книги из ГПНТБ / Поне Ю.П. Расчет и конструирование аппаратуры проводной связи учеб. для техникумов

петлю гистерезиса, а чтобы были малы потери и на вихревые токи, он должен иметь большое электрическое сопротивление.

Магнитомягкие материалы можно разделить на пять групп: технически чистое железо, электротехническую сталь, железо-

ственная конструкционная отожженная 08кп и 10 и сталь низко­ углеродистая электротехническая марок Э, ЭА и ЭАА с Нс = = 65—100 А/м. Так как эти стали имеют низкое удельное электри­ ческое сопротивление, то их применяют в цепях постоянного тока, где вихревые токи невелики (например, в сердечниках, якорях и ярмах электромагнитов, магнитопроводах реле, магнитных экранах).

в шихтованном виде как магнитопроводы в цепях низкой частоты

скаются в виде полос и лент. Имеется несколько марок пермаллоя, отличающихся друг от друга содержанием никеля. Пермаллои обладают значительно большей магнитной проницаемостью и меньшими потерями, чем электротехнические стали, но стоят дороже. Их применяют для изготовления деталей, работающих в постоянном магнитном поле (например, сердечников реле, сердечников малогабаритных трансформаторов, магнитных экра­ нов). При частотах выше 20 кГц эти материалы применять не

магнитного материала, перемешанного с высококачественным диэлектриком. Потери на вихревые токи низки; магнитная про­ ницаемость мало меняется с изменением напряженности магнит­ ного поля. Применяются для изготовления сердечников стабиль­ ных катушек индуктивностей разных частот. В последнее время

из окиси железа, в которой один атом железа заменен другим металлом. Ферриты обладают большим электрическим сопротив­ лением (около 101 2 Ом-мм), относительно большой магнитной про­ ницаемостью, узкой и крутой петлей гистерезиса и малым вре­ менем перемагничивания. Особенно широко применяются ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ); из них изготовляют миниатюрные трансформаторы и многоотверстные ферритовые пластины для запоминающих устройств.

40

§ 2.5. Выбор покрытий

Назначение покрытий. Чтобы защитить материалы от внеш­ него воздействия влаги и загрязненностей атмосферы, их снаб­ жают з а щ и т н ы м и покрытиями. Различные покрытия поразному защищают материалы, что зависит как от вида покрытия и толщины нанесенного слоя, так и от качества подготовки по­ верхности материала перед нанесением защитного слоя.

Для улучшения внешнего вида изделий кожухи, передние панели, различные ручки и рукоятки покрывают д е к о р а ­ т и в н ы м и покрытиями. Для этой цели используют различные краски, эмали и лаки, применяют специальную химическую об­ работку.

В отдельных случаях покрытия предназначаются для улучше­ ния каких-либо физических свойств материала. Так, хромирова­ ние повышает износоустойчивость, золочение и палладирование уменьшают переходное сопротивление электрических контактов, покрытие оловянно-свинцовыми припоями облегчает последую­ щую пайку изделий и т. д. Такие покрытия называют с п е ­ ц и а л ь н ы м и .

Все покрытия по своему составу можно разделить на метал­ лические, химические и лакокрасочные. Металлические покрытия в свою очередь подразделяются по способу получения на наноси­ мые электролитическим, химическим и металлизационным спо­ собами.

Некоторые материалы не требуют влагозащитных покрытий. Например, в любых климатических условиях могут применяться без покрытий золото, палладий, платина, высоколегированные олово-хромо-никелевые нержавеющие стали и сплавы титана, алюминиевые и бериллиевые бронзы, никель, константан, воль­ фрам и большинство термореактивных пластмасс. В легких и средних климатических условиях не требуют защиты оловяннофосфористые и оловянно-цинковые бронзы, серебро, нейзильбер, пермаллой, стеклотекстолиты и все термопластические пласт­ массы. Не коррозируют в легких климатических условиях нержа­ веющие стали, латунь, медь, алюминий и его сплавы.

