1、概述
電子設備受到的機械力的形式有多種,其中危害.大的是振動和衝擊,它們引起的故障約占80%。它們造成的破壞主要有兩種形式,其一是強度破壞:設備在某一激振頻率下產生振幅很大的共振,.終振動加速度所引起的應力超過設備所能承受的.限強度而破壞;或者由於衝擊所產生的衝擊應力超過設備的.限強度而破壞。其二是疲勞破壞:振動或衝擊引起的應力雖遠低於材料的強度,但由於長時間振動或多次衝擊而產生的應力超過其疲勞.限,使材料發生疲勞損壞。係統的振動.性受三個參數的影響,即質量、剛度和阻尼。對於電子設備的振動和衝擊隔離來說,隔振係統的質量一般是指電子設備的質量,而剛度和阻尼則由設備的支撐裝置提供。在機械環境的作用下,尤其是在艦船、坦克、越野車輛、飛機等運載工具中,設備及其內部的電子器件、機械結構等都難以承受振動衝擊的幹擾。
表1 各種運載工具振動、衝擊和離心加速度參數
單位:g9.8m/s2
為了減少或防止振動與衝擊對電子設備的影響,通常采取兩種措施:a) 通過材料選用和合理的結構設計,增強設備及元器件的耐振動耐衝擊能力;b) 在設備或元器件上安裝
減振器,通過隔離振動與衝擊,有效地減少振動與衝擊對電子設備的影響。
2、隔振技術
2.1隔振
隔振就是通過在設備或器件上安裝減振裝置,隔離或減少它們與外界間的機械振動傳遞。
在電子設備與基礎之間安裝彈性支承即減振器,以減少基礎的振動對電子設備的影響程度,使電子設備能正常工作或不受損壞;這種對電子設備采取隔離的措施,稱為被動隔振。一般情況下,儀器及精密設備的隔振都是被動隔振。
被動隔振係數:
振動來自基礎,其運動用U=Uosin(ωt)表示,也是周期振動。被動隔振也可用隔振係數η表示其隔振效果,它的含義是被隔離的物體振幅與基礎振幅之比(或是振動速度幅值、加速度幅值的比值),可用下式計算:
η=xO/UO
={[1+4ξ2(f/fo)2]/[1-(f/fo)2]2+4ξ2(f/fo)2}0.5(1)
式中 xO——物體的垂向振幅(m);
UO——基礎的垂向振幅(m)。
式中 f――振動力的頻率(HZ);
fo――隔振係統的固有頻率(HZ);
k――隔振器的剛度(N/m);
m――物體的質量(kg);
g——重力加速度(9.8m/s2);
ξ——減振器的阻尼比(橡膠減振器的阻尼比為0.02~0.15)。
從η的表達式可以看出,隔振係數η與頻率比(f/fo)及阻尼比ξ有關。
當f/fo<<1時,隔振係數η=1。此時振動力變化緩慢,且其幾乎等值傳遞到基礎上。
當f/fo=1時,隔振係數η為.大,振動力有放大現象,此時係統處於共振狀態;η值隨ξ增大而減小,所以,對於啟、停頻繁的設備,為防止設備在啟動或停機過程中經過共振區域時產生過大的共振,減振器選用時應考慮阻尼大一些的。
當f/fo=時,隔振係數η=1,振動力等值傳遞,此時係統無隔振效果;
當f/fo>時,隔振係數η<1,振動力減值傳遞,此時係統有隔振效果。
因此,要使隔振係統有效果,必須使η<1,即必須使頻率比f/fo>。在電子設備的減振設計中一般取頻率比f/fo為2.5~4.5,也就是說要獲得滿意的隔振效果,應該使隔振支承係統的固有頻率為振動力頻率的1/2.5~1/4.5。
阻尼在共振區內,阻尼可以抑製傳遞率的幅值,使物體的振幅不至於過大;在非共振區,阻尼反而使傳遞率增大。
因此,隔振應強調以下幾點:
當f/fo≈1時,發生共振,應力求避免;
不論阻尼大小,隻有f/fo>,才有隔振效果;
