电子设备的隔振技术及减振器选型资料

1、电子设备的隔振技术及减振器选型 1、概述 电子设备受到的机械力的形式有多种，其中危害最大的是振动和冲击，它们引起的故障约占80%。它们造成的破坏主要有两种形式，其一是强度破坏：设备在某一激振频率下产生振幅很大的共振，最终振动加速度所引起的应力超过设备所能承受的极限强度而破坏；或者由于冲击所产生的冲击应力超过设备的极限强度而破坏。其二是疲劳破坏：振动或冲击引起的应力虽远低于材料的强度，但由于长时间振动或多次冲击而产生的应力超过其疲劳极限，使材料发生疲劳损坏。系统的振动特性受三个参数的影响，即质量、刚度和阻尼。对于电子设备的振动和冲击隔离来说，隔振系统的质量一般是指电子设备的质量，而刚度和阻尼则由

2、设备的支撑装置提供。在机械环境的作用下，尤其是在舰船、坦克、越野车辆、飞机等运载工具中，设备及其内部的电子器件、机械结构等都难以承受振动冲击的干扰。 表1 各种运载工具振动、冲击和离心加速度参数 2 g9.8m/s单位： 为了减少或防止振动与冲击对电子设备的影响，通常采取两种措施：a) 通过材料选用和合理的结构设计，增强设备及元器件的耐振动耐冲击能力；b) 在设备或元器件上安装减振器，通过隔离振动与冲击，有效地减少振动与冲击对电子设备的影响。 2、 隔振技术 2.1隔振 隔振就是通过在设备或器件上安装减振装置，隔离或减少它们与外界间的机械振动传递。 在电子设备与基础之间安装弹性支承即减振器，以

3、减少基础的振动对电子设备的影响程度，使电子设备能正常工作或不受损坏；这种对电子设备采取隔离的措施，称为被动隔振。一般情况下，仪器及精密设备的隔振都是被动隔振。 被动隔振系数： 振动来自基础，其运动用U=Usin(t)表示，也是周期振动。被o动隔振也可用隔振系数表示其隔振效果，它的含义是被隔离的物体振幅与基础振幅之比（或是振动速度幅值、加速度幅值的比值），可用下式计算： x/ U OO22 = 1） （）ff（f）f）ff（ooo式中 x物体的垂向振幅(m)； O U基础的垂向振幅(m)。 O式中 f振动力的频率（ ；） ）； f隔振系统的固有频率（o ）； k隔振器的刚度（m ）； m物体的质

4、量（kg 2 ）； g重力加速度（ 9.8m/s 。减振器的阻尼比（橡胶减振器的阻尼比为0.020.15）及阻尼比与频率比（ff从 的表达式可以看出，隔振系数o 有关。此时振动力变化缓慢，且其时，隔振系数=1当ff 1 o 几乎等值传递到基础上。为最大，振动力有放大现象，此时系时，隔振系数当 ff =1 o增大而减小，所以，对于启、停频繁的设值随统处于共振状态；备，为防止设备在启动或停机过程中经过共振区域时产生过大的共 振，减振器选用时应考虑阻尼大一些的。2，振动力等值传递，此时系统无=1时，隔振系数 当ff o 隔振效果；2，振动力减值传递，此时系统有1时，隔振系数 当ff o 隔振效果。f

5、1，即必须使频率比 因此，要使隔振系统有效果，必须使 2。在电子设备的减振设计中一般取频率比fff为2.54.5，oo也就是说要获得满意的隔振效果，应该使隔振支承系统的固有频率为振动力频率的1/2.51/4.5。 使物体的振幅不阻尼可以抑制传递率的幅值，阻尼在共振区内， 至于过大；在非共振区，阻尼反而使传递率增大。 因此，隔振应强调以下几点： 时，发生共振，应力求避免； 1 当ff o2，才有隔振效果； 不论阻尼大小，只有ff o 一般情况下，建议把频率比ff取为2.54.5。 o 隔振系统中控制振动及其传递主要有三个基本因素：隔振器的刚度k、被隔离物体质量m及系统支承即隔振器的阻尼比。它们各

