ENGINEERING METHODS OF DESIGN ELASTIC SUSPENSION VIBRATION TRANSDUCERS

Лысенко А.В.¹, Калашников В.С.², Бушмелев П.Е.³

¹Кандидат технических наук, ²Аспирант, ³Старший научный сотрудник, Пензенский государственный университет

Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка методов и средств создания высоконадежных компонентов и систем бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» (Соглашение № 15-19-10037 от 20 мая 2015 г.) при финансовой поддержке Российского научного фонда.

ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ КОНСТРУКЦИИ УПРУГОГО ПОДВЕСА ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Аннотация

Рассмотрены условия применения акселерометров. Рассмотрены причины создания специальной системы упругого подвеса. Предложена базовая конструкция упругого подвеса. Разработана схема инженерной методики конструирования упругого подвеса.

Ключевые слова: упругий подвес, вибрация, акселерометр.

 

Lysenko A.V.¹, Kalashnikov V.S.², Bushmelev P.E.³

¹ PhD in Engineering, ² Postgraduate student, ³Senior researcher,

Penza State University

ENGINEERING METHODS OF DESIGN ELASTIC SUSPENSION VIBRATION TRANSDUCERS

Abstract

The conditions for the use of accelerometers. The reasons for the creation of a special system of elastic suspension. A basic construction of the elastic suspension. The scheme of engineering design methods elastic suspension.

Keywords: elastic suspension, vibration, the accelerometer.

Для борьбы с негативным воздействием внешних дестабилизирующих факторов применяют специальные технические средства, которые постоянно модернизируются. Одним из наиболее опасных внешних воздействующих факторов являются вибрационные воздействия, защиту от которых осуществляют при помощи активных или пассивных систем амортизации [1].

В настоящее время всё большую актуальность приобретают именно активные системы амортизации, устанавливаемые на наземные, авиационные, ракетно-космические и другие подвижные объекты специального назначения [2]. В таких системах важнейшим элементом является датчиковая аппаратура, в качестве которых часто применяются акселерометры.

Так же акселерометры нашли применение в научно-исследовательской деятельности [3]. В частности – для исследования спектральных колебательных характеристик разрабатываемых изделий. В связи с постоянной микроминиатюризацией современных электронных средств, масса акселерометра становится соизмеримой с массой исследуемого объекта. И тут перед исследователями встает непростая задача: «Как разместить на устройстве акселерометр, минимизируя его собственное воздействие на измеряемые характеристики?» А если учесть, что этот акселерометр необходимо жестко закрепить к объекту исследования (в соответствии с требованиями ГОСТ ИСО 5348-2002), то в итоге получается – реальные собственные частоты объекта исследования не будут соответствовать измеренным.

Выход из сложившейся ситуации мы видим в разработке и применении специальной системы упругого подвеса для вибропреобразователя (датчика). Это позволит избежать внесения дополнительной массы в объект исследования. Кроме того, необходимо решить задачу выбора крепления измерительного элемента (датчик и подвес) к системе автоматизированного позиционирования. Для решения поставленных задач предложена конструкция упругого подвеса, который соответствует необходимым требованиям и выполняет следующие функции:

– защита датчика (акселерометра) от внешних воздействий;

– является зажимом в системе позиционирования.

Для изготовления упругого подвеса разработана инженерная методика, подразумевающая выполнение ряда мероприятий по расчетам и моделированию его составных частей. Последовательность действий в предложенной методике отображена на рисунке 1.

Рис. 1 – Схема инженерной методики разработки конструкции упругого подвеса

Представленная схема разработана на основе метода связанных систем [4], т.к. именно такой подход может в полной мере отобразить необходимые параметры и пути передачи информации различных блоков.

В представленной схеме выделяются 3 уровня:

I – верхний – уровень готовой продукции;

II – средний – уровень программного обеспечения;

III – нижний – уровень служебных файлов.

В начале работы следует узнать требуемый частотный диапазон внешних вибрационных воздействий, на котором должен будет работать наш датчик (как правило, указан в ТЗ на изделие). По этим данным в специализированной программе [5] происходит расчет конструктивных параметров упругого подвеса. После чего, на верхний уровень передаются данные в виде текстового файла (*.txt). Сам по себе текстовый файл никакой функции не несет, но именно он позволяет сформировать табличные данные в формате *.xlsx (нижний уровень). Такой формат содержит те же самые данные, что и формат *.txt, но позволяет производить перестройку объектов во внешних системах автоматизированного проектирования (САПР) (рис. 2).

