电子设备减震与缓冲

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,减震和缓冲基本原理,常用减震器及选用,电子设备减震缓冲的结构措施,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,一,.,机械作用的分类,电子设备在使用和运输过程中，不可避免地会受到振动、冲击等机械力的作用，具体有以下四种类型。,l.,周期性振动,指,机械力的周期性运动,对,设备产生的振动干扰,，并,引起设备作周期性往复运动,。,产生这一干扰的,主要原因,是：,运载工具发动机的振动,，例如汽车、舰船、飞机、导弹等发动机工作时产生的强烈振动；,设备内部的发动机、风机、泵产生的振动,等。,表征周期性振动的,主要参数,有,振动幅值,和,振动频率,。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,一,.,机械作用的分类,2.,非周期性干扰,碰撞和冲击,指,机械力作非周期性扰动,时,对设备的作用,。,其,特点,是,作用时间短暂,，但,加速度很大,。,根据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,，指设备或元件,在运输和使用过程中经常遇到的一种冲击力,，,例如,车辆在坑洼不平的道路上行驶，飞机的降落、船舶的抛锚等。这种冲击作用的,特点,是次数较多，具有重复性，波形一般是正弦波。,(2),冲击，指设备或元件,在运输和使用过程中遇到的非经常性、非重复性的冲击力,。,例如,撞车或急刹车，舰船触礁，炸弹爆炸，设备跌落等。其,特点,是次数较少，不经常遇到但加速度大。,例如，,舰船在一般环境条件下受到的加速度并不大，但在炸弹或鱼雷爆炸时它受到的冲击加速度可达,1 000g5 000g(g,为重力加速度,),。,表征碰撞和冲击的参数,有,波形,、,峰值加速度,、,碰撞或冲击的持续时间,、,碰撞次数,等。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,一,.,机械作用的分类,3.,离心加速度,指,运载工具作非直线运动时设备受到的加速度,。,例如,，飞机在急剧转弯时，除受到振动、冲击等机械力作用外，还受到离心加速度的作用。,一般来说，,受离心力作用最大,的是,机载电子设备,，地面或水面的一切移动设备都没有超过它们。,离心力所造成的,破坏是严重,的。,例如,，具有电接触点的电器产品，如继电器、开关等，当离心力作用方向恰好与电路接触点的开、合方向一致时，若离心力大于电接触点的接触压力，接触将自动脱开或闭合，造成系统误动作，信号中断或电气线路等故障。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,一,.,机械作用的分类,4,随机振动,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法来描述,其规律。,随机振动主要由,外力的随机性,引起，,例如,，路面的凹凸不平使汽车产生随机振动，大气湍流使机翼产生随机振动，海浪使船舶产生随机振动以及火箭点火时由于燃烧不均匀引起部件的随机振动等。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,二,.,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影响，其中,危害最大的是振动与冲击,，如果结构设计不当，就会导致电子设备损坏或无法工作。,它们造成的,破坏主要有两种形式,。,其一是,强度破坏指设备在某一激振频率下,产生振幅很大的共振,，因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导致破坏；或者,由于冲击所产生的冲击应力超过设备的极限强度,而导致破坏。,其二是疲劳破坏,，指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。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,二,.,振动与冲击对电子设备的危害,设备破坏的原因,，除了,零部件的设计、制造和装配质量等不合格,以外，,主要是在设计整机或零部件时，,忽视了环境对设备造成的影响,，没有充分考虑设备承受环境条件极限的能力，,或是由,振动和冲击的隔离系统设计不正确,所致。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,二,.,振动与冲击对电子设备的危害,电子设备造成的,危害具体表现,在：,（,1),没有附加锁紧装置的接插装置,会从插座中跳出，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；或者由于,各电极做过多的相对运动,，产生噪声，使设备不能正常工作。,(3),振动引起弹性元件变形,，使具有触点的元件,(,电位器、波段开关、插头座等,),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,),，使观察人员读数不准，视觉疲劳。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,二,.,振动与冲击对电子设备的危害,(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变化等。,(6),安装导线的变形及位移,，使其相对位置改变，引起电感量和分布电容发生变化，从而使电感电容的耦合发生变化。,(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),防潮和密封措施受到破坏,。,(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、螺母松开甚至脱落，并撞击其他零部件，造成短路和破坏,。有些用来调整电气特性的螺钉受振后会产生偏移。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,二,.,振动与冲击对电子设备的危害,由此看出，振动与冲击对电子设备的影响是多方面的，,一般振动会引起元器件或材料的疲劳损坏，,而冲击则会因瞬时加速度很大而造成元器件或材料的强度破坏。,振动引起的故障约占,80,，冲击引起的故障约占,20,。