某軍用越野車車載電子設(shè)備的減振設(shè)計(jì)

岳超

摘 要隨著我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展，車載電子設(shè)備的發(fā)展也倍受人們關(guān)注。由于汽車在行進(jìn)過(guò)程中，承受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)工作和運(yùn)輸過(guò)程中等多種形式產(chǎn)生的機(jī)械力，倍受振動(dòng)和沖擊的作用，對(duì)車載電子設(shè)備的危害極大。根據(jù)調(diào)查顯示，由于振動(dòng)引起的電子設(shè)備故障占到電子設(shè)備總故障率的百分之八十以上。如此高的占比說(shuō)明了振動(dòng)對(duì)于車載電子設(shè)備的危害是最大的，必須加以重視。本文通過(guò)對(duì)車載電子設(shè)備的工作環(huán)境進(jìn)行分析，進(jìn)行車載電子設(shè)備的隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)，希望對(duì)促進(jìn)我國(guó)車載電子設(shè)備的安全可靠和發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】車載電子設(shè)備 隔振系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

車載電子設(shè)備由于受到來(lái)自于各方面的機(jī)械力，對(duì)其本身的危害是巨大的。危害方式主要是由于設(shè)備在某一個(gè)激振頻率下產(chǎn)生振幅很大的共振，這樣的情況最終會(huì)導(dǎo)致因?yàn)檎駝?dòng)加速度超過(guò)設(shè)備所能承受的極限加速度而損壞，直接導(dǎo)致車載電子設(shè)備的損壞。所以在進(jìn)行車載電子設(shè)備的隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮車載電子設(shè)備在各激振頻率下的響應(yīng)值小于設(shè)備所能承受的極限，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行最大意義上的保護(hù)，使其更加安全可靠。

1 車載電子設(shè)備隔振器的設(shè)計(jì)原理

通常來(lái)講，對(duì)車載電子設(shè)備進(jìn)行隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是通過(guò)在車載電子設(shè)備上加裝隔振器來(lái)實(shí)現(xiàn)減振。將電子設(shè)備與隔振器看成是一個(gè)系統(tǒng)，在車體傳來(lái)振動(dòng)信號(hào)與頻率時(shí)，首先經(jīng)過(guò)減振器的作用，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行減弱，之后再傳遞給車載電子設(shè)備，這樣經(jīng)過(guò)減振器的作用，傳到電子設(shè)備上的振動(dòng)信號(hào)和振動(dòng)頻率都會(huì)降低，從而達(dá)到保護(hù)電子設(shè)備的目的。在電子設(shè)備上加裝減振器不但對(duì)于車載電子設(shè)備的性能和安全是一個(gè)保護(hù)，同時(shí)也是對(duì)于整車的性能和安全是一個(gè)保護(hù)，能夠提高乘車的安全性和舒適性，通過(guò)減弱振動(dòng)信號(hào)與頻率，保護(hù)車體不受振動(dòng)困擾，使整車的安全可靠得到一個(gè)保障。

隔振就是通過(guò)在設(shè)備或器件上安裝減振裝置，隔離或減少它們與外界間的機(jī)械振動(dòng)傳遞。在電子設(shè)備與基礎(chǔ)之間安裝彈性支承即減振器，以減少基礎(chǔ)的振動(dòng)對(duì)電子設(shè)備的影響程度，使電子設(shè)備能正常工作或不受損壞；這種對(duì)電子設(shè)備采取隔離的措施，稱為被動(dòng)隔振。一般情況下，儀器及精密設(shè)備的隔振都是被動(dòng)隔振。

被動(dòng)隔振系數(shù)：振動(dòng)來(lái)自基礎(chǔ)，其運(yùn)動(dòng)用U=Uosin（ωt）表示，也是周期振動(dòng)。被動(dòng)隔振也可用隔振系數(shù)η表示其隔振效果，它的含義是被隔離的物體振幅與基礎(chǔ)振幅之比（或是振動(dòng)速度幅值、加速度幅值的比值），可用下式計(jì)算：

