Повышение резонансных частот конструкции

Известно, что для полного устранения резонансных явлений в конструкции необходимо, чтобы резонансные частоты деталей, печатных плат и электрорадиоэлементов в 2-3 раза превосходили верхнюю границу частотного спектра вибрации, воздействующей на блок.

Способы повышения резонансных частот вытекают из анализа формул для их расчета.

Расчет собственных колебаний элементов и узлов реальных конструкций (корпусов, печатных плат, ЭРЭ и др.) обычно является трудоемкой задачей. Поэтому на практике конструкции заменяют эквивалентными расчетными схемами, для которых известны расчетные зависимости. Наиболее распространенным способом приближенного расчета собственных колебаний является замена реальной конструкции балочными схемами и пластинами. К таким конструкциям относятся ЭРЭ на платах, укрепленные на выводах, корпуса, кронштейны, печатные платы и другие детали.

Частоты собственных колебаний балочных конструкций могут быть определены по формуле:

,

где j - безразмерный коэффициент, значение которого зависит от вида конструкции и способа закрепления;

l - длина конструкции;

Е - модуль упругости материала конструкции;

J - момент энерции сечений конструкции;

m - погонная масса конструкции.

Собственные частоты прямоугольных пластин постоянной толщины, состоящие из упругого однородного материала (монтажные платы, крышки и др.), определяются по формуле:

f₀ = (ch/a²)10⁴ ,

где f₀ - собственная частота, Гц;

с - коэффициент, зависящий от способа закрепления платы, соотношения сторон и материала платы;

а - длина пластины, см;

h - толщина пластины, см.

Многослойную пластину, неоднородную по толщине (печатную плату), приводят к однородной однослойной пластине.

Очевидно, что для повышения резонансной частоты f₀, конструктор может менять конструктивные характеристики конструкций и материалы элементов.

В частности повысить резонансную частоту поперечных колебаний печатных плат можно следующими способами:

n применить более жесткое закрепление краев платы (например, рамочную конструкцию с приклеиванием краев печатной платы);

n уменьшить размеры печатной платы или применить квадратную конфигурацию;

n увеличить толщину печатной платы;

n применить материал основания печатной платы с большим модулем упругости (например, вместо гетинакса - стеклотекстолит, вместо стеклотекстолита - дюралюминий);

n сделать дополнительное крепление центра печатной платы к шасси блока;

n применить ребра жесткости и т.д.

Наибольшую опасность представляет собой поперечные колебания печатных плат, так как их резонансная частота значительно ниже, чем продольных. Оценим влияние различных вариантов закрепления ПП в конструкциях РЭС.

Различают точечное закрепление печатной платы в конструкции блока и сплошное.

При точечном закреплении печатная плата крепится винтами в нескольких точках.

Рисунок 8.9 – Точечное закрепление печатных плат

При сплошном закреплении крепится одна или несколько сторон платы целиком.

Различают следующие случаи сплошного закрепления сторон печатной платы: зажатый край (или жесткое защемление), опертый край (или шарнирное опирание) и свободный край. Эти три случая являются идеализацией реальных способов закрепления. Так, закрепление сторон платы в направляющих блока принимают за шарнирное опирание. Зажатым краем считается край платы с многоконтактным разъемом с жесткими выводами.

Рисунок 8.10 – Обозначение способов сплошного закрепления сторон печатной платы

Для повышения значения резонансной частоты f₀ для ПП необходимо выбирать при точечном варианте пяти - или шеститочечный случай, а при сплошном - зажатый по периметру вариант закрепления.

Для повышения резонансной частоты электрорадиоэлементов существует два способа:

n уменьшение длины выводов;

n приклеивание электрорадиоэлемента к печатной плате.

При установке электрорадиоэлементов на клей резонансная частота определяется только собственными колебаниями выводов, и поэтому в вибропрочных конструкциях их длина должна быть минимальной.

В завершении следует указать, что повышение резонансной частоты конструктивных элементов позволяет лишь исключить резонанс, но не предотвращает воздействия на элемент внешней механической энергии.