一般情況下,建議把頻率比f/fo取為2.5~4.5。
隔振係統中控製振動及其傳遞主要有三個基本因素:隔振器的剛度k、被隔離物體質量m及係統支承即隔振器的阻尼比ξ。它們各自的影響簡述如下:
①剛度k——隔振器的剛度越大,隔振效果越差,反之隔振效果越好。因為:
f0=(k/m)0.5/2π (2)
k越大,f0越大,f/fo越小,η就越大(在隔振區)隔振效果差;
k越小,f0越小,f/fo越大,η就越小(在隔振區)隔振效果好。
因此,就隔振而言,剛度k應盡可能小;必須指出的是,過小的剛度k可能無法承受質量m,就像一個重物將一根彈簧壓扁了,無法起到隔振作用,對於一個設計正確的隔振係統,支承的剛度計算既要考慮隔振效果的實現,同時還要兼顧其承載能力。
②質量m——被隔離物體的質量m使支承係統保持相對靜止,物體質量越大,在確定振動力的作用下物體振動越小。同樣從式(2)看出,m越大,則f0越小,在隔振區η就越小,隔振效果好。增大質量還包括增大隔振底座的麵積,以增大物體的慣性矩,可減小物體的搖晃,但質量往往是確定的,增加是有限的。
③阻尼比ξ——隔振係統的支承阻尼有以下的作用:在共振區減小共振峰值,抑製共振振幅;但是,在隔振區,隨著ξ的增大,η也變大,隔振效果變差。因此阻尼的作用有利也有弊,設計時應.別注意。
2.2隔衝
衝擊是一種急劇的瞬間作用。例如飛機的起飛和著陸,火車、汽車的啟動與停車,物體的起吊與跌落等都能產生較大的衝擊。在衝擊發生時,雖然時間相當短,但作用十分強烈。衝擊作用下,電子設備的零部件的衝擊應力超過其.大允許值時將導致設備損壞,有時也會因多次衝擊作用形成疲勞積累,使設備發生疲勞破壞。因此,對衝擊的作用也必須進行隔離。
由能量定理可知:當外來衝擊能量一定時,若衝擊力作用的時間愈長則設備所受的衝擊力愈力小,衝擊加速度也愈小。因此若能延長衝擊力作用的接觸時間,就可減輕電子設備所受衝擊作用的影響。
電子設備大都屬於被動隔衝,在支撐基座與電子設備之間裝一減振器進行衝擊隔離,當外界衝擊力作用在支撐基座上時,由於減振器中的彈性元件和阻尼元件產生變形,吸收能量並延長衝擊力作用的接觸時間,使傳遞給設備的衝擊力減小了很多,達到緩衝的目的。減振器的剛度越小,阻尼越大,則衝擊力的作用接角時間愈長,減振器的變形愈大,設備受到的衝擊力也就愈小,緩衝的效果愈好。
2.3機櫃背部隔振器設計思路
當設備機櫃的高度較高時(一般在1.2米以上),就要考慮在機桓背部上方加裝背部隔振器來減小設備機櫃的搖晃。背部隔振器的垂向剛度應趨於零,如無法滿足時,應不高於底部隔振器垂向剛度的0.1倍。
3減振器選用原則
(1)使用條件
振源性質:電子設備使用時所承受到的振動、衝擊類型、強度、頻率等,從而決定了以隔振為主還是緩衝為主;一般情況下艦用、車用設備以緩衝為主,飛機載設備以減振為主。
原環境條件:因橡膠減振器有一定的使用溫度範圍,過冷會硬化,過熱則軟化,大多數橡膠減振器遇油及光照易老化,當溫度範圍超出0~80℃或存在油類介質或光照條件下不宜使用橡膠減振器。
外形尺寸:了解設備的外形、重心位置.別是可以供安置減振器的空間大小,將為選用減振器的類型、數量提供尺寸依據。
耐振抗衝能力:設備內的元器件的耐振抗衝能力的強弱,決定了設備允許承受的.大振幅和加速度,也就決定了整個隔振緩衝係統的隔振係數的大小,是選用減振器的主要依據。
(2)參數條件
減振器的主要參數包括阻尼比、剛度(或頻率)、額定負荷等。