η=xo/Uo

={[1+4ξ2（f/fo）2]/[1-（f/fo）2]2+4ξ2（f/fo）2}0.5

（1）

（1）式中xO——物體的垂向振幅（m）；

UO——基礎(chǔ)的垂向振幅（m）；

f——振動(dòng)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(zhì)量（kg）；

g——重力加速度（ 9.8m/s2）；

ξ——減振器的阻尼比（橡膠減振器的阻尼比為0.02～0.15）。從η的表達(dá)式可以看出，隔振系數(shù)η與頻率比（f/fo）及阻尼比ξ有關(guān)。

當(dāng)f/fo<<1時(shí)，隔振系數(shù)η=1。此時(shí)振動(dòng)力變化緩慢，且其幾乎等值傳遞到基礎(chǔ)上。

當(dāng) f/fo=1時(shí)，隔振系數(shù)η為最大，振動(dòng)力有放大現(xiàn)象，此時(shí)系統(tǒng)處于共振狀態(tài)；η值隨ξ增大而減小，所以，對(duì)于啟、停頻繁的設(shè)備，為防止設(shè)備在啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中經(jīng)過(guò)共振區(qū)域時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的共振，減振器選用時(shí)應(yīng)考慮阻尼大一些的。

當(dāng)f/fo=2時(shí)，隔振系數(shù)η=1，振動(dòng)力等值傳遞，此時(shí)系統(tǒng)無(wú)隔振效果；

當(dāng)f/fo>2時(shí)，隔振系數(shù)η<1，振動(dòng)力減值傳遞，此時(shí)系統(tǒng)有隔振效果。

因此，要使隔振系統(tǒng)有效果，必須使η<1，即必須使頻率比f(wàn)/fo>2。在電子設(shè)備的減振設(shè)計(jì)中一般取頻率比f(wàn)/fo為2.5～4.5，也就是說(shuō)要獲得滿意的隔振效果，應(yīng)該使隔振支承系統(tǒng)的固有頻率為振動(dòng)力頻率的1/2.5～1/4.5。

2 車載電子設(shè)備隔振器的設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段

在車載電子設(shè)備減振器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，首先要了解車載電子設(shè)備的工作數(shù)據(jù)、車輛和隔振器三種的詳細(xì)資料，知道各部分之間的組合聯(lián)系，確保對(duì)所要設(shè)計(jì)的減振器的工作環(huán)境、工作狀態(tài)和性能有個(gè)整體的把握。

（1）充分對(duì)車載電子設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格意義上的掌握，了解安裝圖紙和安裝尺寸。對(duì)于車載電子設(shè)備的質(zhì)量、重心和性能有個(gè)整體的了解，了解車載電子設(shè)備的支撐點(diǎn)的位置和數(shù)量，對(duì)于減振器的安裝有個(gè)整體的布局和規(guī)劃，充分了解車載電子設(shè)備的工作環(huán)境和工作狀態(tài)。

（2）對(duì)電子設(shè)備的使用及工作環(huán)境有個(gè)整體的把握，了解設(shè)備的工作溫度極限，對(duì)于濕度的要求、對(duì)于油污、太陽(yáng)輻射的要求等等。還要掌握車載電子設(shè)備受到振動(dòng)的方向、頻率，實(shí)際工況、產(chǎn)生的位移和振幅加速度等方面的要求，知曉各個(gè)頻率值的產(chǎn)生與傳播。

