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1、电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)电子产品(设备)结构设计与制造工艺结构设计与制造工艺电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲第四章第四章 电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲4.1 4.1 振动与冲击的危害振动与冲击的危害4.2 4.2 减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理4.3 4.3 常用减振器的选用常用减振器的选用4.4 4.4 电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减
2、振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲第四章电子设备的减振与缓冲4.1振动与冲击的危害一、机械力的作用1、周期性振动振幅、频率2、冲击和碰撞波形、峰值加速度、持续时间、次数3、离心加速度4、随机振动2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺二振动与冲击的危害1、元器件或材料机械破坏:疲劳损坏、强度破坏;2、结构变形或松动;3、电气参数变化;4、接触不良等。电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲200
3、4年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺具体表现在:具体表现在:1接接插插装装置置会会从从插插座座中中跳跳出出来来,并并碰碰撞撞其其他他元元器器件件而而造成破坏。造成破坏。2电电真真空空器器件件的的电电极极变变形形、短短路路、折折断断;或或者者由由于于各各电极作过多的相对运动而产生噪声,不能正常工作。电极作过多的相对运动而产生噪声,不能正常工作。3振振动动引引起起弹弹性性元元件件产产生生变变形形,使使具具有有触触点点的的元元件件(电位器、波段开关、插头座等)产生接触不良或开路。(电位器、波段开关、插头座等)产生接触不良或开路。4指指示示灯灯忽忽亮亮忽
4、忽暗暗,仪仪表表指指针针不不断断抖抖动动(或或指指针针脱脱落落),使观察人员读数不准,视觉疲劳。,使观察人员读数不准,视觉疲劳。5当当零零部部件件的的固固有有频频率率和和激激振振频频率率相相同同时时,会会产产生生共共振现象。振现象。电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺 6安安装装导导线线变变形形及及位位移移,使使其其相相对对位位置置改改变变,引引起起电电感感量量和和分分布布电电容容发发生生变变化化,从从而而使使电电感感电电容容的的耦合发生变化。耦合发生变化。7机
5、机壳壳和和基基础础变变形形,脆脆性性材材料料(如如玻玻璃璃、陶陶瓷瓷、胶木、聚苯乙烯)断裂。胶木、聚苯乙烯)断裂。8防潮和密封措施受到破坏。防潮和密封措施受到破坏。9锡锡焊焊和和熔熔焊焊处处断断开开,焊焊锡锡屑屑掉掉落落在在电电路路中中间间而而造成短路故障。造成短路故障。10螺螺钉钉、螺螺母母松松开开甚甚至至脱脱落落,并并撞撞击击其其它它零零部部件件,造造成成短短路路和和破破坏坏。有有些些用用来来调调整整电电气气特特性性的的螺螺丝丝受受振后会产生偏移振后会产生偏移。电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲电子设备的减振与缓冲2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制
6、造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理4.2 减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理一、减振的基本原理1.振动系统的组成 振动物体振动物体m和弹性物体和弹性物体k,又称为,又称为m-k系统系统 固有频率:固有频率:0 0=k/m1/S f f =k/m/2 H/2 HZ Z 2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2.隔振原理(减振原理)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2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产
7、品(设备)结构设计与制造工艺主动隔振 主动隔振主动隔振:隔振对象是振源隔振对象是振源 在振动物体与安装基础之间安装隔振在振动物体与安装基础之间安装隔振器,减少机器振动力向基础的传递量器,减少机器振动力向基础的传递量。减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺(2)被动隔振被动隔振:隔振对象是设备 在仪器设备与基础之间安装隔振器,以减少基础的振动对仪器设备的影响减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计
8、与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺(3)隔振系数主动隔振:传到基础上的力与原振力之比被动隔振:xO/UO被隔离的物体振幅与基础振幅之比减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺2(ffo)(ffo)2(ffo)隔振系数曲线:隔振系数曲线:隔振系数隔振系数与频率比(与频率比(ffo)及阻尼比)及阻尼比关系曲关系曲线线 减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计
