Характер колебаний узлов и деталей на борту изделия трудно прогнозируем, особенно в части возникновения резонанса в виду кратковременности действия импульсов и высокой плотности ударных и вибрационных воздействий. При воздействии на устройство внешних усилий, превосходящих по значению усилие, с которым прижато основание к корпусу, происходит перемещение основания. При перемещении на ассиметрично расположенных относительно оси вращения корпуса стержнях, возникают различные как по значению, так и по направлению воздействия усилия, что совместно с кулоновским трением, которое образуется при взаимном перемещении двух тел, значительно увеличивает уровень рассеиваемой энергии от внешних воздействий, сокращает период рассеивания по сравнению с периодом воздействия возмущающего импульса. Переходный диск, с которым консольно закреплен стержнями диск меньшего диаметра, имеет зазор с корпусом предохраняющий от появления дисперсии ударных импульсов в стержнях повышая их время гарантированной работы до достижения ими предела текучести.
Благодаря вышеописанной конструкции перемещение может происходить многократно в течении периода внешнего воздействия, тем самым повышается уровень защиты бортовой аппаратуры.
Техническим результатом изобретения является использование электронной аппаратуры с электронными компонентами не адаптированными к условиям ударных воздействий с ускорением превышающим 5000g в ограниченных объемах отсеков малогабаритных летательных аппаратов в широком спектре частот высокоинтенсивных воздействий, с минимальным временем отклика демпфирующих свойств конструкции на ударные и вибрационные воздействия при учете того, что воздействия разной природы могут совпадать в один и тот же момент времени.