电子设备的隔振技术及减振器选型

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

2、刚度和阻尼则由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单位：g9.8m/s2次车汽 车坦克 一飞机靓招弹火ff飞船炸弹如m 范围低連歼击*潜艇r面雇水舰振动加速度 摄值1.255.65.620 |156!频率 /Hz2-802-1005-5005-10005-2 000580冲击嵐速度 扱值25-305020015-20.特殊时 3007-200 冰下fll 炸时 io6o）7閱0 （同时 发炮时章 丸水下1 000）8-20 （笈和达剜启动

3、时2oa># 笈推进 时为 10001000了.:持纓 时间 /ms6-1111-2011-254411 ,却000.Z2离心加速度1111<102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

4、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=UoSin（3 t）表示，也是周期振动。被 动隔振也可用隔振系数n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：n = X。/ Uo=1+4 E2 （f / fo） 2f / fo）2+ 4E 2（ f/fo）2 0-5 （ 1）式中Xo物体的垂向振幅（m）;Uo基础的垂向振幅（m）。式中f振动力的频率（H z）;f。一一隔振系统的固有频率（H z）;k隔振器的刚度（N/ m）;m物体的质

5、量（kg）;g重力加速度（9.8m/£）;E 减振器的阻尼比（橡胶减振器的阻尼比为0.020.15）。从n的表达式可以看出，隔振系数n与频率比（f/fo）及阻尼比 E有关。当f/fo vv 1时，隔振系数n =1。此时振动力变化缓慢，且其 几乎等值传递到基础上。当f/fo =1时，隔振系数n为最大，振动力有放大现象，此时系 统处于共振状态；n值随E增大而减小，所以，对于启、停频繁的设 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。当f/fo = 2时，隔振系数n =1,振动力等值传递，此时系统无 隔振效果；当f/fo> 2时，隔

6、振系数n v 1,振动力减值传递，此时系统有 隔振效果。因此，要使隔振系统有效果，必须使n v 1,即必须使频率比f/fo> 2。在电子设备的减振设计中一般取频率比 f/fo为2.54.5, 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。阻尼在共振区内，阻尼可以抑制传递率的幅值，使物体的振幅不 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：当f/fo 1时，发生共振，应力求避免；不论阻尼大小，只有f/f°、2，才有隔振效果；一般情况下，建议把频率比f/fo取为2.54.5。隔振系统中控制振动及其传递主要有

7、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E。它们各自 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：fo =（k/m）°.5/2n（2）k越大，fo越大，f/f。越小，n就越大（在隔振区）隔振效果差；k越小，fo越小，f/fo越大，n就越小（在隔振区）隔振效果好。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

8、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fo越小，在隔振区n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E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 E的增大，n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J八意、。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

9、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

10、刚度越小，阻尼越大，贝S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当设备机柜的高度较高时（一般在1. 2米以上），就要考虑在机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0.1 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

11、数橡胶减振器遇油及光照易老化， 当温度范围超出 080C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E :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(丫 =1)共振区，尽管时间很 短，但系统阻尼过小时也会产生较

12、大振动。虽然在隔振区阻尼比越小 隔振效果越好，但这仅对激振频率为单一频率才适合。当振源较复杂， 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，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

13、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。(1)常用E、EA型减振器技术参数:E型保护式隔按器EA卑保护式隔捉老LL1L2BB1B2HH1Mn-dE1070544035354027M82(p7E157054404040402

14、7M82-(p7E2570544040404027M82呷7EA2570544048404027M82-(p7E4085684855554632M102呷9EA4085684863554632M102-q>9E60100805665655035M122(p9EA60100805673655035M122-(p9E851201007670706042M142-q>11EA851201007680706042M142-q>11E1201401128085856046M162如3EA12014011280101856046M162如3E16014511581108906042M18

15、2-q>13EA16014511581108906042M182-q>13E220150120861181106042M222-q>15EA220150120861181106042M222-q>15E30015512588125105606547M222-q>15EA30O15512588125105606547M222-q>15E400仃514096130110656547M27 42叫d7EA40O17514096130110656547M272如7型号外吃尺寸和逹接尺寸mm0.180.220 220 220.420.420 720 721.141.1

