精密電子設(shè)備的減振設(shè)計與試驗(yàn)分析

武向東

摘 ?要：在精密電子設(shè)備外部或內(nèi)部元器件上安裝減振器，可以有效隔離振動、沖擊，減少振動對精密電子設(shè)備的不利影響。因此，文章結(jié)合精密電子設(shè)備的減振原理，分析了精密電子設(shè)備的減振設(shè)計方法，并對精密電子設(shè)備的減振設(shè)計效果進(jìn)行了試驗(yàn)探究。

關(guān)鍵詞：精密;電子設(shè)備;減振

中圖分類號：TH131 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

前言：

精密電子設(shè)備所受機(jī)械力形式多樣，其中以振動、沖擊引起的故障危害最大，會導(dǎo)致精密電子設(shè)備在某一激振頻率下出現(xiàn)大振幅共振，最終因振動或沖擊加速度產(chǎn)生應(yīng)力超出設(shè)備承受極限強(qiáng)度而破壞?；诖?，針對精密電子設(shè)備所受機(jī)械力形式，對精密電子設(shè)備的減振方案進(jìn)行設(shè)計試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)分析非常必要。

一、精密電子設(shè)備的減振原理

在精密電子設(shè)備上安裝減振器主要是通過減振裝置，隔離、或者減少精密電子設(shè)備與外界機(jī)械振動間的傳遞，進(jìn)而減少基礎(chǔ)振動對精密電子設(shè)備不利影響，促使精密電子設(shè)備可以正常運(yùn)行。這一減振方式是一種被動隔振方式，可以保護(hù)精密電子設(shè)備不受損壞。

二、精密電子設(shè)備的減振設(shè)計

1、減振器選型

精密電子設(shè)備運(yùn)行時所受振動、強(qiáng)度、沖擊類型、頻率等性質(zhì)，確定了減振器隔離作用性質(zhì)，對于飛機(jī)載精密電子設(shè)備而言，主要以減振為主要目的，而對于艦用、車用精密電子設(shè)備則以緩沖為主要目的。從減振器材質(zhì)視角進(jìn)行分析，由于橡膠減振器具有一定溫度范圍，過熱、過冷會發(fā)生軟化、硬化反應(yīng)，且遇光照、油易老化，在溫度范圍超出-30～70℃、或者油類介質(zhì)、光照環(huán)境中不宜選擇橡膠減振器;從外形尺寸視角進(jìn)行分析，減振器安置空間大小由精密電子設(shè)備重心位置、外形決定[1]。同時精密電子設(shè)備內(nèi)元器件耐振抗沖擊能力大小與精密電子設(shè)備允許承受最大振幅、加速度緊密相關(guān)，據(jù)此可以確定減振器隔振系數(shù)。

2、參數(shù)條件設(shè)計

精密電子設(shè)備減振器主要參數(shù)包括額定負(fù)荷、剛度、阻尼比等。其中在額定負(fù)荷設(shè)計時，可以綜合考慮精密電子設(shè)備重量、減振器安裝數(shù)量、重心位置等因素，選擇額定負(fù)載大于額定負(fù)荷的減振器;而在精密電子設(shè)備減振器剛度設(shè)計時，從減振視角進(jìn)行分析，剛度大小主要由隔振效果決定，即通過對固有頻率進(jìn)行計算獲得所需隔振效果。隨后可以選擇小于或者等于計算剛度的減振器;在精密電子設(shè)備減振器阻尼比設(shè)計時，由于阻尼是控制、減少共振振幅的主要模塊，精密電子設(shè)備啟動、停止均需經(jīng)過共振區(qū)，若減振系統(tǒng)阻尼過小會導(dǎo)致振動增加，因此，對于單一頻率的激振環(huán)境，可以選擇阻尼比較小的隔振區(qū)。但對于振源較復(fù)雜的激振環(huán)境，可以選擇阻尼比較大的隔振區(qū)。