риалу и к нижележащему слою покрытия; г) отсутствие пор (плотность слоя); д) неизменность защитных свойств во времени; е) достаточная эластичность защитной пленки; ж) низкая стои­ мость и недефицитность материала покрытия; з) технологичность покрытия, т. е. возможность автоматизировать процесс его нане-

41

сения, наличие на предприятии необходимого оборудования и отработанность процесса.

К выбору покрытия следует подходить не менее тщательно, чем к выбору материала изделия, так как сопротивляемость изде­ лия внешним климатическим воздействиям почти полностью за­

жающей среды, присутствие влаги при этом необязательно. Сравнительная скорость химической коррозии в различных

розией. Каждый металл имеет свою электрохимическую актив­ ность, которую можно выразить электрохимическим потенциалом данного металла по отношению к водороду, электрохимический потенциал которого принят за нуль.

Если два металла с различными электропотенциалами сопри­ касаются, то на месте контакта в присутствии влаги образуется электрохимическая пара. Металл с более отрицательным потен­ циалом становится анодом и начинает разрушаться. Разрушение металла-анода происходит тем быстрее, чем больше электропо­ тенциал, т. е. чем дальше друг от друга находятся контактирующие металлы в ряду электропотенциалов. Так, пара железо—кадмий даже в соленой морской воде коррозирует слабо, ибо эти металлы

таблица допустимых и недопустимых контактов между материа­ лами и покрытиями в различных условиях эксплуатации. Неко­ торые выдержки из нее приведены в табл. 2.4.

Если основной металл покрыть более положительным метал­ лом покрытия, то основной металл будет анодом и при коррозии

42

розии необходимо присутствие влаги, проникающей к основному металлу через трещины, царапины или поры покрытия. Предот­ вращению электрохимической коррозии способствуют многослой­ ные покрытия и различные их комбинации. Под малоплотное ни­ келевое покрытие назначают, например, подслой более плотной меди, а для жестких условий эксплуатации рекомендуют много­ слойное покрытие никель—медь—никель.

Металлические покрытия. Это — тонкие слои металла, нано­ симые на защищаемую деталь электролитическим способом (так

нанесения покрытия, вид покрытия, толщина слоя, технологи­ ческие признаки покрытия, степень блеска и вид дополнительной обработки.

Способ нанесения обозначается первыми буквами названия способа (например, химический — Хим, горячий — Гор); вид ме­ таллического покрытия — прописными буквами русского алфавита

43

в микронах после обозначения металла соответствующего слоя. Для недрагоценных металлов толщина слоя должна быть взята из следующего ряда: 1—3—6—9—12—15—18—21—24—30 и т. д. При этом допуск на толщину покрытия ограничен следующим соседним значением из данного ряда (например, 21 ± 3 мкм). К технологическим признакам покрытия относятся его цвет, со­

обозначаются так: матовое — м, блестящее — б, зеркальное — зк. Для придания покрытию большей стойкости оно подвергается дополнительной обработке, зашифровываемой в конце обоз­

денный слой никеля толщиной 3 мкм нанесено хромовое блестящее

тистый цвет с радужным отливом. Покрытие хорошо выдерживает гибку и развальцовку, но легко загрязняется и потому не может

повышения поверхностной электропроводности деталей. При мед­ нении деталей магнитных цепей реле слой меди должен быть

рошо паяется, но неизносоустойчив и к тому же дефицитен. Цвет — серебристо-белый.

Х р о м используют для повышения коррозионной стойкости, твердости и износоустойчивости. Хромовые покрытия химически стойки, тверды, но ломки. Для стальных деталей необходим подслой из меди и никеля. Толщина хромового покрытия — от 6 до 15 мкм. Цвет — серебристо-серый с голубоватым оттенком.

