電子設備的隔振技術及減振器選型

1、電子設備的隔振技術及減振器選型1、概述電子設備受到的機械力的形式有多種,其中危害最大的是振動和沖擊,它們引起的故障約占80%.它們造成的破壞主要有兩種形式,其一是強度破壞：設備在某一激振頻率下產生振幅很大的共振,最終振動加速度所引起的應力超過設備所能承受的極限強度而破壞；或者由于沖擊所產生的沖擊應力超過設備的極限強度而破壞.其二是疲勞破壞：振動或沖擊引起的應力雖遠低于材料的強度,但由于長時間振動或屢次沖擊而產生的應力超過其疲勞極限,使材料發(fā)生疲勞損壞.系統(tǒng)的振動特性受三個參數的影響,即質量、剛度和阻尼.對于電子設備的振動和沖擊隔離來說,隔振系統(tǒng)的質量一般是指電子設備的質量,而剛度和阻尼那么由設

2、備的支撐裝置提供.在機械環(huán)境的作用下,尤其是在艦船、坦克、越野車輛、飛機等運載工具中,設備及其內部的電子器件、機械結構等都難以承受振動沖擊的干擾.表1各種運載工具振動、沖擊和離心加速度參數單位：g9.8m/s2火車汽車坦克一飛機航船導彈火箭飛船炸彈*炸處1m范圍低速杳瑰外擊機漕艇水面艦艇|振動加速度極值L255.65.620|1一156I頻率/Hz2-802-1005-3005-5005-100057000580沖擊加速度極值25-30502001520,特殊時3007-200水下事炸時,io6o)7To(同時發(fā)期時量大,水下鼻妹電1000)8-20集時震*蟀時達5Q)啟動時ioa*發(fā)推進時為

3、10001000持續(xù)時間6117.11-256111,35-1000.12離心加速度1111rJ102h為了減少或預防振動與沖擊對電子設備的影響,通常采取兩種舉措：a通過材料選用和合理的結構設計,增強設備及元器件的耐振動耐沖擊水平；b在設備或元器件上安裝減振器,通過隔離振動與沖擊,有效地減少振動與沖擊對電子設備的影響.2、隔振技術2.1隔振隔振就是通過在設備或器件上安裝減振裝置,隔離或減少它們與外界間的機械振動傳遞.在電子設備與根底之間安裝彈性支承即減振器,以減少根底的振動對電子設備的影響程度,使電子設備能正常工作或不受損壞；這種對電子設備采取隔離的舉措,稱為被動隔振.一般情況下,儀器及精密設

4、備的隔振都是被動隔振.被動隔振系數：振動來自根底,其運動用U=UoSin31表示,也是周期振動.被動隔振也可用隔振系數刀表示其隔振效果,它的含義是被隔離的物體振幅與根底振幅之比或是振動速度幅值、加速度幅值的比值,可用下式計算：T=Xo/Uo=1+41f/fo/口f/fo22+42f/fo21式中Xo物體的垂向振幅m;Uo根底的垂向振幅m.式中f振動力的頻率Hz;fo隔振系統(tǒng)的固有頻率Hz；k隔振器的剛度N/m;m物體的質量kg;g重力加速度9.8m/s2;己一一減振器的阻尼比橡膠減振器的阻尼比為0.020.15.從的表達式可以看出,隔振系數與頻率比f/fo及阻尼比W有關.當f/fo行時,隔振系

5、數刀1,振動力減值傳遞,此時系統(tǒng)有隔振效果.因此,要使隔振系統(tǒng)有效果,必須使“v,2o在電子設備的減振設計中一般取頻率比f/fo為2.54.5,也就是說要獲得滿意的隔振效果,應該使隔振支承系統(tǒng)的固有頻率為振動力頻率的1/2.51/4.5.阻尼在共振區(qū)內,阻尼可以抑制傳遞率的幅值,使物體的振幅不至于過大；在非共振區(qū),阻尼反而使傳遞率增大.因此,隔振應強調以下幾點：當f/fo=1時,發(fā)生共振,應力求預防；不管阻尼大小,只有f/fo衣,才有隔振效果；一般情況下,建議把頻率比f/fo取為2.54.5.隔振系統(tǒng)中限制振動及其傳遞主要有三個根本因素：隔振器的剛度k、被隔離物體質量m及系統(tǒng)支承即隔振器的阻尼

