1、2004年12月18日,電子產品（設備） 結構設計與制造工藝,電子設備的減振與緩沖,2004年12月18日,電子設備的減振與緩沖,第四章 電子設備的減振與緩沖 4.1 振動與沖擊的危害 4.2 減振緩沖的基本原理 4.3 常用減振器的選用 4.4 電子設備減振緩沖的結構措施,2004年12月18日,電子設備的減振與緩沖,第四章 電子設備的減振與緩沖 4.1 振動與沖擊的危害 一、機械力的作用 1、周期性振動 振幅、頻率 2、沖擊和碰撞 波形、峰值加速度、持續時間、次數 3、離心加速度 4、隨機振動,2004年12月18日,二 振動與沖擊的危害 1、元器件或材料機械破壞：疲勞損壞、強度破壞 ；

2、2、結構變形或松動； 3、電氣參數變化； 4、接觸不良等。,電子設備的減振與緩沖,2004年12月18日,具體表現在： 1接插裝置會從插座中跳出來，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運動而產生噪聲，不能正常工作。 3振動引起彈性元件產生變形，使具有觸點的元件（電位器、波段開關、插頭座等）產生接觸不良或開路。 4指示燈忽亮忽暗，儀表指針不斷抖動（或指針脫落），使觀察人員讀數不準，視覺疲勞。 5當零部件的固有頻率和激振頻率相同時，會產生共振現象。,電子設備的減振與緩沖,2004年12月18日,6安裝導線變形及位移，使其相對位置改變，引起電感

3、量和分布電容發生變化，從而使電感電容的耦合發生變化。 7機殼和基礎變形，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。有些用來調整電氣特性的螺絲受振后會產生偏移 。,電子設備的減振與緩沖,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.振動系統的組成 振動物體m和彈性物體k，又稱為m-k系統 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,2004年12月18日, 主動隔振 主動隔振: 隔振對象是振源 在振動物體與安裝基礎之間安裝隔振器，減少機器振動力向基礎的傳遞量。,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,（2）被動隔振 被動隔振: 隔振對象是設備 在儀器設備與基礎之間安裝隔振器，以減少基礎的振動對儀器設備的影響,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,（3） 隔振系數 主動隔振： 傳到基礎上的力與原振力之比 被動隔振：xO/ UO 被隔離的物體振幅與基礎振幅之比,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,2（ffo）

5、（ffo）2（ffo） 隔振系數曲線： 隔振系數與頻率比（ffo）及阻尼比關系曲線,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ffo 1時,當 ffo =1時,當ffo =2,=1,2004年12月18日,當ffo 1時，隔振系數=1； 當 ffo =1時， 隔振系數為最大，振動力被放大，此時系統處于共振狀態； 當ffo =2時，隔振系數=1，振動力等值傳遞，此時系統無隔振效果； 當ffo2時，隔振系數1，振動力減值傳遞，此時系統有隔振效果。 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,在電子設備的減振設計中一般取頻率比ffo為2.54.5

6、，也就是說要獲得滿意的隔振效果，應該使隔振支承系統的固有頻率為振動力頻率的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。 質量m被隔離物體的質量m使支承系統保持相對靜止，物體質量越大，在確定振動力的作用下物體振動越小。 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）區內，阻尼可以抑制傳遞的幅值，在共振區減小共振峰值，抑制共振振幅，使物體的振幅不至于過大；在隔振區，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、,共振區要考慮增大阻尼： 對于不同的阻尼比，曲線明顯分開，表明阻尼對共振的影響大，值隨增大而減小，所以，對于啟、停頻繁的設備，為防止設備在啟動或停機過程中經過共振區域時產生過大的共振，減振器選用時應考慮阻尼大一些的。,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 分為主動隔沖與被動隔沖,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，達到緩沖的目的

8、。 沖擊減振器實際上是一個儲能裝置。,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。 剛度很小的彈性體在吸收沖擊能量時，會產生相當大的位移，而電子設備的安裝條件是否允許。 阻尼的存在會使系統在變形時消耗能量，因此，在緩沖設計中增大減振器的阻尼，對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、金屬彈簧減振器 1.橡膠-金屬減振器 優點：阻尼比較高(0.020.13)，不能長時間承受較大的變