以航天用光電精密電子設(shè)備為例，由于光電系統(tǒng)對環(huán)境振動敏感度較高，但低頻隔振、緩沖效率無法達(dá)到最優(yōu)。據(jù)此，可以選擇具有良好三向低頻隔振性能、三向抗緩沖性能的橡膠減振器。其主要型號為EA25（或E25），外形尺寸和連接尺寸中L、L1、L2、B、B2、H、H1、M及n-d分別為70mm、54mm、40mm、40mm、40mm、40mm、27mm、M8及2-φ7，重量為0.22kg。Z、X、Y軸額定載荷分別為250N、100N、250N，靜變形為1.0±0.4mm（或0.90±0.3mm），Z、X、Y軸動剛度分別為500N/mm、560N/mm、950N/mm，Z、X、Y軸固有頻率分別為22.0Hz、23.5Hz、30.5Hz[2]。其中軟化剛度特征用鋼絲彈簧、三向剛度、鋼絲干摩擦阻尼減振比為1/2/1，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的三向減振，而高阻尼型硅橡膠材料的應(yīng)用，也可以達(dá)到1500PSI抗張強(qiáng)度、88LBS抗撕裂性。

三、精密電子設(shè)備的減振試驗(yàn)

精密電子設(shè)備試驗(yàn)主要通過三個階段開展，首先，通過振動響應(yīng)試驗(yàn)，獲得精密電子設(shè)備共振頻率，根據(jù)測量的共振頻率巍峨隔振防沖擊設(shè)計提供依據(jù);隨后在規(guī)定的環(huán)境下利用隨機(jī)振動方法開展耐久性試驗(yàn)，從振動級別、持續(xù)時間、振動頻率三個方面入手，驗(yàn)證減振器安裝后的精密電子設(shè)備是否與所需工作環(huán)境條件相符;最后，對精密電子設(shè)備減振耐久性試驗(yàn)后共振頻率進(jìn)行檢查。若發(fā)現(xiàn)精密電子設(shè)備減振設(shè)計后共振頻率發(fā)生異常變化，應(yīng)立即對減振器運(yùn)行情況進(jìn)行檢查[3]。

在具體試驗(yàn)開展過程中，可以將精密電子設(shè)備用減振裝置安裝在標(biāo)準(zhǔn)的振動試驗(yàn)臺上，以不同振動水平窄帶隨機(jī)信號作為精密電子設(shè)備減振裝置激勵信號（X、Y初始相對于固定支架傳遞比分別為6.98、1.30）。而經(jīng)過精密電子設(shè)備減振裝置輸出加速度信號作為響應(yīng)信號（X、Y向初始響應(yīng)信號主振向加速度總均方根值分別為95.00g、18.96g），分別利用兩個加速度傳感器，對激勵信號、響應(yīng)信號進(jìn)行測量對比，同時進(jìn)行X、Y軸頻率幅度響應(yīng)分析，最終得出驗(yàn)證性隨機(jī)振動試驗(yàn)測量結(jié)果如表1所示：

由表1可得出，在精密電子設(shè)備減振器驗(yàn)證性隨機(jī)振動試驗(yàn)中，X向試驗(yàn)時精密電子設(shè)備上測點(diǎn)I加速度總均方根值從95.00g下降至10.28g，相對于固定支架傳遞比由6.98下降至0.59，在測量位點(diǎn)范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯能量衰減，表明精密電子設(shè)備減振裝置在X向具有良好減振作用。同理，減振裝置安裝后，Y向試驗(yàn)時精密電子設(shè)備上測點(diǎn)I加速度總均方根值、相對于固定支架傳遞比均明顯下降，表明其在Y向具有突出減振作用。

四、總結(jié)

綜上所述，根據(jù)驗(yàn)證性隨機(jī)振動試驗(yàn)結(jié)果可得出，安裝減振裝置后的精密電子設(shè)備振動響應(yīng)顯著下降，從固定支架傳遞至精密電子設(shè)備上的振動響應(yīng)也顯著衰減。表明減振器可以有效隔離從外界傳遞到精密電子設(shè)備上的振動效應(yīng)，減振效果明顯。基于此，在精密電子設(shè)備減振設(shè)計過程中，相關(guān)人員可以根據(jù)減振原理，優(yōu)選減振器進(jìn)行減振設(shè)計，并進(jìn)行減振試驗(yàn)驗(yàn)證，提高精密電子設(shè)備抗振動能力。

參考文獻(xiàn)

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