6、比己.它們各自的影響簡述如下：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.由于：fo=k/m0.5/2兀2k越大,f越大,f/fo越小,就越大在隔振區(qū)隔振效果差；k越小,fo越小,f/fo越大,就越小在隔振區(qū)隔振效果好.因此,就隔振而言,剛度k應盡可能小；必須指出的是,過小的剛度k可能無法承受質量m,就像一個重物將一根彈簧壓扁了,無法起到隔振作用,對于一個設計正確的隔振系統(tǒng),支承的剛度計算既要考慮隔振效果的實現,同時還要兼顧其承載水平.質量m被隔離物體的質量m使支承系統(tǒng)保持相對靜止,物體質量越大,在確定振動力的作用下物體振動越小.同樣從式2看出,m越大,那么f.越小,在隔振區(qū)就越小

7、,隔振效果好.增大質量還包括增大隔振底座的面積,以增大物體的慣性矩,可減小物體的搖晃,但質量往往是確定的,增加是有限的.阻尼比5隔振系統(tǒng)的支承阻尼有以下的作用：在共振區(qū)減小共振峰值,抑制共振振幅；但是,在隔振區(qū),隨著己的增大,刀也變大,隔振效果變差.因此阻尼的作用有利也有弊,設計時應特別注意.2.2 隔沖沖擊是一種急劇的瞬間作用.例如飛機的起飛和著陸,火車、汽車的啟動與停車,物體的起吊與跌落等都能產生較大的沖擊.在沖擊發(fā)生時,雖然時間相當短,但作用十分強烈.沖擊作用下,電子設備的零部件的沖擊應力超過其最大允許值時將導致設備損壞,有時也會因屢次沖擊作用形成疲勞積累,使設備發(fā)生疲勞破壞.因此,對沖

8、擊的作用也必須進行隔離.由能量定理可知：當外來沖擊能量一定時,假設沖擊力作用的時間愈長那么設備所受的沖擊力愈力小,沖擊加速度也愈小.因此假設能延長沖擊力作用的接觸時間,就可減輕電子設備所受沖擊作用的影響.電子設備大都屬于被動隔沖,在支撐基座與電子設備之間裝一減振器進行沖擊隔離,當外界沖擊力作用在支撐基座上時,由于減振器中的彈性元件和阻尼元件產生變形,吸收能量并延長沖擊力作用的接觸時間,使傳遞給設備的沖擊力減小了很多,到達緩沖的目的.減振器的剛度越小,阻尼越大,那么沖擊力的作用接角時間愈長,減振器的變形愈大,設備受到的沖擊力也就愈小,緩沖的效果愈好.2.3 機柜背部隔振器設計思路當設備機柜的高度

9、較高時一般在1.2米以上,就要考慮在機桓背部上方加裝背部隔振器來減小設備機柜的搖晃背部隔振器的垂向剛度應趨于零,如無法滿足時,應不高于底部隔振器垂向剛度的0.1倍.3減振器選用原那么(1)使用條件振源性質：電子設備使用時所承受到的振動、沖擊類型、強度、頻率等,從而決定了以隔振為主還是緩沖為主；一般情況下艦用、車用設備以緩沖為主,飛機載設備以減振為主.原環(huán)境條件：因橡膠減振器有一定的使用溫度范圍,過冷會硬化,過熱那么軟化,大多數橡膠減振器遇油及光照易老化,當溫度范圍超出080c或存在油類介質或光照條件下不宜使用橡膠減振器.外形尺寸：了解設備的外形、重心位置特別是可以供安置減振器的空間大小,將為選

10、用減振器的類型、數量提供尺寸依據.耐振抗沖水平：設備內的元器件的耐振抗沖水平的強弱,決定了設備允許承受的最大振幅和加速度,也就決定了整個隔振緩沖系統(tǒng)的隔振系數的大小,是選用減振器的主要依據.(2)參數條件減振器的主要參數包括阻尼比、剛度(或頻率)、額定負荷等.阻尼比5:從減振原理分析看出,阻尼的作用是限制和減少共振振幅,由于設備起動與停止要都要經過(丫=1)共振區(qū),盡管時間很短,但系統(tǒng)阻尼過小時也會產生較大振動.雖然在隔振區(qū)阻尼比越小隔振效果越好,但這僅對激振頻率為單一頻率才適合.當振源較復雜,有多種頻率時,必須從多方面預防共振,阻尼比夜鶯適中選大一些.從緩沖的角度講,選用較大的阻尼比也是有利