9、形，能承受沖擊作用，隔沖性能好； 缺點： 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.金屬彈簧減振器 金屬彈簧減振器用彈簧鋼板或鋼絲繞制而成。 優點：對環境條件反應不敏感，耐高溫、高寒、油污等；工作性能穩定，不易老化；剛度變化范圍寬，可以制作很軟，也可很硬 缺點：阻尼比很小（0.005），共振時很危險。因此必要時還應另加阻尼器。,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械能動轉變為熱能，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： 自由阻尼結構 將阻尼材料覆蓋（粘貼或噴涂）在需要減振的結

10、構物表面，當結構件發生變形時，阻尼材料能將機械振動或聲振動轉變為熱能消耗。 被覆蓋的結構物稱為基層，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，基層與約束層統稱為結構層，它為阻尼結構提供強度，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,設備強度極限,振動環境,振動環境、設備強度與頻率關系曲線,減振緩沖的基本原理,2004年12月18日,減振緩沖設計步驟： 1、確定已知條件 設備使用場合、使用環境，機械力的形式及強度；

11、 設備的結構尺寸、重量等； 設備及內部元器件的耐振沖能力。 2、設計計算 隔振系數：max設備強度極限/振動環境峰值強度 確定減振系統的固有頻率：頻率比ffo fo 減振系統的剛度： f = k/m /2 K 每個減振器的承載 每個減振器的剛度 3、選擇減振器,2004年12月18日,max設備強度極限(3g)/振動環境峰值強度(10g)=0.3,取 =0.05,頻率比ffo =2.+ (2.06),2004年12月18日,減振緩沖設計步驟： 1、確定已知條件 設備使用場合、使用環境，機械力的形式及強度； 設備的結構尺寸、重量等； 設備及內部元器件的耐振沖能力。 2、設計計算 隔振系數：max

12、設備強度極限/振動環境峰值強度 確定減振系統的固有頻率：頻率比ffo fo 減振系統的剛度： f = k/m /2 K 每個減振器的承載 每個減振器的剛度 3、選擇減振器,2004年12月18日,二 減振器的選用原則 選用減振器時主要應考慮以下問題 1. 使用條件 振源性質、環境溫度、外形尺寸和元器件耐振抗沖擊能力 2. 參數條件 阻尼比、剛度（或頻率）、額定負荷。,常用減振器的選用,2004年12月18日,阻尼比： 減振時阻尼應小些，為防止共振適當加大； 緩沖時選較大阻尼。 剛度（或頻率）： 減振器的剛度要等于或小于計算剛度 。 額定負荷： 減振器額定負荷應大于實際承載 。,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. 將減振器安裝在設備底部四角較為方便，但為了提 高穩定性，減振器的安裝平面應盡可能提高，最好是 在設備重心所在的平面； 3. 同一設備的減振器最好選用同一型號的產品。,常用減振器的選用,2004年12月18日,電子設備減振緩沖的結構措施,44電子設備減振緩沖的結構措施 一、 電子設備的總體布局 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.導線和電纜 用線夾分段固定 ； 采用軟導線比單股硬導線好； 單股導線不要繃緊，同時套絕緣套；,電子設備減振緩

14、沖的結構措施,2004年12月18日,2.繼電器 在用一個繼電器的地方，使用兩個固有頻率不同的繼電器。 舌簧型繼電器，應該使觸點的動作方向和銜鐵的吸合方向盡量不要同振動方向。,電子設備減振緩沖的結構措施,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，并壓上護圈、護圈用螺栓固定在底板上； 焊在印制板上，管腳引線不能長，并加套管或用膠接固定。,電子設備減振緩沖的結構措施,2004年12月18日,4.變壓器 應盡量安裝在設備的底層，其位置不宜偏離設備形心太遠，為了提高變壓器的安裝牢固性，應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，其螺栓應有防松裝置。,電子設備減振緩沖的結構措施,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。,電子設備減振緩沖的結構措施,2004年12月18日,6.印制電路板 （1）增加PCB剛度（厚度或附加加強筋）； （2）用橡膠減振器作為附加的結構支撐，增加支承點； （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進行封裝，使印制板、元件、各插接件成為一個整體。,電子設備減振緩沖的結構措施,2004年12月18日,7.機架和底座 應進行剛度和強度計算，提高機架和底座的剛度，以便最終提供一個最佳的撓度；