6、自的影响简述如下： 刚度k隔振器的刚度越大，隔振效果越差，反之隔振效果越好。因为： 0.5/2 =(k/m) f (2) k越大，f越大，ff越小，就越大（在隔振区）隔振效果差； o k越小，f越小，ff越大，就越小（在隔振区）隔振效果好。 o 因此，就隔振而言，刚度k应尽可能小；必须指出的是，过小的刚度k可能无法承受质量m，就像一个重物将一根弹簧压扁了，无法起到隔振作用，对于一个设计正确的隔振系统，支承的刚度计算既要考虑隔振效果的实现，同时还要兼顾其承载能力。 质量m被隔离物体的质量m使支承系统保持相对静止，物体质量越大，在确定振动力的作用下物体振动越小。同样从式(2)看出，m越大，则f越小

7、，在隔振区就越小，隔振效果好。增大质量还包括增大隔振底座的面积，以增大物体的惯性矩，可减小物体的 摇晃，但质量往往是确定的，增加是有限的。 阻尼比隔振系统的支承阻尼有以下的作用：在共振区减小共振峰值，抑制共振振幅；但是，在隔振区，随着的增大，也变大，隔振效果变差。因此阻尼的作用有利也有弊，设计时应特别注意。 2.2隔冲 冲击是一种急剧的瞬间作用。例如飞机的起飞和着陆，火车、汽车的启动与停车，物体的起吊与跌落等都能产生较大的冲击。在冲击发生时，虽然时间相当短，但作用十分强烈。冲击作用下，电子设备的零部件的冲击应力超过其最大允许值时将导致设备损坏，有时也会因多次冲击作用形成疲劳积累，使设备发生疲劳

8、破坏。因此，对冲击的作用也必须进行隔离。 由能量定理可知：当外来冲击能量一定时，若冲击力作用的时间愈长则设备所受的冲击力愈力小，冲击加速度也愈小。因此若能延长冲击力作用的接触时间，就可减轻电子设备所受冲击作用的影响。 电子设备大都属于被动隔冲，在支撑基座与电子设备之间装一减振器进行冲击隔离，当外界冲击力作用在支撑基座上时，由于减振器中的弹性元件和阻尼元件产生变形，吸收能量并延长冲击力作用的接触时间，使传递给设备的冲击力减小了很多，达到缓冲的目的。减振器的刚度越小，阻尼越大，则冲击力的作用接角时间愈长，减振器的变形愈大，设备受到的冲击力也就愈小，缓冲的效果愈好。 2.3机柜背部隔振器设计思路 ，

9、就要考虑在机)米以上21一般在(当设备机柜的高度较高时 桓背部上方加装背部隔振器来减小设备机柜的摇晃。背部隔振器的垂向刚度应趋于零，如无法满足时，应不高于底部隔振器垂向刚度的01倍。 3减振器选用原则 (1)使用条件 振源性质：电子设备使用时所承受到的振动、冲击类型、强度、频率等，从而决定了以隔振为主还是缓冲为主；一般情况下舰用、车用设备以缓冲为主，飞机载设备以减振为主。 原环境条件：因橡胶减振器有一定的使用温度范围，过冷会硬化，过热则软化，大多数橡胶减振器遇油及光照易老化，当温度范围超出080或存在油类介质或光照条件下不宜使用橡胶减振器。 外形尺寸：了解设备的外形、重心位置特别是可以供安置减

10、振器的空间大小，将为选用减振器的类型、数量提供尺寸依据。 耐振抗冲能力：设备内的元器件的耐振抗冲能力的强弱，决定了设备允许承受的最大振幅和加速度，也就决定了整个隔振缓冲系统的隔振系数的大小，是选用减振器的主要依据。 （2）参数条件 减振器的主要参数包括阻尼比、刚度（或频率）、额定负荷等。 阻尼比：从减振原理分析看出，阻尼的作用是控制和减少共振振幅，由于设备起动与停止要都要经过（=1）共振区，尽管时间很短，但系统阻尼过小时也会产生较大振动。虽然在隔振区阻尼比越小当振源较复杂，但这仅对激振频率为单一频率才适合。隔振效果越好，有多种频率时，必须从多方面防止共振，阻尼比夜莺适当选大一些。从缓冲的角度讲

