Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к механизмам радиоэлектронной аппаратуры

Условия эксплуатации устройств, механизмов, приборов и БРА зависят в основном от следующих факторов:

• • климатических воздействий (температуры, влажности, давления, солнечной радиации, загрязненности пылью, песком, газами, парами, зараженности микроорганизмами);
• • механических воздействий, вызванных силой тяжести, вибрацией при работе привода, ударами во время эксплуатации и транспортировки, постоянно действующими ускорениями, силой инерции и другими факторами.

Рассмотрим более подробно влияние указанных факторов на работу механизмов радиоаппаратуры.

Температурные воздействия. Аппаратура, эксплуатируемая только на территории Российской Федерации, должна работать при температуре от -60 до +50°С. Некоторые виды аппаратуры работают при температуре до +100…+150°С. При пониженных температурах зазоры в подшипниках и направляющих уменьшаются, что ведет к увеличению усилий на перемещение или моментов вращения. При низких температурах смазка в этих элементах обычно загустевает, а при повышенных температурах — высыхает, что приводит к увеличению усилий и моментов. При длительной работе такие узлы имеют значительный износ трущихся деталей.

Появляются также дополнительные погрешности и из-за увеличения зазоров в сопрягаемых деталях, ослабления креплений деталей и узлов, возникновения напряжений, вызывающих деформацию деталей, и целого ряда других причин.

Воздействие влаги. При воздействии влаги металлические и пластмассовые детали механизмов могут подвергаться действию коррозии, а при длительном воздействии — даже разрушаться. Поэтому в механизмах применяются металлы, не подвергающиеся действию коррозии, например нержавеющие стали, титановые сплавы и др., либо металлы, защищенные различными гальваническими покрытиями.

Влага, проникая в поры, трещины, капилляры и другие межструктурные пространства изоляционных деталей, вызывает уменьшение объемного сопротивления, рост диэлектрических потерь и увеличение диэлектрической проницаемости материала. Конденсируясь на поверхности изоляционных деталей, влага образует проводящие «мостики». Так, в переключателях и других коммутационных узлах при увлажнении, кроме ухудшения указанных параметров, увеличивается междуконтактная емкость.

Поэтому в механизмах радиоаппаратуры применяют негигроскопичные изоляционные материалы (кремнийорганические пластмассы, керамику и др.) или пропитывают соответствующие детали и узлы негигроскопичными материалами (бакелитовым лаком и др.).

Влияние солнечной радиации. Радиоаппаратура, находясь под воздействием солнечных лучей, может сильно нагреваться, что вызывает такие же изменения в механизмах, что и при температурных воздействиях. Ультрафиолетовые излучения солнца вызывают химические изменения в целом ряде материалов. Защитные покрытия обесцвечиваются, растрескиваются и отслаиваются. Некоторые типы пластмасс меняют свой цвет, быстро стареют и становятся хрупкими. Натуральные и некоторые другие резины твердеют и растрескиваются. Все это снижает электрические параметры материалов.

Влияние пыли, песка и промышленных газов. Пыль и песок, проникая в блоки радиоаппаратуры, попадают в смазку подшипников, что приводит к увеличению моментов, к ускорению износа и заеданию подшипников. Пылинки, оседая на изоляционные детали, резко снижают сопротивление их изоляции.

Для защиты от пыли и песка в конструкции, как самих блоков, так и отдельных узлов необходимо предусматривать соответствующие уплотнители.

В больших промышленных городах атмосфера загрязнена различными газами, способствующими возникновению коррозии.

Влияние биологической среды. Радиоаппаратура, эксплуатируемая в странах с тропическим климатом, весьма интенсивно поражается плесенью, микроорганизмами и насекомыми.

Наибольшую опасность для радиоаппаратуры представляет плесень, которая с течением времени разрушает некоторые виды пластмассы, повышая хрупкость и изменяя ее электрические характеристики, обесцвечивает или разрушает слои краски, приводит к помутнению линз. Кислые выделения грибковой плесени могут ускорить коррозию металлов.

Влияние механических воздействий. Причины возникновения механических воздействий и динамических нагрузок весьма разнообразны и зависят от назначения объекта, на котором установлена радиоаппаратура, и от условий ее эксплуатации. Ниже рассмотрим влияние этих воздействий на работу механизмов радиоаппаратуры.

Воздействие усилий оператора. Почти любая радиоаппаратура имеет ручки управления, к которым при работе оператор прикладывает определенные усилия. Если эти усилия чрезмерны, что может быть, например, при резких толчках подвижных объектов, или действия оператора ошибочны, то органы управления могут быть деформированы или даже поломаны.

Воздействие вибрации и ударов. Исследования показывают, что повреждения, вызванные как вибрацией, так и ударами, примерно одинаковы, хотя ускорения при вибрации (g = 2—10) значительно меньше ускорений, возникающих при ударе (g = 100—300). Это объясняется тем, что ударные воздействия являются единичными и кратковременными, а вибрационные действуют периодически, и общее число колебаний при этом может доходить до нескольких миллиардов.

