电子设备的减振与缓冲

第四章电子设备的减振与缓冲 4．1 振动与冲击对电子设备的危害 机械作用的分类 电子设备在利用和运输进程中，不可幸免地会受到振动、冲击等机械力的作用，具体有以下四 种类型。 1.周期性振动 这是指机械力的周期性运动对设备产生的振动干扰，并引发设备作周期性往复运动。 表征周期性振动的要紧参数有：振动幅度和振动频率。 2.非周期性干扰——碰撞和冲击 这是指机械力在作非周期性扰动对设备的作用。其特点是作历时刻短暂，但加速度专门大。 依照对设备作用的频繁程度和强度大小，非周期性扰动力又可分为： （1） 碰撞设备或元件在运输和利用进程中常常碰到的一种冲击力。这种冲击作用的特点是 次数较多，具有重复性，波形一样是正弦波。 （2） 冲击设备或元件在运输和利用进程中碰到的超级常性的、非重复性的冲击力。 。其特点 是次数较少，不常常碰到但加速度大。 表征碰撞和冲击的参数： 波形、 峰值加速度、碰撞或冲击的持续时刻、碰撞时刻、碰撞次数等。 3.离心加速度 这是指运载工具作非直线运动时设备受到的加速度。 4.随机振动 这是指机械力的无规则运动对设备产生的振动干扰。 随机振动在数学分析上不能用确切的函数 来表示，只能用概率和统计的方式来描述其规律。随机振动主若是外力的随机性引发的， 振动与冲击对电子设备的危害 上述四种机械作用均会对电子设备造成阻碍， 其中危害最大的是振动与冲击， 若是结构设计不 妥，就会致使电子设备的损坏或无法工作。 它们造成的破坏要紧有两种形式， 其一是强度破坏： 设备在某一激振频率下产生振幅专门大的 共振， 最终振动加速度所引发的应力超过设备所能经受的极限强度而破坏； 或由于冲击所产生的冲 击应力超过设备的极限强度而破坏。 其二是疲劳破坏： 振动或冲击引发的应力虽远低于材料的强度， 但由于长时刻振动或多次冲击而产生的应力超过其疲劳极限，使材料发生疲劳损坏。 振动和冲击电子对电子设备造成的危害具体表此刻： 1．没有附加锁紧装置的接插装置会从插座中跳出来，并碰撞其他元器件而造成破坏。 2．电真空器件的电极变形、短路、折断；或由于各电极作过量的相对运动而产生噪声，不能 正常工作。 3．振动引发弹性元件产生变形，使具有触点的元件（电位器、波段开关、插头座等）产生接 触不良或开路。 4．指示灯忽亮忽暗，仪表指针不断抖动（或指针脱落） ，使观看人员读数不准，视觉疲劳。 5．当零部件的固有频率和激振频率相同时，会产生共振现象。例如， 可变电容器极片共振时， 会使电容量发生周期性转变等。 6．安装导线变形及位移，使其相对位置改变，引发电感量和散布电容发生转变，从而使电感 电容的耦合发生转变。 7．机壳和基础变形，脆性材料（如玻璃、陶瓷、胶木、聚苯乙烯）断裂。 8．防潮和密封方法受到破坏。 9．锡焊和熔焊处断开，焊锡屑掉落在电路中间而造成短路故障。 10．螺钉、螺母松开乃至脱落，并撞击其它零部件，造成短路和破坏。有些用来调整电气特性 的螺丝受振后会产生偏移。 由此看出，振动与冲击对电子设备的阻碍是多方面的，一样振动引发的是元器件或材料的疲劳 损坏，而冲击则是由于瞬时加速度专门大而造成元器件或材料的强度破坏；振动引发的故障约占 80%，冲击引发的故障约占 20%。 4．2 减振缓和冲大体原理 为了减少或避免振动与冲击对电子设备的阻碍，通常采取两种方法：a) 通过材料选用和合理 的结构设计，增强设备及元器件的耐振动耐冲击能力；b) 在设备或元器件上安装减振器，通过隔 离振动与冲击，有效地减少振动与冲击对电子设备的阻碍。 隔振的大体原理 1.