Амортизированный корпус фильтра сетевого помехоподавляющего

Полезная модель относится к конструкциям корпусов электротехнических устройств, эксплуатируемых в условиях воздействия вибраций и ударов со стороны подвижного носителя, преимущественно наземного, авиационного и корабельного транспорта, а так же в сейсмоопасных зонах. В частности, речь идет о конструкции корпуса фильтра сетевого помехоподавляющего, предназначенного для установки в объектах на колесных и гусеничных шасси, в объектах с повышенной вибрацией, а также в сейсмоопасных зонах.
Основными механическими воздействиями на электротехнические приборы (устройства), используемые в динамических (подвижных) системах, являются вибрационные, ударные линейные и акустические нагрузки. Одним из наиболее опасных видов механического воздействия в эксплуатации является вибрация. Под вибрацией изделий понимают колебания самих изделий, каких-либо их частей или их составных элементов, например, печатной платы или кристалла микросхемы на подложке. Вибрация вызывает деформации и механические напряжения в конструктивных элементах электронного изделия. Возникновение вибрации изделий обусловлено работой и вибрацией элементов кузова или шасси транспортного средства из-за неровностей покрытия дорожного полотна. Вибрации, связанные с неровностями покрытия дорожного полотна и характером дорожного движения (разгон, резкое торможение и т.д.), отличаются нерегулярностью и охватывают широкий частотный диапазон.
Поскольку электротехнические изделия являются довольно сложными, состоят из корпусных деталей, сложных электрических разъемов, односторонних и многослойных печатных плат и керамических подложек, в ряде случаев приходится определять резонансные частоты конструктивных элементов так называемым «поузловым методом». Он заключается в том, что при расчете резонансных частот элементов конструкции их принимают как изолированные элементы с определенными способами закрепления, например, конденсаторы и резисторы на печатной плате. В этих случаях частоту колебаний определяют методом Рэлея из условия постоянства полной энергии системы при пренебрежении механическим сопротивлением и возмущающихся сил, воздействующих на компоненты платы.
Ударные нагрузки воздействуют на электротехнические изделия при резком изменении скорости или направления движения автомобиля, а также в случае его движения по очень большим неровностям дорожного полотна. В последнем случае ударные нагрузки (возникающую вибрацию) в процессе движения называют тряской. К основным параметрам ударного импульса можно отнести пиковое ударное ускорение, длительность действия ударного ускорения и форму ударного импульса. Результат воздействия таких ударных нагрузок на изделие определяется его динамическими свойствами, которые характеризуются его массой, жесткостью конструкции и частотой собственных колебаний.
При распространении вибрации по материалу конструкций следует применять либо виброизолирующие упругие прокладки и пружины, отделяющие вибрирующий агрегат или его отдельные узлы от примыкающих конструкций, либо вибропоглощающие устройства: динамические виброгасители, уменьшающие амплитуду колебаний вибрирующего агрегата или его отдельных деталей, покрытие вибрирующих поверхностей слоем материала, поглощающего энергию колебаний. Эти способы принципиально различны и требуют применения качественно разных материалов: легких, с открытыми порами — для звукопоглощения, тяжелых и плотных, с закрытыми порами — для звукоизоляции, упругих и вязких — для виброизоляции и вибропоглощения.
Виброопоры для помехоподавляющих фильтров позволяют минимизировать негативное воздействие вибраций. Вибрация способна не только создавать дополнительный шум при работе фильтров, но и ухудшать качество подавления помех, приводить к постепенному износу компонентов и к их конечной поломке.
Так, известен амортизированный корпус настольной электронно-вычислительной аппаратуры, содержащий собственно корпус, основание корпуса и не менее четырех амортизаторов, закрепленных нижними площадками на амортизационном основании, а верхними площадками на основании корпуса, основание корпуса выполнено в виде поддона с вертикальными боковыми стенками по его периметру и перегородками, отделяющими основную часть от пультовой и кабельной частей основания, на опорных площадках которого, находящихся в углублениях, расположенных в пультовой части на расстоянии от нижней поверхности основания, не превышающем разности высоты амортизатора и величины хода вертикальной составляющей свободных перемещений основания корпуса, закреплены передние амортизаторы, на опорных площадках, находящихся в одной плоскости с опорными площадками передних амортизаторов и расположенных по бокам кабельной коробки, закреплены задние амортизаторы с возможностью обеспечения свободного перемещения основания и всех его частей относительно верхней части амортизационного основания при внешних механических воздействиях, при этом ширина углубления выбрана равной не менее суммы ширины амортизатора и величины хода горизонтальной составляющей свободных перемещений корпуса; а корпус выполнен в виде кожуха, содержащего вертикальные перегородки, разделяющие соответственно основанию основную часть от пультовой и кабельной частей, в которых выполнены прямоугольные выступы, входящие в соответствующие пазы, выполненные в перегородках основания, с обеспечением свободного сочленения и фиксации в них горизонтально расположенных ленточных кабелей электрического монтажа (RU 2321190, H05K7/18, опубл. 27.03.2008).