（3）了解隔振器的工作環(huán)境，根據(jù)車載電子設(shè)備的大小尺寸和安裝位置，確定隔振器的尺寸，確保采用科學(xué)合理的安裝方式進(jìn)行隔振器的安裝和使用。對(duì)隔振器的靜剛度和動(dòng)態(tài)性能有個(gè)整體的了解與把握。比如與溫度、頻率、載荷等變化的關(guān)系。對(duì)隔振器的壽命包括疲勞極限等有個(gè)充分的了解，在具體的工作中，知曉車載電子設(shè)備的使用條件，并且應(yīng)該設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)的電子設(shè)備所承受的條件和等級(jí)指標(biāo)。在合適的隔振系統(tǒng)選用合適的隔振器，對(duì)于車載電子設(shè)備的保護(hù)達(dá)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合理的范圍。

2.2 設(shè)計(jì)的具體方法和步驟

在對(duì)車載電子設(shè)備隔振器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，鑒于此系統(tǒng)的隔振必須綜合考慮多種情況在內(nèi)的狀況，尤其是包括耦合振動(dòng)在內(nèi)的情況，所以隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)頗為復(fù)雜。車載電子設(shè)備的隔振系統(tǒng)，是具有六個(gè)度的隔振系統(tǒng)，也就是沿三個(gè)坐標(biāo)軸的平移振動(dòng)和繞三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。通過(guò)此類振動(dòng)幅度與振動(dòng)信號(hào)，隔振器要進(jìn)行充分的試驗(yàn)以滿足多種情況在內(nèi)的綜合減振需求。endprint

2.2.1 電子設(shè)備隔振器合理支撐布局的設(shè)計(jì)

對(duì)車載電子設(shè)備隔振器的安裝位置和設(shè)備的最佳支撐點(diǎn)進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)論證，確保設(shè)備在動(dòng)靜載荷狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生彎曲變形等情況，并且隔振器的布置間距不易與電子設(shè)備過(guò)大，應(yīng)與車載電子設(shè)備密切接觸，才能充分發(fā)揮減振器的作用，使電子設(shè)備的振動(dòng)降低到最小。同時(shí)，考慮到安裝減振器的支撐點(diǎn)的載荷如果相差比較多，那么在選擇減振器的時(shí)候，就要選擇同一型號(hào)不同剛度的減振器，來(lái)滿足車載電子設(shè)備的減振需求。

同時(shí)，在減振器的安裝方式上也要避免耦合的布置，將減振器的布置方式選擇為在電子設(shè)備的重心平面。當(dāng)配置分別于xoz、yoz兩個(gè)慣性主軸平面對(duì)稱時(shí)，那么電子設(shè)備減振系統(tǒng)就會(huì)沿著z軸運(yùn)動(dòng)，也就是耦合運(yùn)動(dòng)。這種情況出現(xiàn)的時(shí)候，可以通過(guò)改變剛度布局來(lái)實(shí)現(xiàn)解耦。當(dāng)兩支點(diǎn)的間距過(guò)小時(shí)，可以通過(guò)對(duì)a、c或者b、c進(jìn)行減弱耦合運(yùn)動(dòng)，改善車載電子設(shè)備的在行駛中的穩(wěn)定性。把平時(shí)電子設(shè)備的激振充分考慮到內(nèi)，為獲得理想的減振效果，就要在減振設(shè)計(jì)過(guò)程中采用2.5～4.5，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)遠(yuǎn)離激振頻率。

2.2.2 電子設(shè)備隔振器載荷設(shè)計(jì)

在對(duì)車載電子設(shè)備選擇隔振器的時(shí)候，首先要對(duì)車載電子設(shè)備的工作狀態(tài)有個(gè)全面充分得了解，對(duì)于需要滿足的要求進(jìn)行研究論證，確保隔振器的使用能夠解決車載電子設(shè)備的振動(dòng)問(wèn)題。其次對(duì)于隔振器的額定載荷的選擇應(yīng)該大于電子設(shè)備的質(zhì)量。一般比例在百分之五飯百分之十之間。再次車載電子設(shè)備隔振器的布局安排應(yīng)該科學(xué)合理，讓隔振器的各向剛度關(guān)于設(shè)備各向質(zhì)心平面對(duì)稱。并且電子設(shè)備在車輛正常使用過(guò)程中，主要來(lái)自于垂直方向上的振動(dòng)，所以車載電子設(shè)備隔振器的承載能力和布局安排主要來(lái)自于垂直方向的隔振與緩沖。

