电子设备的隔振技术及减振器选型浅析.doc

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: m/s 2 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 隔振隔振就是通过在设备或器件上安装减振装置, 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=U o sin( ω t) 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= x O/U O={ [1+4 ξ 2( f/ f o) 2]/[1-( f/ f o) 2] 2+4 ξ 2( f/ f o) 2} ( 1) 式中 x O ——物体的垂向振幅(m) ; U O ——基础的垂向振幅(m) 。式中 f ――振动力的频率(H Z); f o ――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( m/s 2); ξ——减振器的阻尼比(橡胶减振器的阻尼比为 ~ )。从η的表达式可以看出, 隔振系数η与频率比( f/ f o) 及阻尼比ξ有关。当 f/ f o << 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/ f o =1时, 隔振系数η为最大, 振动力有放大现象, 此时系统处于共振状态;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/ f o=2 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/ f o>2 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 / f o>2 。在电子设备的减振设计中一般取频率比 f/ f o为 ~ , 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/~1/ 。阻尼在共振区内, 阻尼可以抑制传递率的幅值, 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/ f o≈ 1 时,发生共振,应力求避免; 不论阻尼大小,只有 f/ f o>2 ,才有隔振效果; 一般情况下,建议把频率比 f/ f o 取为 ~ 。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:f 0 =(k/m) (2) k 越大, f 0 越大, f/ f o 越小,η就越大( 在隔振区) 隔振效果差; k 越小, f 0 越小, f/ f o 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