11、的,綜合考慮,減振緩沖系統(tǒng)以選用較大的阻尼比為宜.剛度k:剛度是減振器的最主要參數,就減振而言,剛度的大小可由隔振效果要求,通過計算出固有頻率而求得,選用的減振器的剛度只要等于或小于計算剛度,就能保證隔振效果的實現；額定負荷W:各種類型的減振器的額定負荷都不同,所選減振器的負荷大小主要根據設備重量、重心位置、減振器安裝數量來決定,要求所選減振器額定負荷應大于實際承載.4、常用減震器選型減振器的作用是隔離或減小振動及沖擊對設備及元件的影響,通過其材料、結構的特點,吸收振動、沖擊的能量并緩慢地釋放,到達減振緩沖的目的.4.1橡膠型減振器橡膠減震器的特點是在于他的外形能按需要設計、剛度可調、提供比彈

12、簧更大的阻尼比、抗剪、抗拉、抗壓、安裝更簡單.他的缺點在于固有頻率較高,使用壽命較短,使用環(huán)境受限多,一般使用環(huán)境溫度應限制在-30-70攝氏度之間,一些有化學腐蝕環(huán)境應選擇適宜材質的橡膠減震器才能使用.(1)常用E、EA型減振器技術參數:E型保護式隔版器EA翌保護式隔版測型號LL1L2外形尺寸和連接尺寸mmBB1B2HH1Mn-d電及KgE1070544035354027M8270.1&E1570544040404027M82呻70.22E2570544040404027MS2-cp70.22EA2570544048404027M82470.22E4085684855554632M102曲0

13、.42EA4085684663554632M102g0.42E60100805665655035M122-(p90.72EA60100805673655035M122(p90.72E851201007670706042M142Pli1.14EA851201007680706042M142y111.14E1201401128085856046M162P131.60EA12014011280101856046M162p131.60E16014511581108906042M182呷131.95EA16014511581108906042M182句31.95E22015012086118110604

14、2M222P152.37EA220150120861181106042M222句52.37E30015512588125105606547M222P152.90EA30015512588125105606547M222句52.90E4001751409613011065f65471M272173.40EA40017514096130J110656547M272p3.40型號額定效的NZXY靜變形mm動剛度即mmZXY固有頻率HzZXY町尼比C/CcE10100501000.610.333035050028.529535.0E151501001500.710.345043066027.02703

15、3.0E252501002500.910.375069088027.026029.5EA252501002501.010.450056095022.023.530.5E404001504000.710.31300740110028.521526.00.08-0.12EA40400150400120.4870800100023.022525.0E606002506000.710.31600900140025.519.524.0EA606002506001210.41500900190025.019.5280E858503508500.610.320001000190024.017.023.5EA

16、B5850350S501M.418501000210023017025.0日20120050011000&03350D1100210033C15,&210EA15012005001100150.4153080017M18013.01&.0E16.16007001500C60.35500140026002SC14521.0EA160160070015001M.440001150245025013519.5E22022008001900060.3?0001500350028013020.0EA220220080.19001.10.445001400280022512.5180E3O03000SOO

17、210006cb0.3110002260550030013521.5EAMO30009002100110.456001500335021511.016.5E400400010002600070.31300.2400620020512.020.0EA4004M01M02600140.465001700500020C1051T.B圖1EEA型減振器技術參數(2)DD型橡膠減振器技術參數:型號0HdM1橡膠硬麥45IRHD橡膠硬度橡枝硬度適當壓縮60IRHD70IRHD(daNArrri)(daN/rrirn)(daNTmrn)量(mm)1008UD10108M4M4M0407310.31.6252

18、0口口132520MGMG*1810.316,825.0402520DD202520MSM8-2010.31B.825.04一02522口口2025?M8MH*?O1562Q6442525DD182525M66111.415.75.02525002025MHMfTPO61114157502530DD182530MOM6T18448511.10.02530DD202530MSM82044S511.1603015DD203015MfiU8,2020930.353.03.03020DD203020MGM3*2013.122.433.1403025DD203025MQMBT208314319.5503

19、030DD203030MSM3*206011.215.0003040UD203040M8M臚040781038.-1020DD234.20M8M8*232S.3赦金68.1dQ4020LIU254020M10MW252b349.468.140如25口口25d025M10M10*2518.634847.G5.1028DD254028M10M1O*2515.027.938.35.6403flhD234.30MH昕?3131?4fi3426.403.0口254030M10MIO-2513.124.634.26.040350D234035MHMRT?3WO1fl4?04035DD25A035M10M1