44

Химические покрытия. Защитная пленка образуется на поверх­ ности металлов под воздействием различных химических реаген­ тов. Она химически весьма пассивна, не изменяет размеров детали, но механически менее прочна, чем металлическое покры­ тие. В АПС наиболее часто применяют фосфатирование, оксиди­ рование и анодирование.

и обладает хорошей адгезией, но пориста и недостаточно прочна; однако последний недостаток устраняется нанесением лакокра­ сочного покрытия.

О к с и д и р о в а н и е применяют для стали и цветных металлов. Пленка имеет в толщину менее 1 мкм, эластична, при­ дает изделию красивый внешний вид и хорошие антикоррозионные свойства, но механически непрочна и может применяться без лакокрасочных покрытий только применительно к легким усло­ виям эксплуатации. Возможно оксидирование в разные цвета.

А н о д и р о в а н и ю подвергают алюминий, медь, магний и их сплавы. Покрытие износоустойчиво, обладает хорошими электроизоляционными свойствами, надежно защищает от кор­ розии, значительно улучшает внешний вид изделия. Толщина слоя — от 3 до 12 мкм. Добавление красителя позволяет полу­ чить любой цвет.

свойств. Эти покрытия дешевле металлических, более надежны в различных атмосферных условиях и более выигрышны по своему внешнему виду, но механически менее прочны и менее термостойки. Их нельзя применять для деталей с точными до­ пусками, а также для деталей, подлежащих пайке и сварке, в тру­ щихся соединениях и в механических соединениях, которые должны обладать электропроводностью.

Улучшению качества и внешнего вида изделий способствуют многослойные защитно-декоративные покрытия. Так, защищаемую стальную деталь можно покрыть фосфатным слоем, грунтом, шпатлевкой, двумя слоями эмали и лаком.

Э м а л я м и называются пленкообразующие вещества, сме­ шанные в растворителях с пигментами (красителями), пластифи­ каторами и сиккативами (ускорителями высыхания).

Л а к и —• пленкообразующие вещества в летучих раствори­ телях. После высыхания дают прозрачные, бесцветные пленки, обычно применяемые в качестве верхних слоев покрытия.

45

Толщина слоя лакокрасочного покрытия зависит от метода нанесе­ ния и температуры наносимого материала и колеблется в преде­ лах от 20 до 200 мкм.

При лакокрасочных работах используют обширный ассорти­ мент материалов (более 100 наименований). В их обозначениях содержатся данные как о химическом составе, так и о назначении (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Примеры обозначения и использования некоторых лакокрасочных покрытий

§ 2.6. Тепловая защита

Передача тепла. Источниками нагрева изделий являются внешняя среда и электросхемные элементы изделия. В АПС основным источником тепла служит сопротивление материалов электрическому току, из-за которого электроэнергия переходит в тепловую энергию, поднимая температуру материала. Допусти­ мые и рабочие пределы температур приведены в технических условиях на изделия и на отдельные электросхемные элементы. Задача конструктора — создать такую конструкцию, в которой температура нагрева изделия и его отдельных элементов не пре­ вышала бы этих пределов.

46

кости способны излучать тепловую энергию, а также поглощать

где сср — коэффициент радиационного излучения, ккал/(м2 • ч • град); S — поверхность теплоизлучателя, м2 ; Т — температура окру­ жающей среды, К; —превышение температуры теплоизлу­ чателя над температурой окружающей среды, °С.

Эффективность теплоотдачи радиацией значительно возрастает при повышении температуры теплоизлучателя. Коэффициент ра­ диации а р зависит от свойств материала, цвета и шероховатости поверхности и имеет следующие значения: 0,05 у полированного алюминия; 0,3—0,7 у алюминиевой краски; 0,7—0,9 у анодиро­ ванного алюминия; 0,85—0,93 у масляной краски; 0,9—0,96 у эмалей.

