電子設備無論是在工作中還是在運輸中都不可避免地要碰到振動和沖擊,它們可能使電子設備受到危害,小則螺釘、螺母、元器件松脫,大則引起電子設備故障失效,這就需要利用隔振器來減小振動、隔離沖擊,為電子設備提供足夠的保護。這在艦艇尤為重要,在艦艇上許多電機都安裝了橡膠減振器來隔振,大型電機更是安裝在減振浮筏上;裝艦的電子設備基本上都安裝了各種隔振器以防止振動,這樣當武器發(fā)射或遭受攻擊時,才能保持
電子設備有足夠的生命力和戰(zhàn)斗力。
1. 隔振設計
在隔振設計前,首先要充分分析電子設備的工作環(huán)境及可能受到的損害,根據(jù)實際情況選擇合適的隔振器,然后再設計合理的布局以達到最優(yōu)的效果。
2. 振動和沖擊的危害
振動和沖擊可能給電子設備帶來的危害主要有以下五種。
① 機械結(jié)構(gòu)受到損傷;螺釘螺母松開甚至脫落,造成短路和破壞;錫焊或熔焊處斷開;脆性材料斷裂。
② 無固定裝置或不自鎖的器件會脫落。例如一種RL6/63 陶瓷保險絲就因為螺紋不自鎖非常容易在振動下脫落。
③ 容易引起彈性元件變形,使接觸元件(電位器、波段開關、插頭插座、交流接觸器等)產(chǎn)生接觸不良或斷路。
④ 指示燈忽亮忽暗、儀表指針不斷抖動,致使觀察人員讀數(shù)不準及視力疲勞。
⑤ 當零件固有頻率和激振頻率相同時,會發(fā)生共振現(xiàn)象,會造成設備嚴重損害。
3. 隔振設計的原則
為了防止振動和沖擊對電子設備的損害,設計出一個良好的隔振系統(tǒng),已經(jīng)成為電子設備設
計中的一個重要環(huán)節(jié)。首先要設計有足夠剛度和強度的機械結(jié)構(gòu)以保護電子設備。如在艦艇上,機械結(jié)構(gòu)首先就要滿足在0~2000Hz 下功率譜密度為0.02~0.04g2/Hz 的隨機篩選、并保證例行試驗及裝備后不發(fā)生變形和破壞的情況。其次就是要根據(jù)要求,計算和設計一個合適的隔振系統(tǒng)。隔振設計的主要任務是設計或選擇適當?shù)母粽衿鳌,F(xiàn)用圖1 來說明安裝了隔振器后對系統(tǒng)的影響,圖中1、2、3 三根曲線分別表示環(huán)境振動加速度的極限值、未加隔振器時設備可承受的振動加速度的極限值及加了隔振器后設備所受到的振動加速度極限值三者與頻率的關系曲線。由圖1 可見,設備未隔振時,當激振頻率大于f2 時,設備將破壞;而設備隔振后,曲線3 雖然在f1 處出現(xiàn)共振,但仍未超過曲線2,并且可以采取一些措施,使設備脫離共振區(qū)域,從而使設備得到保護。隔振設計的步驟是先選擇適當參數(shù)的隔振器。假設被隔離的電子設備在預定的考核頻率范圍內(nèi)為一剛體,然后根據(jù)其有關的力學參數(shù)計算出各個自由度獨立的或者耦合的固有頻率、再計算在所關心的頻率范圍內(nèi)系統(tǒng)的傳遞率、振幅等參數(shù),最后校核結(jié)果能否滿足要求。若不滿足應重新選擇隔振器或其安裝位置,重復上述計算,直到滿足要求為止。
4. 隔振器的選擇
隔離振動所用的材料一般有軟木、毛氈、泡沫乳膠、橡膠、金屬彈簧和空氣彈簧等。相應地
也形成了海綿隔振墊、橡膠隔振器、金屬彈簧隔振器、空氣彈簧隔振器等??諝鈴椈筛粽衿鞴逃蓄l率接近1Hz,是一種比較理想的高效能隔振器,但輔助系統(tǒng)太復雜,僅用在有特殊要求的精密儀器上。目前在電子設備中廣泛使用的是橡膠隔振器和金屬隔振器。橡膠隔振器是以金屬作為支撐骨架,并與橡膠在壓模內(nèi)硫化而成的。它具有較大阻尼(對高頻振動的能量吸收有特效)、造價低、且制造比較簡單方便,所以應用比較廣泛,在早期的艦艇上
應用非常普遍。但橡膠本身的性質(zhì)受溫度、光照、油性環(huán)境等影響比較大,容易老化,現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被金屬隔振器所取代。采用三維庫侖阻尼和粘性復合阻尼的新型橡膠隔振器改變了結(jié)構(gòu),能在低頻有效地抑制共振,當振動頻率高于12-15Hz時具有良好的隔離效果,對沖擊衰減也很明顯,已經(jīng)在聲吶、雷達、車載電臺上廣泛采用,但由于要給橡膠件以變形空間,所以尺寸較大。
金屬隔振器對環(huán)境條件反應不敏感,不易老化、性能穩(wěn)定,設計和計算比橡膠的容易,但它
的阻尼過小,容易傳遞高頻振動,在經(jīng)過共振區(qū)時,設備會產(chǎn)生過大的振幅,有時需要另加阻尼器或在隔振器中附加零件作為摩擦元件形成阻尼。電子設備中經(jīng)常采用的全金屬鋼絲繩隔振器,它是利用多股鋼絲繩之間相對滑移而產(chǎn)生的非線性干摩擦滯后,來大量吸收和耗散系統(tǒng)運動能量,以改善系統(tǒng)運行的動態(tài)平穩(wěn)性,保護設備安全工作的。這種隔振器尺寸較小,在比較狹小的場合內(nèi)比較合適,例如航空、航天領域的電子設備中,在艦艇上也大量應用。在電子設備中另一種常用的金屬隔振器是無諧振峰隔振器, 它采用剛度擬合技術和干摩擦阻尼技術來實現(xiàn)低固有頻率、無共振放大、并可兼顧緩沖的結(jié)構(gòu)設計,調(diào)節(jié)螺旋簧可以調(diào)節(jié)隔振器的載荷,調(diào)節(jié)阻尼簧可以調(diào)節(jié)阻尼特性,因而可實現(xiàn)在三個座標軸方向全頻帶(例如0~5000Hz)內(nèi)無諧振峰。
5. 隔振器的合理布置
隔振器安裝在設備上的位置有多種形式,為了使系統(tǒng)能穩(wěn)定的工作,力求六個自由度之間的振動不要耦合,并希望六個固有頻率能相互接近。
1) 重心安裝系統(tǒng)。該安裝法是將隔振器安裝在設備重心的平面內(nèi)。如果能合理地選擇隔振器的彈簧剛度和配置位置,可以達到六個自由度的振動彼此間均去耦,而且有可能做到六個固有頻率接近相等,是最理想的配置方法。
2) 底部安裝系統(tǒng)。這是最自然、最便利的方法。但它也有點,因為在Z 軸方向設備重心和隔振器中心有一段距離h,使設備沿X 軸的移動和繞Y 軸的轉(zhuǎn)動兩者耦合;沿Y 軸的移動和繞X 軸的轉(zhuǎn)動兩者耦合。這種方式常用在高寬比很小的情況下這種側(cè)裝穩(wěn)定元件(通常也裝隔振器)的穩(wěn)定性比較好,為大型電子機柜的常用安裝方式。通常電子設備底部裝四個隔振器來取得好的隔振效果。
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