精密電子設備的減振設計與試驗分析獲獎科研報告

精密電子設備的減振設計與試驗分析獲獎科研報告摘

要：在精密電子設備外部或內部元器件上安裝減振器，可以有效隔離振動、沖擊，減少振動對精密電子設備的不利影響。因此，文章結合精密電子設備的減振原理，分析了精密電子設備的減振設計方法，并對精密電子設備的減振設計效果進行了試驗探究。

關鍵詞：精密;電子設備;減振

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前言：

精密電子設備所受機械力形式多樣，其中以振動、沖擊引起的故障危害最大，會導致精密電子設備在某一激振頻率下出現(xiàn)大振幅共振，最終因振動或沖擊加速度產生應力超出設備承受極限強度而破壞?；诖?，針對精密電子設備所受機械力形式，對精密電子設備的減振方案進行設計試驗進行適當分析非常必要。

一、精密電子設備的減振原理

在精密電子設備上安裝減振器主要是通過減振裝置，隔離、或者減少精密電子設備與外界機械振動間的傳遞，進而減少基礎振動對精密電子設備不利影響，促使精密電子設備可以正常運行。這一減振方式是一種被動隔振方式，可以保護精密電子設備不受損壞。

二、精密電子設備的減振設計

1、減振器選型

精密電子設備運行時所受振動、強度、沖擊類型、頻率等性質，確定了減振器隔離作用性質，對于飛機載精密電子設備而言，主要以減振為主要目的，而對于艦用、車用精密電子設備則以緩沖為主要目的。從減振器材質視角進行分析，由于橡膠減振器具有一定溫度范圍，過熱、過冷會發(fā)生軟化、硬化反應，且遇光照、油易老化，在溫度范圍超出-30～70℃、或者油類介質、光照環(huán)境中不宜選擇橡膠減振器;從外形尺寸視角進行分析，減振器安置空間大小由精密電子設備重心位置、外形決定[1]。同時精密電子設備內元器件耐振抗沖擊能力大小與精密電子設備允許承受最大振幅、加速度緊密相關，據此可以確定減振器隔振系數。

2、參數條件設計

精密電子設備減振器主要參數包括額定負荷、剛度、阻尼比等。其中在額定負荷設計時，可以綜合考慮精密電子設備重量、減振器安裝數量、重心位置等因素，選擇額定負載大于額定負荷的減振器;而在精密電子設備減振器剛度設計時，從減振視角進行分析，剛度大小主要由隔振效果決定，即通過對固有頻率進行計算獲得所需隔振效果。隨后可以選擇小于或者等于計算剛度的減振器;在精密電子設備減振器阻尼比設計時，由于阻尼是控制、減少共振振幅的主要模塊，精密電子設備啟動、停止均需經過共振區(qū)，若減振系統(tǒng)阻尼過小會導致振動增加，因此，對于單一頻率的激振環(huán)境，可以選擇阻尼比較小的隔振區(qū)。但對于振源較復雜的激振環(huán)境，可以選擇阻尼比較大的隔振區(qū)。

以航天用光電精密電子設備為例，由于光電系統(tǒng)對環(huán)境振動敏感度較高，但低頻隔振、緩沖效率無法達到最優(yōu)。據此，可以選擇具有良好三向低頻隔振性能、三向抗緩沖性能的橡膠減振器。其主要型號為EA25（或E25），外形尺寸和連接尺寸中L、L1、L2、B、B2、H、H1、M及n-d分別為70mm、54mm、40mm、40mm、40mm、40mm、27mm、M8及2-φ7，重量為0.22kg。Z、X、Y軸額定載荷分別為250N、100N、250N，靜變形為1.0±0.4mm（或0.90±0.3mm），Z、X、Y軸動剛度分別為500N/mm、560N/mm、950N/mm，Z、X、Y軸固有頻率分別為22.0Hz、23.5Hz、30.5Hz[2]。其中軟化剛度特征用鋼絲彈簧、三向剛度、鋼絲干摩擦阻尼減振比為1/2/1，可以實現(xiàn)優(yōu)良的三向減振，而高阻尼型硅橡膠材料的應用，也可以達到1500PSI抗張強度、88LBS抗撕裂性。

三、精密電子設備的減振試驗

精密電子設備試驗主要通過三個階段開展，首先，通過振動響應試驗，獲得精密電子設備共振頻率，根據測量的共振頻率巍峨隔振防沖擊設計提供依據;隨后在規(guī)定的環(huán)境下利用隨機振動方法開展耐久性試驗，從振動級別、持續(xù)時間、振動頻率三個方面入手，驗證減振器安裝后的精密電子設備是否與所需工作環(huán)境條件相符;最后，對精密電子設備減振耐久性試驗后共振頻率進行檢查。若發(fā)現(xiàn)精密電子設備減振設計后共振頻率發(fā)生異常變化，應立即對減振器運行情況進行檢查[3]。

在具體試驗開展過程中，可以將精密電子設備用減振裝置安裝在標準的振動試驗臺上，以不同振動水平窄帶隨機信號作為精密電子設備減振裝置激勵信號（X、Y初始相對于固定支架傳遞比分別為6.98、1.30）。而經過精密電子設備減振裝置輸出加速度信號作為響應信號（X、Y向初始響應信號主振向加速度總均方根值分別為95.00g、18.96g），分別利用兩個加速度傳感器，對激勵信號、響應信號進行測量對比，同時進行X、Y軸頻率幅度響應分析，最終得出驗證性隨機振動試驗測量結果如表1所示：

由表1可得出，在精密電子設備減振器驗證性隨機振動試驗中，X向試驗時精密電子設備上測點I加速度總均方根值從95.00g下降至10.28g，相對于固定支架傳遞比由6.98下降至0.59，在測量位點范圍內出現(xiàn)明顯能量衰減，表明精密電子設備減振裝置在X向具有良好減振作用。同理，減振裝置安裝后，Y向試驗時精密電子設備上測點I加速度總均方根值、相對于固定支架傳遞比均明顯下降，表明其在Y向具有突出減振作用。

四、總結

綜上所述，根據驗證性隨機振動試驗結果可得出，安裝減振裝置后的精密電子設備振動響應顯著下降，從固定支架傳遞至精密電子設備上的振