Рис. 2 – Табличные данные

Табличные данные (файл *.xlsx.) отправляются в САПР, предназначенный для создания трехмерных моделей (например, Компас 3D). В этой программе заложены функции параметрического моделирования, благодаря которым происходит автоматическая перестройка геометрических размеров конструктивных элементов упругого подвеса. Вследствие чего формируется виртуальная модель упругого подвеса с заданными параметрами. Полученная модель сохраняется в формате *.stl, который передается на верхний уровень. Выбранный формат позволяет передавать всю полученную информацию в программу расчета и моделирования спектральных колебательных характеристик (например, Ansys), а так же уточнить соответствие полученных данных с ТЗ. Полученная спектральная колебательная характеристика проходит проверку на выполнение условия:

f_p >> f_в,                                                      (1)

где f_p – резонансная частота, f_в – частота верхней границы рабочего диапазона частот.

В случае невыполнения данного условия конструкция упругого подвеса нуждается в доработке и параметры, которые необходимо изменить, передаются обратно в САПР. Общая рекомендация по определению конструктивных элементов устройства, нуждающихся в изменениях, содержатся в [1]. Далее при помощи параметрического моделирования происходит перестроение конструкции по новым данным.

В случае отсутствия необходимости изменения конструкции корпуса, данные передаются в САПР двухмерного моделирования, в роли которого может выступать программный продукт Компас 3D. На данном этапе, САПР создает рабочие чертежи упругого подвеса, которые будут использоваться для формирования комплектов конструкторской документации (КД). Сам КД передается на производство для изготовления конечного устройства.

Таким образом, разработанная инженерная методика разработки конструкции упругого подвеса вибропреобразователя позволяет не вносить дополнительные погрешности в виде массы конструкции измерительной системы, выводить собственную резонансную частоту за диапазон рабочих частот, а так же крепиться к специальной системе позиционирования.

Литература

1. Талицкий Е.Н. Защита электронных средств от механических воздействий. Теоретические основы: Учеб. пособие / Владимир.: Владим. гос. ун-т., 2001. – 256 с.
2. Функциональная модель информационной технологии обеспечения надежности сложных электронных систем с учетом внешних воздействий / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 184-187.
3. Лысенко, А.В. Классификация амортизаторов радиоэлектронных средств на основе фасетной структуры / А.В. Лысенко // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 242-247.
4. Затылкин, А.В. Метод связанных систем в моделировании процесса обучения / А. В. Затылкин, В. Б. Алмаметов, И. И. Кочегаров // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2010. № 4 (9). – С. 56-61.
5. Герасимов О.Н. Программная система оценки качества демпферирования проектируемой системы пассивной амортизации бортовых электронных средств / Герасимов О.Н., Затылкин А.В., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 1. С. 309-312.

References

1. Talitskii E.N. Zashchita elektronnykh sredstv ot mekhanicheskikh vozdeistvii. Teoreticheskie osnovy: Ucheb. posobie / Vladimir.: Vladim. gos. un-t., 2001. – 256 s.
2. Funktsional'naya model' informatsionnoi tekhnologii obespecheniya nadezhnosti slozhnykh elektronnykh sistem s uchetom vneshnikh vozdeistvii / N.K. Yurkov, A.V. Zatylkin, S.N. Polesskii, I.A. Ivanov, A.V. Lysenko / Trudy mezhdunarodnogo simpoziuma Nadezhnost' i kachestvo. 2014. T. 1. S. 184-187.
3. Lysenko, A.V. Klassifikatsiya amortizatorov radioelektronnykh sredstv na osnove fasetnoi struktury / A.V. Lysenko // Innovatsionnye informatsionnye tekhnologii. 2013. T. 3. № 2. S. 242-247.
4. Zatylkin, A.V. Metod svyazannykh sistem v modelirovanii protsessa obucheniya / A. V. Zatylkin, V. B. Almametov, I. I. Kochegarov // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Povolzhskii region. Tekhnicheskie nauki. – 2010. № 4 (9). – S. 56-61.
5. Gerasimov O.N. Programmnaya sistema otsenki kachestva dempferirovaniya proektiruemoi sistemy passivnoi amortizatsii bortovykh elektronnykh sredstv / Gerasimov O.N., Zatylkin A.V., Yurkov N.K. // Trudy mezhdunarodnogo simpoziuma Nadezhnost' i kachestvo. 2015. T. 1. S. 309-312.