首先對(duì)電子設(shè)備所受的載荷要進(jìn)行全面的分析，試驗(yàn)在最大振動(dòng)下電子設(shè)備減振器所要承受的振動(dòng)，并且對(duì)其工作性能進(jìn)行合理分析，為減振器的載荷設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，不斷讓減振器在真實(shí)情況下進(jìn)行試驗(yàn)，檢查它在真實(shí)狀況中的表現(xiàn)，使其符合實(shí)際要求，滿足車載電子設(shè)備的實(shí)際需要。

3 車載電子設(shè)備隔振器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

任何新事物都是在不斷發(fā)展中解決問(wèn)題從而繼續(xù)發(fā)展的，電子設(shè)備隔振器也是如此。只有在不斷創(chuàng)新的過(guò)程中，本著使用方面、安全第一的原則，不斷對(duì)隔振器進(jìn)行創(chuàng)新，提高其實(shí)用性能與安全系數(shù)。不斷在隔振器領(lǐng)域創(chuàng)造屬于我們的輝煌。同時(shí)隔振器的研發(fā)設(shè)計(jì)和使用還要注意以下事項(xiàng)。

首先隔振器對(duì)于元件的精度要求比較高，必須保證隔振器的正常使用，同時(shí)帶來(lái)的技術(shù)要求和安裝也是難度較大，維護(hù)起來(lái)也相對(duì)復(fù)雜。所以一定要在前期準(zhǔn)備階段做好準(zhǔn)備工作，為隔振器的設(shè)計(jì)起到積極的促進(jìn)作用。由于其工作的復(fù)雜性和特殊性，對(duì)其要求也比較高。所以要加強(qiáng)元件的質(zhì)量，為隔振器的整體性能的提升和安全工作做好基礎(chǔ)和保證。

其次在隔振器的工作狀態(tài)中，對(duì)液壓油的要求也比較高，尤其是當(dāng)油液中混入空氣或水，就會(huì)引起液壓油的變質(zhì)，這對(duì)于隔振器系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性也是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，會(huì)直接影響隔振器得工作可靠性。對(duì)于提高電子設(shè)備隔振器的使用，保障車載電子設(shè)備的安全使用性能具有非常重要的意義。同時(shí)，隔振器的工作狀態(tài)要求獨(dú)立，不能與其他工作混淆，保證減振工作的獨(dú)立性，確保隔振器的工作質(zhì)量始終如一，為車載電子設(shè)備的安全使用保駕護(hù)航。

再次車載電子設(shè)備隔振器的安裝設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到與車架之間的特殊作用，要使用聚氨酯緩沖塊。聚氨酯緩沖塊的作用就是在電子設(shè)備隔振器與路面形成的沖擊力之間形成緩沖，相當(dāng)于一個(gè)輔助彈簧，能夠減小路面對(duì)于車載電子設(shè)備的振動(dòng)作用，使乘車的舒適性大大提升。鑒于目前隔振器的設(shè)計(jì)水平參差不齊，像橡膠件、油料等質(zhì)量經(jīng)常出問(wèn)題，導(dǎo)致隔振器的工作經(jīng)常出問(wèn)題。無(wú)法形成保障。所以在隔振器的設(shè)計(jì)上要加強(qiáng)質(zhì)量把控，細(xì)到每個(gè)元件都要質(zhì)量過(guò)關(guān)，確保隔振器的整體工作性能有個(gè)保證和提高，減少隔振器的事故率，為隔振器的正常工作提供可靠的質(zhì)量保證。

