2021年电子设备的隔振关键技术及减振器选型.doc

电子设备隔振技术及减振器选型
1、概述
电子设备受到机械力形式有多个，其中危害最大是振动和冲击，它们引发故障约占80%。它们造成破坏关键有两种形式，其一是强度破坏：设备在某一激振频率下产生振幅很大共振，最终振动加速度所引发应力超出设备所能承受极限强度而破坏；或因为冲击所产生冲击应力超出设备极限强度而破坏。其二是疲惫破坏：振动或冲击引发应力虽远低于材料强度，但因为长时间振动或数次冲击而产生应力超出其疲惫极限，使材料发生疲惫损坏。系统振动特征受三个参数影响，即质量、刚度和阻尼。对于电子设备振动和冲击隔离来说，隔振系统质量通常是指电子设备质量，而刚度和阻尼则由设备支撑装置提供。在机械环境作用下，尤其是在舰船、坦克、越野车辆、飞机等运载工具中，设备及其内部电子器件、机械结构等全部难以承受振动冲击干扰。
表1 多种运载工具振动、冲击和离心加速度参数
单位：
为了降低或预防振动和冲击对电子设备影响，通常采取两种方法：a) 经过材料选择和合理结构设计，增强设备及元器件耐振动耐冲击能力；b) 在设备或元器件上安装减振器，经过隔离振动和冲击，有效地降低振动和冲击对电子设备影响。
2、 隔振技术

隔振就是经过在设备或器件上安装减振装置，隔离或降低它们和外界间机械振动传输。
在电子设备和基础之间安装弹性支承即减振器，以降低基础振动对电子设备影响程度，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方法，称为被动隔振。通常情况下，仪器及精密设备隔振全部是被动隔振。
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，它含义是被隔离物体振幅和基础振幅之比（或是振动速度幅值、加速度幅值比值），可用下式计算：
η＝xO/ UO
=｛［１＋４ξ2（f／fo）２］／［１－（f／fo）２］２＋４ξ2（f／fo）２｝０．５ （1）
式中 xO——物体垂向振幅(m)；
UO——基础垂向振幅(m)。
式中　　f――振动力频率（ＨＺ）；
　　　　fo――隔振系统固有频率（ＨＺ）；
　　　　k――隔振器刚度（Ｎ／m）；
　　　　m――物体质量（kg）；
g——重力加速度（ ）；
ξ——减振器阻尼比（~）。
从η表示式能够看出，隔振系数η和频率比（f／fo）及阻尼比ξ相关。
当f／fo ＜＜1时，隔振系数η=1。此时振动力改变缓慢，且其几乎等值传输到基础上。
当 f／fo =1时，隔振系数η为最大，振动力有放大现象，此时系统处于共振状态；η值随ξ增大而减小，所以，对于启、停频繁设备，为预防设备在开启或停机过程中经过共振区域时产生过大共振，减振器选择时应考虑阻尼大部分。
当f／fo =时，隔振系数η=1，振动力等值传输，此时系统无隔振效果；
当f／fo＞时，隔振系数η＜1，振动力减值传输，此时系统有隔振效果。
所以，要使隔振系统有效果，必需使η＜1，即必需使频率比f／fo＞。在电子设备减振设计中通常取频率比f／~，也就是说要取得满意隔振效果，应该使隔振支承系统固有频率为振动力频率1/~1/。
阻尼在共振区内，阻尼能够抑制传输率幅值，使物体振幅不至于过大；在非共振区，阻尼反而使传输率增大。
所以，隔振应强调以下几点：
当f／fo ≈1时，发生共振，应努力争取避免；
不管阻尼大小，只有f／fo＞，才有隔振效果；
通常情况下，提议把频率比f／~。
隔振系统中控制振动及其传输关键有三个基础原因：隔振器刚度k、被隔离物体质量m及系统支承即隔振器阻尼比ξ。它们各自影响简述以下：
①刚度k——隔振器刚度越大，隔振效果越差，反之隔振效果越好。因为：
　　　　　 f０=(k/m)　　　　　　 (2)
k越大，f０越大，f／fo越小，η就越大（在隔振区）隔振效果差；
k越小，f０越小，f／fo越大，η就越小（在隔振区）隔振效果好。
所以，就隔振而言，刚度k应尽可能小；必需指出是，过小刚度