Недостаток известного решения заключается в недостаточной эффективности гашения вибрационных и колебательных перемещений. Особенностью амортизационной части известного решения является размещение амортизаторов в периметре основания корпуса и в специально выполненных углублениях - гнездах. При таком компоновочном решении амортизаторы работают с достаточной эффективностью при вертикально направленных возмущениях и недостаточно при боковых возмущениях (из-за недостаточности свободных перемещений амортизатора в зазорах боковых стенок гнезд). В реальности, на корпус электронного или электротехнического блока, установленного на перемещающемся транспортном средстве,   действуют возмущения в трех направлениях, случайность проявления которых прямо зависит от источника - состояния дорожного покрытия или условий перемещений. Поэтому на корпус этого блока действуют и колебательные воздействия, приводящие к качанию корпуса в пространстве, и вибрационные воздействия от агрегатов транспортного средства. Такие знакопеременные динамические процессы приводят к возникновению колебательных процессов в корпусе, которые могут перейти в резонансную стадию, при которой амортизаторы не срабатывают. Это обусловлено тем, что амортизаторы в известном решении выполнены в виде амортизаторов АПН или в виде пружин или пружинно-тросовых конструкций. Такие амортизаторы имеют простую линейную упругую характеристику, рассчитанную на определенный достаточно узкий диапазон колебаний. За границами этого диапазона амортизаторы не обеспечивают гашение вибрационного процесса. При этом следует учитывать, что в известном решении амортизаторы, по сути, встроены в корпус, то есть выполнены малогабаритными. Известно, что с уменьшением размеров упруго деформируемого элемента сильно снижаются его виброзащитные свойства.  Так как амортизаторы встроены в корпус в пределах его периметра, то такая подвеска практически не сопротивляется колебаниям, вызванным качанием корпуса.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении свойств по виброгашению и снижению колебательных процессов в широком диапазоне частот.
Указанный технический результат достигается тем, что в амортизированном корпусе фильтра сетевого помехоподавляющего, представляющим собой короб, используемый для размещения платы с электронными и электротехническими компонентами и имеющий основание, и связанные с основанием четыре амортизатора, закрепленные каждый нижней площадкой на амортизационном основании, закрепляемом на опорной поверхности размещения корпуса, а верхними площадками на основании короба, основание выполнено по углам с кронштейнами, представляющими собой пластины, расположенные в плоскости основания короба и имеющие по одному сквозному отверстию каждый, а каждый амортизатор выполнен из двух упруго деформируемых элементов, один из которых расположен на пластине, а другой под пластиной и закреплен на амортизационном основании, упруго деформируемые элементы в амортизаторе стянуты между собой болтом с гайкой, пропущенным через эти элементы и сквозное отверстие в пластине, при этом расстояние между сквозными отверстиями в пластинах, расположенных вдоль одной стороны короба, выполнено меньше длины этой стороны, а  расстояние между сквозными отверстиями в пластинах, расположенных вдоль смежно расположенной стороны короба, выполнено больше длины этой стороны короба.
Указанные упруго деформируемые элементы могут быть выполнены в виде резиновых подушек или представлять собой пружины, в том числе регулируемые по упругой характеристике сжатия (по преднатягу). Причем головка болта расположена под амортизационным основанием амортизатора, а гайка расположена над верхне расположенным упруго деформируемым элементом для обеспечения возможности регулирования упругой характеристики амортизатора.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 – вид сверху (в плане на корпус фильтра);
На фиг. 2 – фрагмент корпуса с амортизатором;
фиг. 3 – поперечное сечение амортизатора по фиг. 2;
фиг. 4 - вид сверху на амортизатор по фиг. 2.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция амортизированного корпуса фильтра сетевого помехоподавляющего, предназначенного для установки в объектах на колесных и гусеничных шасси, в объектах с повышенной вибрацией, а также в сейсмоопасных зонах.
Амортизированный корпус фильтра сетевого помехоподавляющего (фиг. 1-4) выполнен в традиционной форм короба 1 или коробки. Как правило, и с позиций удобства монтажа платы и элементов схемы короб представляет собой параллелепипед, имеющий основание 2, функцию которого выполняет дно короба, боковые стенки, отходящие от основания, и крышку 3. Обычно короб выполняется закрытого типа для герметизации электронной и/или электротехнической части и платы от внешней среды. Но ничто не ограничивает выполнить корпус с проемами как в дне, так и в остиальных стенках. Корпус выполняется из металла или полимерного материала.
Внутри корпуса размещена плата с электронными и электротехническими компонентами в соответствии с функциональным назначением прибора. В частности, речь идет о фильтре сетевом помехоподавляющим, используемом для уменьшения уровня помех - кондуктивных и индуктивных, которые могут восприниматься прибором как полезный сигнал. Фильтр сетевой помехоподавляющий представляет собой прибор формирования выходного сигнала заданной чистоты, который потом применяется для питания электронных компонентом подвижного транспортного средства. Особенностью работы этих компонентов является то, что запитываются они напряжением не более 5 или 12 В при потреблении микротоков. В связи с этим чистота входного напряжения от фильтра прямо определяет функциональную чистоту работы электронных компонентов.