16、41.601.601.951.952372372902.90340340ZXYZXYzXYE10100501000 61C.333035050028529 535.0E151501001500.710.345043066027.027033.0E252501002500 9±C.375069088027.026029.5EA252501002501 0±C.450056095022.023 530.5E404001504000.710.31300740110028.521.526.0EMO4001504001 2±C.4870800100023.022 525.0

17、E606002506000.710.31600900140025.519.524.0EA606002506001 2±C.41500900190025.019.528.0E858503508500 6±C.320001000190024.017023.5型号沁盼N静变形狀动脱呗n附频率HzIII 尼比 C/Cc0.08-012EAB5&503508501 &±0一41B501000210023.017 025.0E120120050011000 9±0 32500110021DC23.015.021.0EA120120050011001

18、5±0 4153&8001700值013,019 0E160160070&15000 S±0.355001400280025 014521.0EA1S0160070015001.0±0.440001150245025.013 519.5E2202200SOO19000 5±0 37000150035002S.013 0200EA2202200aoa19001.110.445031400280022 512,518.0E3003000馳21000 6±0.311000226055003C.013 521.5EA3003000900

19、21001.110.456001500335021.511016.5E400400011X)026000 7±0 313000240062002S 5120200EA40Q4000100026001 4±0.46500170050002C.010.517.5图1 EEA型减振器技术参数(2) DD型橡胶减振器技术参数：H型号DHdM*1橡胶硬度45fRHD(daN/rrim)橡胶硬度60IRHD(daN/mm)橡胶硬度70IRHD(daN；mm)适当压缩量(mm)1008DDW108M4Mm4.0731031.62520DD1S2520M6M6"1810 31&a

20、mp;825 0402520DD202520M3MS*2010318325 0402522DD202522M8M8*208215 620044252SDD1&2525M6M6*186.111.41575.02525DD202525M8M8*206.111.41575.02530DD182530M6M6*184.48.511.16.02530DD202530M8M8'204.48.511.16.03015DD203015M820.930 35363.03020DD203020M813.122 433 1403025DD203Q25M3M3*208314.3195503030DD2

21、03030M8M8*206.011.215.06.03040DD203040M8M8*204.07.81038.04020DD234020M8M8*2326.349.468 14.04020DD254020M1OM10*2526.349.468.11.04025DD254025M10M1O*2518.634.8们65.04028DD254028M1015.02793S35.64030DD234030M8M8"2313.124634 2504030DD254030M10M10*2513.124 634 2&04035DD234035M3MI8*2310 01842587.040

22、35DD254035M10MW*2510.01842587.04040DD234040MBM8*238.315.321.18.04040DD254040M1OM10*258.315.321.1&.04045DD254045M10M1O"258.315.321.19.05020DD255020M10M1O*2558 0109 315074 05025DD25刊35MW17110*2540575 510455.05030DD255030M10M10*2528 051.671 2505040DD255040MWM10*2514326 937 18.05045DD255045M10M

23、10*2511.321.02939.0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，可以制作很软，也可很硬。其缺点是阻尼 比很小(E < 0.005),共振时很危险。因此必要时还应另加阻尼器。 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

24、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

25、 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。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2

26、9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方式不同可分为三种：1、ZT型减振器上下座面有防滑橡胶垫，对于干扰力较小的动力设备，可直接 将ZT型减振器置放于设备的机座下，可任意移动调节重心，勿需固 定。2、ZT-I型为上部固定

27、型。3、ZT-H型为上下均可固定，以适合 各种安装需要。可型2T(I型冇酣术参數谢冊尺寸恚(三沖产品除固定方式不同,耳余特性均相同)聘曲压荷載Fl最佳荷载吃 临)傅艮荷戴虻朋fii度(kg| K tkgi/cm外舷尺寸(ee)HDILlL2hMZT-15呂15IB7.6608085115612ZT-20152025960so&5115&12ZT3D22303B11608085115612ZT-402540502360so95115612ZT-5D3D50602965100105135612ZT-604050753065100P ios135&12ZT-704570803465100| 105135612ZT-M9Q11(4180