Наибольшей .излучающей и наименьшей отражательной спо­ собностью обладают черные шероховатые поверхности. Поэтому все теплоотводящие радиаторы делаюг черными. В черный цвет могут быть окрашены и внутренние поверхности каркасов и ко­ жухов, что увеличивает их теплоприем «на себя» с последующей отдачей тепла наружной поверхностью прибора в окружающую среду. Для предотвращения передачи тепла радиацией от одного охлаждаемого элемента к другому между ними ставят экраны.

В понижении общей средней температуры всего изделия ра­ диация участвует мало, так как на внешних поверхностях аппа­ ратуры нет оребрения, и разница между температурой окружа­ ющей среды и изделия невелика.

К о н в е к ц и я — перенос тепла^из^одной точки в другую массами вещества, т. е. макроскопическим движением частиц. Конвекция происходит только в жидкостях и газах; она зависит от плотности среды, от площади теплоотдачи, от положения по­ верхности относительно направления потока и от теплоотдающих свойств поверхности. Вертикальное расположение поверхности облегчает отдачу тепла конвекцией благодаря естественному возникновению восходящих потоков нагревающегося воздуха.

47

Если это тепло отдается кожухом, который находится на расстоянии 30—40 мм от соседних кожухов или стенок изделий, то коэффициент а к может быть определен по упрощенной формуле

потока в твердом теле, где тепловая энергия передается от одной

Теплоотвод. Воздух является теплоизолятором и тепловую энергию может передавать, главным образом, способом конвек­ ции. Охлаждаемые детали должны находиться в тесном контакте с теплоотводящими деталями, чего можно достичь пайкой, свар­ кой, механическим стягиванием неокрашенных металлических поверхностей или специальными теплопроводящими замазками.

При проверке теплоотвода на макетах нужно, чтобы приборы были включены на полную мощность, закрыты и их кожухи не обдувались снаружи. После нескольких часов проверки Д/ (раз­

укажет на эффективность теплоотвода. Если испытание прово­ дилось в комнатных условиях, то к температуре отдельных эле­ ментов tu t2, . . ., tn необходимо добавить разность между ма­ ксимальной рабочей температурой tmax по техническому заданию и температурой в помещении t0.

Если расчеты и экспериментальная проверка дадут неудовле­ творительный результат, то конструктору следует осуществить перекомпоновку изделия, усилить теплоотвод или организовать потоки воздуха через жалюзи или вырезы в кожухе. Эти вырезы должны быть достаточно малыми, чтобы предотвратить случайное попадание внутрь изделия инородных тел. Большие окна подле­ жат закрытию мелкой металлической сеткой. Жалюзи надо делать

48

выступающими и направленными вниз. Правда, это увеличит на несколько миллиметров габариты изделия, но зато уменьшит вероятность попадания в него пыли.

Система отверстий и жалюзи должна способствовать потоку воздуха снизу вверх. Поэтому основные отверстия для входа охлаждающего воздуха располагают внизу. Затем воздух должен «омыть» охлаждаемые детали и выйти через боковые жа­ люзи, расположенные по воз­

уходит через верхние вентиляционные отверстия 5. Для защиты чувствительного к нагреву элемента 7 применен экран 6, кото­ рый, будучи соединен с кожухом, способствует теплопроводному отводу тепла, попавшего на экран лучеиспусканием с элемента 3. Отверстия 8 способствуют отводу тепла из зоны теплочувствительного элемента. Верхний щит 4 несколько ослабляет теплооотвод, затрудняя выход теплого воздуха, но он необходим, так как предотвращает прямое попадание случайных мелких предметов в прибор через верхние окна.

Для создания в крупных устройствах связи^ определенной и стабильной рабочей температуры следует применять установки кондиционирования воздуха. Аппаратуру проводной связи вен­ тиляторами не обдувают ввиду их сравнительно низкой надеж­ ности и недолговечности.

Г л а в а 3

Надежность

§ 3.1. Основные положения

Современная аппаратура проводной связи представляет собой сложный комплекс электрических и механических элементов. Сложность этой аппаратуры отрицательно сказывается на ее надежности, что тем менее допустимо, чем более ответственны