11、，选用较大的阻尼比也是有利的，综合考虑，减振缓冲系统以选用较大的阻尼比为宜。 刚度k：刚度是减振器的最主要参数，就减振而言，刚度的大小可由隔振效果要求，通过计算出固有频率而求得，选用的减振器的刚度只要等于或小于计算刚度，就能保证隔振效果的实现； 额定负荷W：各种类型的减振器的额定负荷都不同，所选减振器的负荷大小主要根据设备重量、重心位置、减振器安装数量来决定，要求所选减振器额定负荷应大于实际承载。 4、 常用减震器选型 减振器的作用是隔离或减小振动及冲击对设备及元件的影响，通过其材料、结构的特点，吸收振动、冲击的能量并缓慢地释放，达到减振缓冲的目的。 4.1橡胶型减振器 橡胶减震器的特点是在于

12、他的外形能按需要设计、刚度可调、提供比弹簧更大的阻尼比、抗剪、抗拉、抗压、安装更简单。他的缺点在于固有频率较高，使用寿命较短，使用环境受限多，一般使用环境温度应控制在-30-70摄氏度之间，一些有化学腐蚀环境应选择合适材质的橡胶减震器才能使用。 型减振器技术参数：EA、E常用(1) 图1 EEA型减振器技术参数 （2）DD型橡胶减振器技术参数： 图2 DD型橡胶减振器技术参数 4.2金属弹簧减振器 金属弹簧减振器用弹簧钢板或钢丝绕制面成。常见的有圆柱形弹簧、圆锥形弹簧及板簧等。这种减振器的优点是：对环境条件反应不敏感，适用于恶劣环境，如高温、高寒、油污等；工作性能稳定，不易老化；刚度变化范围宽

13、，可以制作很软，也可很硬。其缺点是阻尼，共振时很危险。因此必要时还应另加阻尼器。）0.005比很小（这种减振器的固有频率较高，通常用于载荷大、外激频率较高及有冲击的情况。 水平刚度低，易晃动，不易于精密设备的隔振。 4.3阻尼隔振材料 4.3.1自由阻尼结构 将阻尼材料覆盖（粘贴或喷涂）在需要减振的结构物表面，当结构件发生变形时，阻尼材料能将机械振动或声振动转变为热能消耗。由于覆盖在结构物上的阻尼材料层面无约束，故称为自由阻尼层或自由阻尼结构。被覆盖的结构物称为基层，阻尼层可以是单面或双面。 4.3.2约束阻尼结构 在自由阻尼层面上再覆盖一层材料，就构成约束阻尼结构，而这一覆盖层称为约束层。根

14、据需要也可作成多层，基层与约束层统称为结构层，它为阻尼结构提供强度，阻尼层则吸收能量。 4.3.3其它阻尼隔振材料 近年来隔振垫已被应用于产品的减振缓冲。隔振垫是由具有弹性的材料制成的一种没有确定形状尺寸的软垫，如专用橡胶隔振垫，这种隔振垫具有特久的高弹性，隔振、缓冲性能良好；为满足不同要求其尺寸和形状自由选择；具有一定的阻尼性能，可吸收机械能特别是对高频振动能量的吸收效果好；橡胶同金属表面能实现牢固粘接，易于安装与制造；与其它减振器比，具有价格低廉等优点，目前被动广泛用于产品的隔振缓冲。 在设计机箱及零部件时，尽量选用高阻尼结构材料，如铝、铝镁 合金，而钢和铜的阻尼比小于铝，不应作为首选材料

15、。也可以考虑选择高阻尼的结构型式，各种结构型式的阻尼比依次为：铸造、铆接、螺接、焊接、整体金属。 (1)ZT型阻尼弹簧减振器（上海青浦振新减振器厂） ZT型阻尼弹簧减振器（又称预应力弹簧减振器）具有钢弹簧减振器的低频率和阻尼大的双重优点，消除钢弹簧固有的共振振幅现象。该系列产品共29种规格，其中单只荷载15kg-4800kg各类荷载所应对的固有频率1.6Hz-4.9Hz，阻尼比0.065。该系列减振器荷载范围广，便于用户选择，固有频率低，隔振效果好，并且结构紧凑，外形尺寸较小，安装更换方便，使用安全可靠，工作寿命长，对工作环境适应性强。对积极隔振、消极隔振、冲击振动和固体传声的隔离均有明显的效果。是隔离振动降低噪声、治理振动公害、保护环境的理想减振器。 ZT型阻尼弹簧减振器根据安装