4 未來(lái)隔振器系統(tǒng)的發(fā)展

隨著車載電子設(shè)備的越來(lái)越廣泛的使用和普及，越來(lái)越多的電子設(shè)備進(jìn)駐車輛的裝配上車載電子設(shè)備隔振器的發(fā)展一定是向著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，布局更加科學(xué)合理，使用更加安全方便，使用材料也量更加新型同時(shí)成本也會(huì)更加便宜的方向上發(fā)展。同時(shí)車載電子設(shè)備隔振器在結(jié)構(gòu)方面也將會(huì)更加高效，采用可調(diào)阻尼的減振器，以用來(lái)適應(yīng)在不同路況條件下，實(shí)現(xiàn)減振保護(hù)車載電子設(shè)備的目的。目前車載電子設(shè)備隔振器的發(fā)展阻礙主要是于整車匹配方面，無(wú)法做到整體合一的境界。尤其是車體的輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等都可以作為振動(dòng)源，影響車載電子設(shè)備的正常運(yùn)行和工作，所以鑒于情況的復(fù)雜性，隔振器的使用一定要滿足復(fù)雜條件下的車輛減振需求，使車輛在使用過(guò)程中更加安全可靠，電子設(shè)備的工作不會(huì)受到外在的影響和干預(yù)，保持自身的穩(wěn)定性，為提高車輛的安全駕駛系數(shù)，提高乘車的舒適性提供保障。未來(lái)在車載電子設(shè)備隔振器的研發(fā)上，會(huì)重點(diǎn)對(duì)于復(fù)雜條件下的隔振器的工作性能進(jìn)行測(cè)試，滿足人們的需求，為車載電子設(shè)備在振動(dòng)很大的情況下依然能夠正常工作進(jìn)行減振處理，使車載電子設(shè)備隔振器的適用性得到提高，符合車載電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，為使更多的更先進(jìn)的電子設(shè)備安裝在車輛上提供了可能。

5 結(jié)論

通過(guò)以上研究論證，對(duì)車載電子設(shè)備減振系統(tǒng)進(jìn)行了充分的設(shè)計(jì)說(shuō)明，只有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則，按照設(shè)計(jì)要求和步驟，科學(xué)合理的對(duì)減振器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用之于車載電子設(shè)備減振系統(tǒng)上，對(duì)車載電子設(shè)備進(jìn)行減振，保護(hù)車載電子設(shè)備不受各種機(jī)械力的困擾，減少振動(dòng)與共振，保障車載電子設(shè)備的使用性能與安全性能。提高車輛的行駛安全系數(shù)，提高人們乘車和駕駛的安全系數(shù)，都是具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。在對(duì)車載電子設(shè)備隔振器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要加強(qiáng)試驗(yàn)論證，不斷在新的高度上實(shí)現(xiàn)更高的技術(shù)含量。為實(shí)現(xiàn)隔振器的適用性和科學(xué)性提供堅(jiān)實(shí)的保障，為車載電子設(shè)備的安全有效的使用進(jìn)行充分的保護(hù)，使車載電子設(shè)備隔振器的發(fā)展提升到一個(gè)新的高度。我們只有充分對(duì)車載電子設(shè)備隔振器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，才能獲得更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能掌握其中的規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)車載電子設(shè)備隔振器的科學(xué)合理的使用，提高我國(guó)車載電子設(shè)備的安全可靠做出積極探索與努力。

參考文獻(xiàn)

[1]楊平.農(nóng)用車載電子設(shè)備多介質(zhì)耦合型雙級(jí)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016（08）：120-124.

[2]王一臣，王健.減振器底蓋焊接上下料轉(zhuǎn)盤(pán)研究設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（03）：40-42.

[3]司震鵬，趙化剛.變截面車架牽引車減振器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2014（03）：88-91.

[4]劉斌，劉春茂，楊旭.變速器操縱系統(tǒng)的減振設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016（22）：125.

[5]楊衛(wèi)凱，張偉光.振動(dòng)設(shè)備基礎(chǔ)減振設(shè)計(jì)的探討[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（05）：117.

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