На размещенный на подвижном и подверженном колебаниям объекте (не показан), имеющем, ко всему прочему, собственную работающую кинематику, корпус 1 действуют два вида возмущений. Первый - это передача вибрационных возмущений, возникающих от работы агрегатов объект (двигатель, трансмиссия и т.д.) на корпус фильтра. Второй- это угловые колебания корпуса, спровоцированные аналогичными колебаниями объекта в пространстве (например, при движении по неровной поверхности). Вибрационные возмущения опасны тем, что при определенных условиях возможно возникновение резонансного явления (совпадение частоты возмущения с собственной частотой корпуса или платы с компонентами в корпусе). При колебаниях более высокого уровня (качании) происходит динамическое знакопеременное воздействие на сами компоненты корпуса. Из-за вибрации или колебаний качания (тряски) довольно быстро контакты внутри таких фильтров расшатываются, и происходит разбалтывание соединений. Вскоре имеет место подгорание. Как известно, горит там, где плохой контакт, где греется. Это приводит к изменению полезного сигнала фильтра на его выходе.
В рамках настоящей полезной модели для решения задачи по уменьшению вибрационного и колебательного воздействий на корпус 1 и, соответственно на электронные и электротехнические компоненты платы, используются четыре амортизатора 4, жестко связанных с основанием 2 и выполненных по отношению к корпусу выносными, то есть размещенными за периметром габаритов корпуса. В общем случае каждый амортизатор 4 нижней частью закреплен на амортизационном основании 5, закрепляемом на опорной поверхности, где размещен корпус, а верхними частями - на основании короба (корпуса).
Основание 2 короба выполнено по углам с кронштейнами 6, представляющими собой пластины, расположенные в плоскости основания короба и имеющие по одному сквозному отверстию каждый. То есть все пластины лежат в плоскости дна короба. Эти пластины могут быть приварены к дну, если дно выполняется металлическим, или прикреплены к нему болтовыми креплениями, или приклеены к дну, если дно выполнено из полимерного материала, или выполнены заодно с дном при формовании дна или дна с боковыми стенками. Важным является то, что пластины жестко связаны с основанием короба.
Каждый амортизатор выполнен составным из двух упруго деформируемых элементов 7 и 8 (фиг. 2 и 3), один 7 из которых расположен на пластине, а другой 8  под пластиной и закреплен на амортизационном основании 5. Упруго деформируемые элементы 7 и 8 в амортизаторе стянуты между собой болтом 9 с гайкой, пропущенным через эти элементы и сквозное отверстие в пластине. Посредством болта с гайкой осуществляется не только скрепление элементов 7 и 8 в единый блок, но и регулировка жесткости блока, то есть его упругих свойств.
Головка болта может быть расположена под амортизационным основанием 5 амортизатора, а гайка расположена над верхне расположенным упруго деформируемым элементом. При такой компоновке крепления можно легко регулировать жесткость амортизационного блока за счет изменения преднатяга.
Выполнение амортизаторов в виде блока из двух упруго деформируемых элементов 7 и 8, разделенных между собой пластиной, на которую эти элементы опираются, позволяет получить ступенчатую характеристику изменения упругих свойств блока и, соответственно получить двухуровневую степень поглощения вибрационных нагрузок. Этот двухуровневый режим достигается даже при использовании одинаковых по структуре материала резиновых полушек. Это объясняется тем, что контактная поверхность подушек разделена на две поверхности, которые контактируют с поверхностями пластины. Поэтому на первой ступени всегда работает одна из подушек, чья жесткость меньше другой, а при повышении вибрационной нагрузки начинает работать вторая подушка. Если же материалы резиновых подушек отличаются друг от друга по степени жесткости, то можно получить высокопоглощающий амортизатор широкого диапазона частот с нелинейной характеристикой поглощения энергии.
Упруго деформируемые элементы могут быть выполнены в виде резиновых подушек, или в виде пружин. Как вариант, одна пружина может быть выполнена регулируемой по преднатягу или все пружины могут быть выполнены регулируемыми по преднатягу.
Расстояние между сквозными отверстиями в пластинах, расположенных вдоль одной стороны короба, выполнено меньше длины этой стороны, а  расстояние между сквозными отверстиями в пластинах, расположенных вдоль смежно расположенной стороны короба, выполнено больше длины этой стороны короба. Это условие позволяет расположить амортизаторы выносными по отношению к габаритам дна корпуса. Расположение амортизаторов за пределами габаритов корпуса прибора позволяет снизить передачу колебательных процессов, вызванных тряской или качанием подвижного объекта.
Настоящая полезная модель промышленно применима. Полезная модель позволяет существенно снизить влияние вибрации и колебаний типа тряски на корпус прибора за счет обеспечения в амортизаторах нелинейной характеристики поглощения энергии колебаний и расположения амортизаторов за габаритами корпуса этого прибора.