阻尼比ξ:從減振原理分析看出,阻尼的作用是控製和減少共振振幅,由於設備起動與停止要都要經過(γ=1)共振區,盡管時間很短,但係統阻尼過小時也會產生較大振動。雖然在隔振區阻尼比越小隔振效果越好,但這僅對激振頻率為單一頻率才適合。當振源較複雜,有多種頻率時,必須從多方麵防止共振,阻尼比夜鶯適當選大一些。從緩衝的角度講,選用較大的阻尼比也是有利的,綜合考慮,減振緩衝係統以選用較大的阻尼比為宜。
剛度k:剛度是減振器的.主要參數,就減振而言,剛度的大小可由隔振效果要求,通過計算出固有頻率而求得,選用的減振器的剛度隻要等於或小於計算剛度,就能保證隔振效果的實現;
額定負荷W:各種類型的減振器的額定負荷都不同,所選減振器的負荷大小主要根據設備重量、重心位置、減振器安裝數量來決定,要求所選減振器額定負荷應大於實際承載。

減振器的作用是隔離或減小振動及衝擊對設備及元件的影響,通過其材料、結構的.點,吸收振動、衝擊的能量並緩慢地釋放,達到減振緩衝的目的。
4.1橡膠型減振器
橡膠
色伊人网下载器的.點是在於他的外形能按需要設計、剛度可調、提供比彈簧更大的阻尼比、抗剪、抗拉、抗壓、安裝更簡單。他的缺點在於固有頻率較高,使用壽命較短,使用環境受限多,一般使用環境溫度應控製在-30-70攝氏度之間,一些有化學腐蝕環境應選擇合適材質的
橡膠色伊人网下载器才能使用。
(1)常用JF、JF-A型減振器技術參數:
(2)JZ型橡膠減振器技術參數:
4.2金屬彈簧減振器
金屬彈簧減振器用彈簧鋼板或鋼絲繞製麵成。常見的有圓柱形彈簧、圓錐形彈簧及板簧等。這種減振器的優點是:對環境條件反應不敏感,適用於惡劣環境,如高溫、高寒、油汙等;工作性能穩定,不易老化;剛度變化範圍寬,可以製作很軟,也可很硬。其缺點是阻尼比很小(ξ≤0.005),共振時很危險。因此必要時還應另加阻尼器。這種減振器的固有頻率較高,通常用於載荷大、外激頻率較高及有衝擊的情況。
水平剛度低,易晃動,不易於精密設備的隔振。
4.3阻尼隔振材料
4.3.1自由阻尼結構
將阻尼材料覆蓋(粘貼或噴塗)在需要減振的結構物表麵,當結構件發生變形時,阻尼材料能將機械振動或聲振動轉變為熱能消耗。由於覆蓋在結構物上的阻尼材料層麵無約束,故稱為自由阻尼層或自由阻尼結構。被覆蓋的結構物稱為基層,阻尼層可以是單麵或雙麵。
4.3.2約束阻尼結構
在自由阻尼層麵上再覆蓋一層材料,就構成約束阻尼結構,而這一覆蓋層稱為約束層。根據需要也可作成多層,基層與約束層統稱為結構層,它為阻尼結構提供強度,阻尼層則吸收能量。
4.3.3其它阻尼隔振材料
近年來隔振墊已被伊人直播黄版入口於產品的減振緩衝。隔振墊是由具有彈性的材料製成的一種沒有確定形狀尺寸的軟墊,如專用橡膠隔振墊,這種隔振墊具有.久的高彈性,隔振、緩衝性能良好;為滿足不同要求其尺寸和形狀自由選擇;具有一定的阻尼性能,可吸收機械能.別是對高頻振動能量的吸收效果好;橡膠同金屬表麵能實現牢固粘接,易於安裝與製造;與其它減振器比,具有價格低廉等優點,目前被動廣泛用於產品的隔振緩衝。
在設計機箱及零部件時,盡量選用高阻尼結構材料,如鋁、鋁鎂合金,而鋼和銅的阻尼比小於鋁,不應作為.選材料。也可以考慮選擇高阻尼的結構型式,各種結構型式的阻尼比依次為:鑄造、鉚接、螺接、焊接、整體金屬。
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