20、0*2510.010.425.87.04040DD23404.MSM3123S315.3211304040DD254040M10M1O*258315.321.18.04.45口D25.45M10M10V58315.3211905020DD255020M10M10*255B010931507405025DD255025M1QM10*2540575.55505U3ULID255030M1UM1T252805167125.4.口D255040M1QM10*2514.32fi,937.1SO5045M10M102511321.09.0圖2DD型橡膠減振器技術參數4.2 金屬彈簧減振器金屬彈簧減振器用彈

21、簧鋼板或鋼絲繞制面成.常見的有圓柱形彈簧、圓錐形彈簧及板簧等.這種減振器的優(yōu)點是：對環(huán)境條件反響不敏感,適用于惡劣環(huán)境,如高溫、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.其缺點是阻尼比很小EW0.005,共振時很危險.因此必要時還應另加阻尼器.這種減振器的固有頻率較高,通常用于載荷大、外激頻率較高及有沖擊的情況.水平剛度低,易晃動,不易于精密設備的隔振.4.3 阻尼隔振材料4.3.1 自由阻尼結構將阻尼材料覆蓋粘貼或噴涂在需要減振的結構物外表,當結構件發(fā)生變形時,阻尼材料能將機械振動或聲振動轉變?yōu)闊崮芟?由于覆蓋在結構物上的阻尼材料層面無約束,故稱為自由阻

22、尼層或自由阻尼結構.被覆蓋的結構物稱為基層,阻尼層可以是單面或雙面.4.3.2 約束阻尼結構在自由阻尼層面上再覆蓋一層材料,就構成約束阻尼結構,而這一覆蓋層稱為約束層.根據需要也可作成多層,基層與約束層統(tǒng)稱為結構層,它為阻尼結構提供強度,阻尼層那么吸收能量.4.3.3 其它阻尼隔振材料近年來隔振墊已被應用于產品的減振緩沖.隔振墊是由具有彈性的材料制成的一種沒有確定形狀尺寸的軟墊,如專用橡膠隔振墊,這種隔振墊具有特久的高彈性,隔振、緩沖性能良好；為滿足不同要求其尺寸和形狀自由選擇；具有一定的阻尼性能,可吸收機械能特別是對高頻振動能量的吸收效果好；橡膠同金屬外表能實現牢固粘接,易于安裝與制造；與其

23、它減振器比,具有價格低廉等優(yōu)點,目前被動廣泛用于產品的隔振緩沖.在設計機箱及零部件時,盡量選用高阻尼結構材料,如鋁、鋁鎂合金,而鋼和銅的阻尼比小于鋁,不應作為首選材料.也可以考慮選擇高阻尼的結構型式,各種結構型式的阻尼比依次為：鑄造、鐘接、螺接、焊接、整體金屬.1ZT型阻尼彈簧減振器上海青浦振新減振器廠ZT型阻尼彈簧減振器又稱預應力彈簧減振器具有鋼彈簧減振器的低頻率和阻尼大的雙重優(yōu)點,消除鋼彈簧固有的共振振幅現象.該系列產品共29種規(guī)格,其中單只荷載15kg-4800kg各類荷載所應對的固有頻率1.6Hz-4.9Hz,阻尼比0.065.該系列減振器荷載范圍廣,便于用戶選擇,固有頻率低,隔振效果

24、好,并且結構緊湊,外形尺寸較小,安裝更換方便,使用平安可靠,工作壽命長,對工作環(huán)境適應性強.對積極隔振、消極隔振、沖擊振動和固體傳聲的隔離均有明顯的效果.是隔離振動降低噪聲、治理振動公害、保護環(huán)境的理想減振器.ZT型阻尼彈簧減振器根據安裝方式不同可分為三種：1、ZT型減振器上下座面有防滑橡膠墊,對于干擾力較小的動力設備,可直接將ZT型減振器置放于設備的機座下,可任意移動調節(jié)重心,勿需固定.2、ZT-I型為上部固定型.3、ZT-II型為上下均可固定,以適合各種安裝需要ZT型ZTQ困ZTE)型二T鐘書號涉后跑形尺寸多?二種士品睇固田式不同,其余恃件均相同)里號W)最哇醉P(kc)柳時我P3如)豎胡恒K(ka/cun)H外D1形尺寸L1mm)L2hM?T-15Q15LB7,5團EQ日51：5612ZT-20LS202Sg50SQ的L2&612ZT4D223038LX60機351256L22TT.25疑502360S5125611ZT-5DME1505D2965LDD105135612rr-oo40皿7330奔10Q105135G二ZT飛4570B03465tDO1051356