第四章--電子設(shè)備減振緩沖.ppt

1、2004年12月18日,電子產(chǎn)品（設(shè)備） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝,電子設(shè)備的減振與緩沖,2004年12月18日,電子設(shè)備的減振與緩沖,第四章 電子設(shè)備的減振與緩沖 4.1 振動(dòng)與沖擊的危害 4.2 減振緩沖的基本原理 4.3 常用減振器的選用 4.4 電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施,2004年12月18日,電子設(shè)備的減振與緩沖,第四章 電子設(shè)備的減振與緩沖 4.1 振動(dòng)與沖擊的危害 一、機(jī)械力的作用 1、周期性振動(dòng) 振幅、頻率 2、沖擊和碰撞 波形、峰值加速度、持續(xù)時(shí)間、次數(shù) 3、離心加速度 4、隨機(jī)振動(dòng),2004年12月18日,二 振動(dòng)與沖擊的危害 1、元器件或材料機(jī)械破壞：疲勞損壞、強(qiáng)度破壞 ；

2、2、結(jié)構(gòu)變形或松動(dòng)； 3、電氣參數(shù)變化； 4、接觸不良等。,電子設(shè)備的減振與緩沖,2004年12月18日,具體表現(xiàn)在： 1接插裝置會(huì)從插座中跳出來，并碰撞其他元器件而造成破壞。 2電真空器件的電極變形、短路、折斷；或者由于各電極作過多的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生噪聲，不能正常工作。 3振動(dòng)引起彈性元件產(chǎn)生變形，使具有觸點(diǎn)的元件（電位器、波段開關(guān)、插頭座等）產(chǎn)生接觸不良或開路。 4指示燈忽亮忽暗，儀表指針不斷抖動(dòng)（或指針脫落），使觀察人員讀數(shù)不準(zhǔn)，視覺疲勞。 5當(dāng)零部件的固有頻率和激振頻率相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。,電子設(shè)備的減振與緩沖,2004年12月18日,6安裝導(dǎo)線變形及位移，使其相對(duì)位置改變，引起電感

3、量和分布電容發(fā)生變化，從而使電感電容的耦合發(fā)生變化。 7機(jī)殼和基礎(chǔ)變形，脆性材料（如玻璃、陶瓷、膠木、聚苯乙烯）斷裂。 8防潮和密封措施受到破壞。 9錫焊和熔焊處斷開，焊錫屑掉落在電路中間而造成短路故障。 10螺釘、螺母松開甚至脫落，并撞擊其它零部件，造成短路和破壞。有些用來調(diào)整電氣特性的螺絲受振后會(huì)產(chǎn)生偏移 。,電子設(shè)備的減振與緩沖,2004年12月18日,減振緩沖的基本原理,4.2 減振緩沖的基本原理 一、減振的基本原理 1.振動(dòng)系統(tǒng)的組成 振動(dòng)物體m和彈性物體k，又稱為m-k系統(tǒng) 固有頻率：0= k/m 1/S f = k/m /2 HZ,2004年12月18日,減振緩沖的基本原理,2.

4、隔振原理(減振原理) 隔振就是通過在設(shè)備或器件上安裝減振裝置，隔離或減少它們與外界間的機(jī)械振動(dòng)傳遞,2004年12月18日, 主動(dòng)隔振 主動(dòng)隔振: 隔振對(duì)象是振源 在振動(dòng)物體與安裝基礎(chǔ)之間安裝隔振器，減少機(jī)器振動(dòng)力向基礎(chǔ)的傳遞量。,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,（2）被動(dòng)隔振 被動(dòng)隔振: 隔振對(duì)象是設(shè)備 在儀器設(shè)備與基礎(chǔ)之間安裝隔振器，以減少基礎(chǔ)的振動(dòng)對(duì)儀器設(shè)備的影響,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,（3） 隔振系數(shù) 主動(dòng)隔振： 傳到基礎(chǔ)上的力與原振力之比 被動(dòng)隔振：xO/ UO 被隔離的物體振幅與基礎(chǔ)振幅之比,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,2（ffo）

5、（ffo）2（ffo） 隔振系數(shù)曲線： 隔振系數(shù)與頻率比（ffo）及阻尼比關(guān)系曲線,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,減振緩沖的基本原理,當(dāng)ffo 1時(shí),當(dāng) ffo =1時(shí),當(dāng)ffo =2,=1,2004年12月18日,當(dāng)ffo 1時(shí)，隔振系數(shù)=1； 當(dāng) ffo =1時(shí)， 隔振系數(shù)為最大，振動(dòng)力被放大，此時(shí)系統(tǒng)處于共振狀態(tài)； 當(dāng)ffo =2時(shí)，隔振系數(shù)=1，振動(dòng)力等值傳遞，此時(shí)系統(tǒng)無隔振效果； 當(dāng)ffo2時(shí)，隔振系數(shù)1，振動(dòng)力減值傳遞，此時(shí)系統(tǒng)有隔振效果。 隔振必要條件，頻率比ffo2,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,在電子設(shè)備的減振設(shè)計(jì)中一般取頻率比ffo為2.54.5

