随机振动,我们可以看到其在失效原因中排在非常靠前的位置。
电子设备在运输使用过程中,会受到各种机械力的干扰,有周期性的振动,也有非周期性干扰,还有做非直线运动时受到的加速度和无规则运动对设备产生的随机振动干扰。这些恶劣的机械环境都可能造成伤害,其中最大的伤害就是振动和冲击。
由于电子设备内部电子元器件的种类和数量都比较多,许多元器件承受的机械环境的能力都较弱,因此机械作用力而引起设备损坏和故障率也很高。故在进行电子设备的结构设计时,因根据使用场合,了解环境条件对设备的影响。采用针对性的措施,以低成本的方式解决伤害问题。
结构抗振设计
1、结构设计时应该提高结构刚性:
a)框架结构应尽量采用三角形稳定结构;
b)避免在大面积的支撑结构上连续开孔
c)竟可能采用焊接、铸造结构,在使用螺栓连接的场合,应具备足够的紧固力并有防松脱措施。
d)设备内部的各个组件的刚度应该与整体保持一致,薄弱环节需要做加固处理。
2、避免共振
a)当振动源的激励频率很低的时候,应增强设备结构的刚性,提高设备及元器件的固有频率和振动源激励频率的比值,使得隔振系数接近于1,以防止发生共振。
隔振系数:
根据激振源的不同,隔振可分为两类。对于本身是振源的设备,为了减少它对周围机器、仪器和建筑物的影响,将它与支承隔离开,以便减小传给支承上的不平衡惯性力,称为积极隔振,又称主动隔振。水泵、发动机、锻锤机械等的隔振就属此类。积极隔振系数ηz表示积极隔振效果;它等于隔振后传到地基上的力除以未隔振时传到支承上去的力。对于振源来自支承振动的情况,为了减少外界振动传到系统中来,把系统安装在一个隔振的台座上,使之与地基隔离,这种措施称为消极隔振,又称被动隔振。车辆的乘座、精密仪器的安装、环境运输的包装、舰艇上导弹发射架的隔振等都属此类。消极隔振系数ηb表示消极隔振效果,它等于隔振后机器设备的振幅除以支承运动的振幅。隔振系数小表示隔振效果好。两类隔振系数的计算公式是相同的。
对于单自由度隔振系统,
式中η为隔振系数;λ=
,ωj为激励频率,ωn为隔振系统固有频率;c为粘性阻尼系数,cc为临界阻尼系数。


隔振系数公式可用图1中的曲线表示。从图上可以看出:
①只有当频率比λ>
时,才有隔振效果,且随着λ增加,隔振效果也逐渐增大,实用中取λ=2.5〜5;

②增大阻尼可以减小机器在起动和停车过程中经过共振区(见线性振动)的振幅,但在时,阻尼的增加反而减小隔振效果;
③常用的隔振器材由于阻尼系数不大,在λ=2.5〜5范围内计算隔振系数时,可按无阻尼情况考虑。
隔振系数公式依据下列假设:机器或设备是刚体,地基是无限大的刚体;隔振器由无质量的线性弹簧和无质量的粘性阻尼器组成。实际情况和假设有出入,故隔振系数的实际公式也同理论公式有出入。近代研究发现隔振器在用于低频激振时很有效,但用在高频时效果不够理想。当激振力频率增大时,隔振系数的曲线中出现了一系列峰值(图2)。主要原因是高频振动在结构中以弹性波形式传播,激起了结构介质的波动效应。为了改善高频时的隔振效果,除采用波动效应小的橡胶弹簧代替金属弹簧外,目前还发展了双质量隔振系统,并已用于舰船等设备中。
更多精彩: 可靠性及电磁兼容实验室 http://www.test114.com.cn