振动系统的组成 机械振动是物体受交变力的作用，在某一名置周围作往复运动。如电动机放在一简支梁上，当电动 机旋转时，由于转子的不平稳，质量的惯性力引发电动机产生上下和左右方向的往复运动，当限制 其左右运动时，就组成最简单的单自由度自由振动系统，其组成有振动物体 m 和弹性物体 k，故又 称为 m-k 系统。 2.隔振原理隔振确实是通过在设备或器件上安装 或减少它们与外界间的机械振动传递。 （1）主动隔振与被动隔振 主动隔振——在振动物体与安装基础之间安装弹性支承即隔振器， 减振装置，隔离 减少机械振动力向基础的传递量， 使振动物体的振动得以有效的隔离； 这种对振动物体采取隔离的 方法称为主动隔振。一样情形下，风机、水泵、紧缩机及冲床的隔振都是主动隔振。 被动隔振——在仪器设备与基础之间安装弹性支承即隔振器， 以减少基础的振动对仪器设备的 阻碍程度， 使仪器设备能正常工作或不受损坏； 这种对仪器设备采取隔离的方法， 称为被动动隔振。 一样情形下，仪器及周密设备的隔振都是被动隔振。 （2）隔振系数 真正危害电子设备正常工作的是受到的外部持续不断的机械作用， 因为这种持续不断的机械作 用补充了阻尼消耗的能量，使振动一直持续。因此， 必需采取隔振方法，使这种持续不断的机械作 用对设备的阻碍降到最小。 主动隔振系数： 设外力Ｆ ０＝sin(ωt)垂直作用在物体Ｍ上，通过弹性与阻尼作用使基础同时受到弹簧力及阻尼 力，现在物体一样也受到弹簧力及阻尼力，物体按必然的规律运动。把基础所受到的弹簧力及阻尼 力的合力Ｆ Ｔ与作用在物体上的ＦＯ力相较，那个比值η称为隔振系数，用式表示： η＝Ｆ Ｔ／ＦＯ 隔振系数的含义是：传到基础上的力是原振动力的百分之几。若是物体直接固定在基础上，那么振 动力就全数传到基础上，现在Ｆ Ｔ＝ＦＯ，η＝１。因此，只有当η小于１时，才有隔振成效。 隔振系统的隔振系数可由下式计算： η＝｛ ［１＋４ξ2（f／fo）２］／［１－（f／fo）２］２＋４ξ2（f／fo）２｝０．５ 被动隔振系数： 振动来自基础，其运动用 U=Uosin(ωt)表示，也是周期振动。与主动隔振一样，被动隔振也可 用隔振系数η表示其隔振成效， 它的含义是被隔离的物体振幅与基础振幅之比 （或是振动速度幅值、 加速度幅值的比值） ，用式计算： η＝xO/ UO = ｛ ［ １ ＋ ４ξ2（ f ／ fo）２］ ／ ［ １ － （ f／fo）２］２＋ ４ξ2（ f／fo）２｝０ ． ５ （） 式中xO——物体的垂向振幅(m)； UO——基础的垂向振幅(m)。 式中f――振动力的频率（Ｈ Ｚ） ； fo――隔振系统的固有频率（Ｈ Ｚ） ； k――隔振器的刚度（Ｎ／m） ； m――物体的质量（kg） ； g——重力加速度（s2） ； ξ——减振器的阻尼比（橡胶减振器的阻尼比为~） 。 被动隔振系数与踊跃隔振的振动传递率计算表达式完全一样 从η的表达式能够看出，隔振系数η与频率比（f／fo）及阻尼比ξ有关，三者关系如图所示 的曲线。 隔振系数η与频率比（f／fo）及阻尼比ξ关系曲线 从图能够看出： 当 f／fo＜＜1 时，隔振系数η=1。现在振动力转变缓 慢，且其几乎等值传递到基础上。 当 f／fo=1 时，隔振系数η为最大，振动力有放大现 象，现在系统处于共振状态；关于不同的阻尼比ξ，曲线 明显分开，表明阻尼对共振的阻碍大，η值随ξ增大而减 小，因此，关于启、停频繁的设备，为避免设备在启动或 停机进程中通过共振区域时产生过大的共振，减振器选历 时应考虑阻尼大一些的。 当 f／fo =2时，隔振系数η=1，振动力等