6、，也就是說要獲得滿意的隔振效果，應(yīng)該使隔振支承系統(tǒng)的固有頻率為振動(dòng)力頻率的1/2.51/4.5。 ffo=2.54.5,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,剛度k隔振器的剛度越大，隔振效果越差，反之隔振效果越好。 質(zhì)量m被隔離物體的質(zhì)量m使支承系統(tǒng)保持相對(duì)靜止，物體質(zhì)量越大，在確定振動(dòng)力的作用下物體振動(dòng)越小。 阻尼比,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,阻尼的作用： 在放大（共振）區(qū)內(nèi)，阻尼可以抑制傳遞的幅值，在共振區(qū)減小共振峰值，抑制共振振幅，使物體的振幅不至于過大；在隔振區(qū)，阻尼反而使傳遞增大 ，隨著的增大，也變大，隔振效果變差。,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日

7、,共振區(qū)要考慮增大阻尼： 對(duì)于不同的阻尼比，曲線明顯分開，表明阻尼對(duì)共振的影響大，值隨增大而減小，所以，對(duì)于啟、停頻繁的設(shè)備，為防止設(shè)備在啟動(dòng)或停機(jī)過程中經(jīng)過共振區(qū)域時(shí)產(chǎn)生過大的共振，減振器選用時(shí)應(yīng)考慮阻尼大一些的。,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,二、 隔沖的基本原理 沖擊是一種急劇的瞬間作用 分為主動(dòng)隔沖與被動(dòng)隔沖,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,隔沖的基本原理： 在支撐基座與電子設(shè)備之間裝一減振器進(jìn)行沖擊隔離，當(dāng)外界沖擊力作用在支撐基座上時(shí)，由于減振器中的彈性元件和阻尼元件產(chǎn)生變形，吸收能量并延長(zhǎng)沖擊力作用的接觸時(shí)間，使傳遞給設(shè)備的沖擊力減小了很多，達(dá)到緩沖的目的

8、。 沖擊減振器實(shí)際上是一個(gè)儲(chǔ)能裝置。,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,減振器的剛度越小，阻尼越大，則沖擊力的作用接觸時(shí)間愈長(zhǎng)，減振器的變形愈大，設(shè)備受到的沖擊力也就愈小，緩沖的效果愈好。 剛度很小的彈性體在吸收沖擊能量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的位移，而電子設(shè)備的安裝條件是否允許。 阻尼的存在會(huì)使系統(tǒng)在變形時(shí)消耗能量，因此，在緩沖設(shè)計(jì)中增大減振器的阻尼，對(duì)有效地控制沖擊十分有利。,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,常用減振器的選用,43常用減振器的選用 減振器的類型 橡膠-金屬減振器、金屬?gòu)椈蓽p振器 1.橡膠-金屬減振器 優(yōu)點(diǎn)：阻尼比較高(0.020.13)，不能長(zhǎng)時(shí)間承受較大的變

9、形，能承受沖擊作用，隔沖性能好； 缺點(diǎn)： 怕高溫、油污、酸、光照等,2004年12月18日,常用減振器的選用,2004年12月18日,2.金屬?gòu)椈蓽p振器 金屬?gòu)椈蓽p振器用彈簧鋼板或鋼絲繞制而成。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)環(huán)境條件反應(yīng)不敏感，耐高溫、高寒、油污等；工作性能穩(wěn)定，不易老化；剛度變化范圍寬，可以制作很軟，也可很硬 缺點(diǎn)：阻尼比很?。?.005），共振時(shí)很危險(xiǎn)。因此必要時(shí)還應(yīng)另加阻尼器。,常用減振器的選用,2004年12月18日,3. 阻尼材料 利用阻尼材料的粘彈性將機(jī)械能動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而起到減振、降噪的作用。 常用的阻尼隔振材料有兩種形式： 自由阻尼結(jié)構(gòu) 將阻尼材料覆蓋（粘貼或噴涂）在需要減振的結(jié)

10、構(gòu)物表面，當(dāng)結(jié)構(gòu)件發(fā)生變形時(shí)，阻尼材料能將機(jī)械振動(dòng)或聲振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟摹?被覆蓋的結(jié)構(gòu)物稱為基層，阻尼層可以是單面或雙面。,常用減振器的選用,2004年12月18日,約束阻尼結(jié)構(gòu) 在自由阻尼層面上再覆蓋一層材料，就構(gòu)成約束阻尼結(jié)構(gòu)，而這一覆蓋層稱為約束層。 根據(jù)需要也可作成多層，基層與約束層統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)層，它為阻尼結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)度，阻尼層則吸收能量。,常用減振器的選用,2004年12月18日,0 f1 f2 f,a,設(shè)備強(qiáng)度極限,振動(dòng)環(huán)境,振動(dòng)環(huán)境、設(shè)備強(qiáng)度與頻率關(guān)系曲線,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,減振緩沖設(shè)計(jì)步驟： 1、確定已知條件 設(shè)備使用場(chǎng)合、使用環(huán)境，機(jī)械力的形式及強(qiáng)度；

