电子设备的隔振技术及减振器选型

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1、电子设备的隔振技术及减振器选型1、概述电子设备受到的机械力的形式有多种，其中危害最大的是振动和冲击，它们引起的故障约占80%。它们造成的破坏主要有两种形式，其一是强度破坏：设备在某一激振频率下产生振幅很大的共振，最终振动加速度所引起的应力超过设备所能承受的极限强度而破坏；或者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：振动或冲击引起的应力虽远低于材料的强度，但由于长时间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。系统的振动特性受三个参数的影响，即质量、刚度和阻尼。对于电子设备的振动和冲击隔离来说，隔

2、振系统的质量一般是指电子设备的质量，而刚度和阻尼则由设备的支撑装置提供。在机械环境的作用下，尤其是在舰船、坦克、越野车辆、飞机等运载工具中，设备及其内部的电子器件、机械结构等都难以承受振动冲击的干扰。表1各种运载工具振动、冲击和离心加速度参数单位：g9.8m/s2为了减少或防止振动与冲击对电子设备的影响，通常采取两种措施：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影响。2、隔振技术2.1隔振隔振就是通过在设备或器件上安装减振装置

3、，隔离或减少它们与外界间的机械振动传递。在电子设备与基础之间安装弹性支承即减振器，以减少基础的振动对电子设备的影响程度，使电子设备能正常工作或不受损坏；这种对电子设备采取隔离的措施，称为被动隔振。一般情况下，仪器及精密设备的隔振都是被动隔振。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。被动隔振也可用隔振系数η表示其隔振效果，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），可用下式计算：η＝xO/UO=｛［１＋４ξ2（f／fo）２］／［１－（f／fo）２］２＋４ξ2（f／fo

4、）２｝０．５（1）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（ＨＺ）；　　　　fo――隔振系统的固有频率（ＨＺ）；　　　　k――隔振器的刚度（Ｎ／m）；　　　　m――物体的质量（kg）；g——重力加速度（9.8m/s2）；ξ——减振器的阻尼比（橡胶减振器的阻尼比为0.02~0.15）。从η的表达式可以看出，隔振系数η与频率比（f／fo）及阻尼比ξ有关。当f／fo＜＜1时，隔振系数η=1。此时振动力变化缓慢，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，此时系

5、统处于共振状态；η值随ξ增大而减小，所以，对于启、停频繁的设备，为防止设备在启动或停机过程中经过共振区域时产生过大的共振，减振器选用时应考虑阻尼大一些的。当f／fo=时，隔振系数η=1，振动力等值传递，此时系统无隔振效果；当f／fo＞时，隔振系数η＜1，振动力减值传递，此时系统有隔振效果。因此，要使隔振系统有效果，必须使η＜1，即必须使频率比f／fo＞。在电子设备的减振设计中一般取频率比f／fo为2.5~4.5，也就是说要获得满意的隔振效果，应该使隔振支承系统的固有频率为振动力频率的1/2.5~1/4.5。阻尼在共振区内，阻尼可以抑制传递

6、率的幅值，使物体的振幅不至于过大；在非共振区，阻尼反而使传递率增大。因此，隔振应强调以下几点：当f／fo≈1时，发生共振，应力求避免；不论阻尼大小，只有f／fo＞，才有隔振效果；一般情况下，建议把频率比f／fo取为2.5~4.5。隔振系统中控制振动及其传递主要有三个基本因素：隔振器的刚度k、被隔离物体质量m及系统支承即隔振器的阻尼比ξ。它们各自的影响简述如下：①刚度k——隔振器的刚度越大，隔振效果越差，反之隔振效果越好。因为：　　　　　f０=(k/m)0.5/2π　　　　　　(2)k越大，f０越大，f／fo越小，η就越大（在隔振区）隔振效

7、果差；k越小，f０越小，f／fo越大，η就越小（在隔振区）隔振效果好。因此，就隔振而言，刚度k应尽可能小；必须指出的是，过小的刚度k可能无法承受质量m，就像一个重物将一根弹簧压扁了，无法起到隔振作用，对于一个设计正确的隔振系统，支承的刚度计算既要考虑隔振效果的实现，同时还要兼顾其承载能力。②质量m——被隔离物体的质量m使支承系统保持相对静止，物体质量越大，在确定振动力的作用下物体振动越小。同样从式(2)看出，m越大，则f０越小，在隔振区η就越小，隔振效果好。增大质量还包括增大隔振底座的面积，以增大物体的惯性矩，可减小物体的摇晃，但质量往往

8、是确定的，增加是有限的。　　③阻尼比ξ——隔振系统的支承阻尼有以下的作用：在共振区减小共振峰值，抑制共振振幅；但是，在隔振区，随着ξ的增大，η也变大，隔振效果变差。因此阻尼的作用有利也有弊，设