,电子设备减震与缓冲,振动与冲击对电子设备的危害,减震和缓冲基本原理,常用减震器及选用,电子设备减震缓冲的结构措施,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,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：,增强设备及元器件的耐振动、耐冲击能力,；,材料选用和合理的结构设计来实现,如增加,结构尺寸,，提高设备及元器件的,强度与刚度,，从而增强设备及元器件的耐振动、耐冲击能力。,安装减振器,来隔离振动与冲击对电子设备的影响。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,1,振动系统的组成,机械振动是指物体受交变力的作用，在某一位置附近作往复运动。,如电动机放在一简支梁上，当电动机旋转时，由于转子的不平衡，质量的惯性力将引起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，就构成最简单的,单自由度自由振动系统,，其组成有振动体,m,和弹性体,K,，故又称为,mK,系统。见图所示。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,1,振动系统的组成,m,K,图,a,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,减振就是通过在设备或器件上,安装隔振装置,，隔离或减少它们与外界间的机械振动传递。,包括：主动隔振与被动隔振,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(1),主动隔振与被动隔振,主动隔振,是指在振动体与安装基础之间安装弹性支承即减振器，减少机器振动力向基础的传递量，使振动体的振动得以有效的隔离,一般情况下，,风机、水泵、压缩机及冲床,的隔振都是主动隔振。,被动隔振,是指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影响程度，使仪器设备能正常工作或不受损坏，被动隔振对仪器设备采取隔离措施。,一般情况下，,仪器及精密设备,的隔振都是被动隔振。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,图,(b),是一质量为,m,、刚度为,K,、黏性阻尼系数为,c,的单自由度振动系统,(,主动隔振,),。,与图,(a),相比，该系统多了一个阻尼器，阻尼器是指,发生变形时能产生能量消耗的装置,物体变形时的能量消耗多少用阻尼系数,c(,或阻尼比,),来表示，,c,(,或,),越大,，表明该物体变形时的,能量消耗越多,，,反之就越少,。,电子设备减震与缓冲,K,m,F,0,c,K,m,c,K,K,(b),主动隔振,(b),被动隔振,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,图,(b),中的物体若没有阻尼作用，即阻尼系数,c,0,，就成为图,(a),的无阻尼单自由度振动,只要碰一下,(,给一个初始能量,),，根据能量守恒定理，由于运动过程中没有能量损失，它将永远上下振动下去。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,实际上，振动过程中,不可能没有阻尼,，即,没有能量损失,。,如,空气阻尼、弹性体变形时的阻尼等，都会引起能量损失。由于有能量消耗，上述振动会很快停下来，这种可以及时停歇的振动对电子设备的影响不大。,真正危害电子设备正常工作的是,受到外部持续不停的机械作用,，因为这种持续不停的机械作用补充了阻尼消耗的能量，使振动一直持续。因此，必须采取隔振措施，将这种作用对设备的影响降到最小。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,设外力,F,。,Fmsin(t,),垂直作用在物体上，通过弹性与阻尼作用使基础同时受到弹簧力及阻尼力，此时物体同样也受到弹簧力及阻尼力，物体按一定的规律运动。把基础所受到的弹簧力与阻尼力的合力,F,t,与作用在物体上的力,F,。相比，这个,比值,称为隔振系数,，用下式表示：,F,t,F,。,隔振系数的含义是传到基础上的力与原振动力的百分比,。如果物体直接固定在基础上，那么振动力就全部传到基础上，此时,F,t,F,。，,l,。所以，只有当,小于,1,时，才有隔振效果。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,F,t,F,。,f,振动力的频率,f,0,隔振系统的固有频率,减震器的阻尼比,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,隔振系数,与频率比,f,f,。及阻尼比,有关，三者的关系可画成图（,c,）所示的曲线。,当,f,f,。,1,时，隔振系数,1,。此时振动力变化缓慢，且几乎等值传递到基础上。,当,f,f,。,l,时，,隔振系数,最大,，,振动力有放大现象，此时系统处于共振状态,；,对于不同的阻尼比,，曲线明显分开，表明阻尼对共振的影响大；，,值随,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振动，减振器选用时应考虑采用大阻尼的减振器。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,隔振系数,与频率比,f,f,。及阻尼比,有关，三者的关系可画成图（,c,）所示的曲线。,当,f,f,。,2,时，隔振系数,l,，振动力等值传递，此时系统无隔振效果。,当,f,f,。,2,时，隔振系数,1,，振动力减值传递，此时系统有隔振效果，,值可按式计算或从图中的曲线查出。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(2),隔振系数,隔振系数,与频率比,f,f,。及阻尼比,有关，三者的关系可画成图（,c,）所示的曲线。,因此，要使隔振系统有效果，必须使,2,在电子设备的隔振设计中一般取频率比,f,f,。为,2,5,4,50,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,。,阻尼的作用在振动传递率曲线上看得很清楚，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；在隔振区，阻尼大反而使传递率增大。,电子设备减震与缓冲,减震和缓冲基本原理,2.,减振原理,(3),被动隔振,如图,(b),所示，此时振动来自基础，其运动用,U=U,。,sin(t,),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,表示其隔振效果，它的含义是被隔离物体的振幅,x0,与基础振幅,U,。之比,(,或