11、 設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸、重量等； 設(shè)備及內(nèi)部元器件的耐振沖能力。 2、設(shè)計(jì)計(jì)算 隔振系數(shù)：max設(shè)備強(qiáng)度極限/振動(dòng)環(huán)境峰值強(qiáng)度 確定減振系統(tǒng)的固有頻率：頻率比ffo fo 減振系統(tǒng)的剛度： f = k/m /2 K 每個(gè)減振器的承載 每個(gè)減振器的剛度 3、選擇減振器,2004年12月18日,max設(shè)備強(qiáng)度極限(3g)/振動(dòng)環(huán)境峰值強(qiáng)度(10g)=0.3,取 =0.05,頻率比ffo =2.+ (2.06),2004年12月18日,減振緩沖設(shè)計(jì)步驟： 1、確定已知條件 設(shè)備使用場(chǎng)合、使用環(huán)境，機(jī)械力的形式及強(qiáng)度； 設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸、重量等； 設(shè)備及內(nèi)部元器件的耐振沖能力。 2、設(shè)計(jì)計(jì)算 隔振系數(shù)：max

12、設(shè)備強(qiáng)度極限/振動(dòng)環(huán)境峰值強(qiáng)度 確定減振系統(tǒng)的固有頻率：頻率比ffo fo 減振系統(tǒng)的剛度： f = k/m /2 K 每個(gè)減振器的承載 每個(gè)減振器的剛度 3、選擇減振器,2004年12月18日,二 減振器的選用原則 選用減振器時(shí)主要應(yīng)考慮以下問題 1. 使用條件 振源性質(zhì)、環(huán)境溫度、外形尺寸和元器件耐振抗沖擊能力 2. 參數(shù)條件 阻尼比、剛度（或頻率）、額定負(fù)荷。,常用減振器的選用,2004年12月18日,阻尼比： 減振時(shí)阻尼應(yīng)小些，為防止共振適當(dāng)加大； 緩沖時(shí)選較大阻尼。 剛度（或頻率）： 減振器的剛度要等于或小于計(jì)算剛度 。 額定負(fù)荷： 減振器額定負(fù)荷應(yīng)大于實(shí)際承載 。,常用減振器的選用

13、,2004年12月18日,三 減振器的合理布置 1. 應(yīng)使各減振元件受力均勻，靜壓縮量基本一致； 2. 將減振器安裝在設(shè)備底部四角較為方便，但為了提 高穩(wěn)定性，減振器的安裝平面應(yīng)盡可能提高，最好是 在設(shè)備重心所在的平面； 3. 同一設(shè)備的減振器最好選用同一型號(hào)的產(chǎn)品。,常用減振器的選用,2004年12月18日,電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施,44電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施 一、 電子設(shè)備的總體布局 重量均布， 重心靠近幾何中心, 降低重心,2004年12月18日,二 元器件的布置和安裝 1.導(dǎo)線和電纜 用線夾分段固定 ； 采用軟導(dǎo)線比單股硬導(dǎo)線好； 單股導(dǎo)線不要繃緊，同時(shí)套絕緣套；,電子設(shè)備減振緩

14、沖的結(jié)構(gòu)措施,2004年12月18日,2.繼電器 在用一個(gè)繼電器的地方，使用兩個(gè)固有頻率不同的繼電器。 舌簧型繼電器，應(yīng)該使觸點(diǎn)的動(dòng)作方向和銜鐵的吸合方向盡量不要同振動(dòng)方向。,電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施,2004年12月18日,3.晶體管 用螺釘固定在底座或散熱器上； 采用壓緊裝置（如各種壓緊彈簧、帽蓋和帽罩等）安裝在管座上，并壓上護(hù)圈、護(hù)圈用螺栓固定在底板上； 焊在印制板上，管腳引線不能長(zhǎng)，并加套管或用膠接固定。,電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施,2004年12月18日,4.變壓器 應(yīng)盡量安裝在設(shè)備的底層，其位置不宜偏離設(shè)備形心太遠(yuǎn)，為了提高變壓器的安裝牢固性，應(yīng)采用剛性較好的支架，并利用變壓器鐵

15、心的空心螺栓將支架和鐵心牢固地固定在底座上，其螺栓應(yīng)有防松裝置。,電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施,2004年12月18日,5.電容器和電阻器 一般采用剪短引線；或用（硅橡）膠封裝固定； 對(duì)較大的電容器和電阻器，用螺釘或螺栓、專門支架固定在底座上。,電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施,2004年12月18日,6.印制電路板 （1）增加PCB剛度（厚度或附加加強(qiáng)筋）； （2）用橡膠減振器作為附加的結(jié)構(gòu)支撐，增加支承點(diǎn)； （3）增加PCB邊緣與支承界面間的接觸壓力，加壓緊裝置； （4）加阻尼材料； （5）將PCB進(jìn)行封裝，使印制板、元件、各插接件成為一個(gè)整體。,電子設(shè)備減振緩沖的結(jié)構(gòu)措施,2004年12月18日,7.機(jī)架和底座 應(yīng)進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算，提高機(jī)架和底座的剛度，以便最終提供一個(gè)最佳的撓度；