2014年第三期车载电子设备的隔振系统设计(作者武振鹏)

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1、车载电子设备的隔振系统设计武振鹏（中国电子科技集团公司第二十二研究所河南濮阳）摘要：文章讲述车载电子设备隔振系统设计理论，以及隔振系统设计的方法及步骤，并通过车载石油测井地面设备的工程实例来阐述上述理论的准确性和正确性.关键词：隔振系统；频率；隔振系数；隔振器第一作者简介：武振鹏，男，1982年生，工程师。2005年7月毕业于兰州理工大学机械设计制造及其自动化专业，现在中国电子科技集团公司第二十二研究所第七研究部从事石油电子地面设备结构设计工作。邮编：453003中图号：0引言车载电子设备在运输和发动机工作时的现场作业受到多种形式的

2、机械力，其中振动和冲击对电子设备的危害最大。据不完全统计，由于振动引起电子设备出故障的约占80%。设备的主要破坏形式是在某一激振频率下产生振幅很大的共振，最终因振动加速度超过设备所能承受的极限加速度而破坏。因此车载电子设备的隔振系统设计应该使设备在各激振频率下的响应值小于设备所能承受的极限值。1　系统定型由于车载电子设备是机械环境的受害对象，通常我们是在车载电子设备上加装合适的隔振器来减弱振动冲击等机械环境对其的干扰影响和破坏，并且把整个电子设备看成一个质量，设备与隔振器构成的系统看成是一个单质体多自由度的隔振系统。2　设计准备一般

3、来讲，电子设备的隔振系统设计都是充分了解了电子设备的物理数据、其所运用的机械环境以及隔振所用隔振器这三大类的资料前提下进行的设计。1)了解设备的外形结构、安装图及安装尺寸；设备的重量、重心位置、惯性半径等，由此明确支承点的数量和位置。2)了解设备使用环境（温度上下限、湿度、盐雾、有无油污、太阳辐射等），振源的方向，激振频率的带宽，最低频率和实际工况频率，位移和加速度振幅等3)根据使用环境明确隔振器的工作条件，了解适用此环境的隔振器的安装尺寸、许用9载荷范围，推荐的安装方式，静刚度，动态性能（应与频率、载荷、适用温度等变化关系相联系）

4、阻尼比，寿命（包括疲劳极限、蠕变、老化、贮藏期限等）在具体的工程实际中，所设计的电子设备的使用场所确定了它所处的环境条件（主要是机械环境），并有相应的标准或规范指定此类电子设备应承受的环境条件和等级指标，同时也决定了此隔振系统选用什么类型的隔振器。1　设计的步骤及方法单质体多自由度的隔振系统设计较为复杂，此类系统的设计中必须考虑耦合振动的情况。车载电子设备是具有六个自由度的隔振系统，即沿三个坐标轴的平移振动和绕三坐标轴的旋转振动。1.1　隔振器支承位置和布置方式的设计隔振器的支承位置和布置方式应遵循以下原则：原则一：考虑到车内空间的

5、限制，车载电子设备隔振系统隔振器的布置一般采用平置式。原则二：隔振器应安装在整个设备结构最刚强的结构支承面上，为防止设备在静载荷和动载荷下发生弯曲变形，隔振器的布置间距不宜太大；如果各支承点的载荷相差很大，则应采用同一型号不同刚度的隔振器。原则三：隔振器的支承位置和布置方式应尽量选择非耦合的布置方式。理想的非耦合的布置方式就是将隔振器安装在设备的重心平面。有以下两种情况：1)对于重心不高且只能在设备底部安装隔振器的情况，若使隔振器的刚度配置分别对称于xoz、yoz这两个惯性主轴平面，则系统沿铅垂方向（z轴）的运动就是非耦合运动。这种

6、情况就可以通过改变刚度布局实现解耦。2)遇到设备的重心较高（重心在支承平面的距离大于某一惯性主轴平面上的两端支撑点的间距），可以合并运用以下措施a、c或者b、c，这样既有可能减弱耦合振动，又可改善设备的动态稳定性。可采取措施有：a将设备中重量大的零部件尽量安装在设备的底部位置，或者在设备底部增加质量块。b增加设备支承面的尺寸和隔振器的间距。c在设备的上方加设后方或侧方隔振器。1.2　隔振系统的固有频率与激振频率的关系在激振频率带宽内，系统响应的最大值应不大于设备能够承受的振动量级，这是隔振系统设计的基本要求。在电子设备的减振设计中一

7、般取频率比为2.5~4.5，也就是说要获得满意的隔振效果，应使隔振系统的固有频率为激振频率的1/2.5~1/4.5。如果难以满足，也应尽量满足，以避免系统发生共振。考虑到实际工作环境出现的激振频率，系统设计时应尽可能使9远离这些激振频率。隔振系数与频率比及阻尼比的关系曲线如图1所示。此时的隔振系数为:式中：为激振频率；为隔振系统的固有频率；为隔振器的阻尼比。图1隔振系数与频率比及阻尼比的关系曲线1　设计计算以SKD-3000B数控测井仪双机柜的隔振系统为例，介绍隔振系统的设计。1.1　确定设备的外形尺寸及安装图SKD-3000B数控

8、测井仪机柜的外形尺寸及安装图如图2所示。9图2机柜的外形尺寸及安装图1.1　确定设备的质心坐标SKD-3000B数控测井仪中根据各插箱具体位置及质量，以左机柜左下角为坐标原点O，确定设备整体质心位置C，各部分质量及重心坐标见表1。表1