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 動或多次沖擊而產生的應力超過其疲勞極限，使材料發生疲勞損壞。系統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，隔振系統的質量一般是指電子設備的質 量，而剛度

2、和阻尼則由設備的支撐裝置提供。在機械環境的作用下, 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 克飛機艦船導 彈火 飛船炸彈 «炸 如m范圍低連殲機潛艇水面振 動根值L255.6562015612弋02-100MOO5-5005-10005-3 0005-80沖 擊嵐遑度 極值25-305020015-30.特殊時7-200 冰下a 炸時 lobo)時oW時 發炮時疫 大，水下 爆炸時>1 000)s-2d«禪時 達知啟動時

3、200>i#時為 1000LOGO.：持掠 時間 /ms411gQ1H251 iJ-ioo離心加速度rn1 nb為了減少或防止振動與沖擊對電子設備的影響， 通常采取兩種措 施：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 動耐沖擊能力；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。在電子設備與基礎之間安裝彈性支承即減振器，以減少基礎的振 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措施，稱為被

4、動隔振。一般情況下，儀器及精 密設備的隔振都是被動隔振。被動隔振系數:振動來自基礎，其運動用 U=UoSi n（31）表示，也是周期振動。被 動隔振也可用隔振系數n表示其隔振效果，它的含義是被隔離的物體振幅與基礎振幅之比（或是振動速度幅值、加速度幅值的比值），可 用下式計算:n = xo/ Uo二1+4 E 2 (f / fo) '/!-( f / fo)22 + 4廠(f/fo)r"'(1)式中Xo物體的垂向振幅（m）;Uo基礎的垂向振幅（m）。式中振動力的頻率（H Z）;fo隔振系統的固有頻率（H Z）；k隔振器的剛度（N/ m）；m物體的質量（kg）;g重力加速

5、度（9.8m/s2）;S 減振器的阻尼比（橡膠減振器的阻尼比為0.02-0.15）。從n的表達式可以看出，隔振系數n與頻率比（f/fo）及阻尼比S有關。當f/fo << 1時，隔振系數n =1。此時振動力變化緩慢，且其 幾乎等值傳遞到基礎上。當f/fo =1時，隔振系數n為最大，振動力有放大現象，此時系 統處于共振狀態；n值隨S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。當f/fo =£時，隔振系數n =1,振動力等值傳遞，此時系統無 隔振效果;當f/fo>時，隔振系數n &l

6、t; 1,振動力減值傳遞，此時系統有 隔振效果。因此，要使隔振系統有效果，必須使 n < 1,即必須使頻率比f/。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的固有頻率為 振動力頻率的1/2.51/4.5。阻尼在共振區內，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，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，發生共振，應力求避免;不論阻尼大小，只有f/fo>J'2，才有隔振效果;般情況下，建議把頻率比f/fo取為2.54.5。隔振系統中控制振動及其傳遞主要有三個基本因素

7、：隔振器的剛 度k、被隔離物體質量m及系統支承即隔振器的阻尼比S。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。因為:fo =(k/m)°.5/2 nk越大，fo越大，f/fo越小，n就越大（在隔振區）隔振效果差;k越小，fo越小，f/fo越大，n就越小（在隔振區）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，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能力。質量m被隔離物體的質量m使支承系統保持相對靜止

8、,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，則fo越小，在隔振區n就越小，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S隔振系統的支承阻尼有以下的作用：在共振區減 小共振峰值，抑制共振振幅；但是，在隔振區，隨著 S的增大，n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 發生時，雖然時間相當短，但作用十分強烈。沖擊作用下，電

9、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 因多次沖擊作用形成疲勞積累，使設備發生疲勞破壞。因此，對沖擊 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，若沖擊力作用的時間 愈長則設備所受的沖擊力愈力小，沖擊加速度也愈小。因此若能延長 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，達到緩沖的目的。減振 器的剛度越小，阻尼越大，貝

10、W中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減振器選用原則(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, 過熱則軟化，大多數橡膠減振器遇油及光照易老

11、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，將為選用減振器的類型、數量提供尺寸依據。耐振抗沖能力：設備內的元器件的耐振抗沖能力的強弱， 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S :從減振原理分析看出，阻尼的作用是控制和減少共振振幅，由于設備起動與停止要都要經過(丫 =1)共振區，盡管時間很短，但系統阻尼過小時也會產生較大振動。雖然在隔振區阻尼比越小

12、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，必須從多方面防止共振，阻尼比夜鶯適當選大一些。從緩沖的角度講，選用較大的阻尼比也是有利的，綜合考慮，減振緩 沖系統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

13、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，達到 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，使用環境受限多，一般使用環 境溫度應控制在-30-70攝氏度之間，一些有化學腐蝕環境應選擇合適 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:EAS58503508501 OtOH1850100021I(M23017.325 0E伽120050011f>0cs±o.a3500110021(M23 0is

14、.a21.CEA120120050011O01 5±0.41530eoo1700ieo130130E16016007001500c e±o.355OD1400280029 014.521.0EAlfiO16007001500ID土0440001150245fl25013519.5E2202200eoo1900CG±0.370001500350(se.o130EOQEA22O2200eoo190011 ±0.445001400280ti22 512 51fl.OE20030009002100"±031100C2260S5CM30 013

15、.5215EAM03000SOO210011±O.456001500335021 5HO16.5E4004000100026000710.3nooc240062020 512.020 0EA40O4000IMO260014±0.4B5001700EM30C10517.5EEA型減振器技術參數DD型橡膠減振器技術參數:圖2 DD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。這種減振器的優點是：對環境條件反應不 敏感，適用于惡劣環境，如高溫、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

16、作很軟，也可很硬。其缺點是阻尼 比很小（二0.005）,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431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。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。432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

17、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。433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；橡膠同金屬表面能實現牢固粘接，易 于安裝與制造；與其它減振器比，具有價格低廉等優點，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

18、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、鉚接、 螺接、焊接、整體金屬。（1）ZT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點，消除鋼彈簧固有的共振振幅現 象。該系列產品共29種規格，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，隔振效果好，并且結構緊湊，外形尺寸較小，安裝更換方便，使用安全可靠，工作壽命長，對工作環 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