В результате воздействия вибрационных ускорений в механизмах радиоаппаратуры чаще всего обнаруживаются следующие дефекты: отвинчивание гаек и винтов, ослабление крепления деталей, что может привести к выходу аппаратуры из строя из-за поломок и коротких замыканий; перемещение незафиксированных и несбалансированных подвижных частей, что приводит к полной расстройке аппарата; колебание контактных пружин в реле, переключателях и других коммутационных устройствах, что приводит к ложным срабатываниям или к поломке пружин; обрыв проводов.

В результате воздействия ударных перегрузок в механизмах радиоаппаратуры чаще всего происходит сбой перестраивающихся элементов, фиксирующихся с помощью различных фиксаторов. Для нормальной работы радиоаппарата после воздействия ударной нагрузки перестраивающиеся элементы должны автоматически возвратиться в положение, которое они имели до удара.

Влияние транспортировки. Транспортировка радиоаппаратуры до места эксплуатации производится всевозможными видами транспорта, вследствие чего она подвергается вибрационным и ударным воздействиям, а также и климатическим. Эти воздействия могут быть более тяжелыми, чем условия эксплуатации, поэтому при проектировании радиоаппаратуры необходимо учитывать условия транспортирования разрабатываемой аппаратуры.

Исходя из вышесказанного все разнообразие требований, которые предъявляются к механизмам радиоэлектронной аппаратуры, можно разбить на две группы: эксплуатационные и производственно-технологические.

Эксплуатационные требования. Габариты и вес. Для переносной радиоаппаратуры и аппаратуры, устанавливаемой на подвижных объектах, габариты и вес играют решающую роль. Облегчение аппаратуры повышает маневренность и полезную грузоподъемность подвижных объектов, уменьшение веса и габаритов сокращает затраты материалов, стоимости изготовления и самой аппаратуры.

При конструировании радиоэлектронной аппаратуры и механизмов, имеющих длительный срок службы и требующих хорошего доступа и простоты обслуживания при ремонте, кроме указанного, необходимо учитывать следующее: все детали и узлы (электродвигатели, кнопки, тумблеры, сопротивления и др.) должны иметь срок службы равным или больше срока службы аппарата и механизма (учитывая также консервацию и хранение); все трущиеся детали и узлы (подшипники, фиксаторы, зубчатые колеса, переключатели и др.) должны иметь износ в допустимых пределах, обеспечивающих нормальную эксплуатацию механизма в течение всего срока службы; механизмы, имеющие большой срок службы, должны собираться в закрытых корпусах или устанавливаться в закрытых блоках; должен быть обеспечен свободный доступ для чистки и промывки контактов в переключателях и контактных группах, щеток в электродвигателях; должен быть обеспечен свободный доступ для замены деталей и узлов, имеющих срок службы меньше, чем у самого аппарата или механизма; для быстрой замены механизма и узлов необходимо предусматривать снятие минимального количества крепежных деталей, винтов и гаек.

Важным требованием, предъявляемым к радиоэлектронной аппаратуре, является экономичность эксплуатации, которая складывается из следующих факторов: стоимость электроэнергии, запасных деталей и узлов; расходы на предупредительный и восстановительный ремонты; зарплата обслуживающего персонала.

Производственно-технологические требования, предъявляемые к механизмам радиоаппаратуры, можно назвать одним термином — «технологичность конструкции». Под технологичностью конструкции в общем виде понимается процесс разработки и изготовления прибора или узла, которые полностью удовлетворяют предъявляемым к ним эксплуатационным свойствам и на изготовление которых затрачено минимальное количество рабочей силы и материальных средств.

Для запуска в производство технологичного прибора или узла необходимо, чтобы конструкция их позволяла применять высокопроизводительные методы изготовления; позволяла рационально использовать оборудование; требовала минимальной затраты рабочей силы, а рабочая сила должна иметь низкую квалификацию; требовала минимального количества материалов как по количеству, так и по номенклатуре; позволяла произвести подготовку производства и серийное освоение изделий в кратчайшие сроки.

Для того чтобы прибор или узел в значительной степени удовлетворяли данным требованиям, они должны иметь простую конструкцию, большое количество стандартизованных и унифицированных деталей, а материалы деталей должны быть правильно выбраны.

Применение в разрабатываемой аппаратуре уже освоенных промышленностью деталей и сборочных единиц дает большой экономический эффект, а сама аппаратура получается более надежной.

Применяя стандартизованные и нормализованные детали и блоки, необходимо рассматривать их критически: устаревшие, нетехнологические и не оправдавшие себя в эксплуатации конструкции следует заменять более совершенными.

Нормализация деталей и узлов общего применения относится к таким деталям и узлам, которые можно использовать в любой аппаратуре, например: кабельные разъемы, панели, ручки управления, контактные группы и планки, переключатели, поводковые или электромуфты, держатели шарикоподшипников, оси, втулки и др.

Материал — основа любой конструкции. Материал должен в наиболее полной мере удовлетворять функциональному назначению детали; легко обрабатываться и принимать заданную форму при минимальной затрате трудоемкости; стоимость материала должна быть минимальной, а материал — недефицитным; материал во время эксплуатации не должен терять своей формы и свойств.