9、与制造工艺减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理当当ffo 1时时当当 ffo=1时时当当ffo=2=12004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺当ffo1时,隔振系数=1;当ffo=1时,隔振系数为最大,振动力被放大,此时系统处于共振状态;当ffo=2时,隔振系数=1,振动力等值传递,此时系统无隔振效果;当ffo2时,隔振系数1,振动力减值传递,此时系统有隔振效果。隔振必要条件,频率比ffo2减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与
10、制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺 在电子设备的减振设计中一般取频率比ffo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。ffo=2.54.5减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺刚度k隔振器的刚度越大,隔振效果越差,反之隔振效果越好。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。阻尼比减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基
11、本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺阻尼的作用:阻尼的作用:在放大(共振)区内,阻尼可以抑制在放大(共振)区内,阻尼可以抑制传递的幅值,在共振区减小共振峰值,传递的幅值,在共振区减小共振峰值,抑制共振振幅,使物体的振幅不至于过抑制共振振幅,使物体的振幅不至于过大;在隔振区,阻尼反而使传递增大大;在隔振区,阻尼反而使传递增大,随着随着的增大,的增大,也变大,隔振效果变也变大,隔振效果变差。差。减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结
12、构设计与制造工艺 共振区要考虑增大阻尼:共振区要考虑增大阻尼:对于不同的阻尼比对于不同的阻尼比,曲线明显分,曲线明显分开,表明阻尼对共振的影响大,开,表明阻尼对共振的影响大,值随值随增大而减小,所以,对于启、停频繁增大而减小,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。振器选用时应考虑阻尼大一些的。减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造
13、工艺二、隔冲的基本原理冲击是一种急剧的瞬间作用分为主动隔冲与被动隔冲减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺 隔冲的基本原理:隔冲的基本原理:在支撑基座与电子设备之间装一减振器进行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,击隔离,当外界冲击力作用在支撑基座上时,由于减振器中的由于减振器中的弹性元件和阻尼元件弹性元件和阻尼元件产生变形,产生变形,吸收能量并延长冲击力作用的接触时间,使传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
14、击力减小了很多,达到缓冲的目递给设备的冲击力减小了很多,达到缓冲的目的。的。冲击减振器实际上是一个储能装置。冲击减振器实际上是一个储能装置。减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺 减振器的刚度越小,阻尼越大,则冲击力的作用减振器的刚度越小,阻尼越大,则冲击力的作用接触时间愈长,减振器的变形愈大,设备受到的冲接触时间愈长,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。击力也就愈小,缓冲的效果愈好。刚度很小的弹性体在吸收冲击能量时,会产生刚度很小的弹性体在吸收冲
15、击能量时,会产生相当大的位移,而电子设备的安装条件是否允许。相当大的位移,而电子设备的安装条件是否允许。阻尼的存在会使系统在变形时消耗能量,因阻尼的存在会使系统在变形时消耗能量,因此,在缓冲设计中增大减振器的阻尼,对有效地控此,在缓冲设计中增大减振器的阻尼,对有效地控制冲击十分有利。制冲击十分有利。减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺常用减振器的选用常用减振器的选用43常用减振器的选用一减振器的类型二橡胶-金属减振器、金属弹簧减振器三1.橡胶-金属减振器四优点:阻尼比较
16、高(0.020.13),不能长时间承受较大的变形,能承受冲击作用,隔冲性能好;五缺点:怕高温、油污、酸、光照等2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺 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而成。优点:对环境条件反应不敏感,耐高温、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 缺点:阻尼比很小(0.005),共振时很危险。因此必要时还应另加阻尼器
17、。常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺3.3.阻尼材料阻尼材料利用阻尼材料的粘弹性将机械能动转变为热能,利用阻尼材料的粘弹性将机械能动转变为热能,从而起到减振、降噪的作用。从而起到减振、降噪的作用。常用的阻尼隔振材料有两种形式:常用的阻尼隔振材料有两种形式:自由阻尼结构自由阻尼结构 将阻尼材料覆盖(粘贴或喷涂)在需要减振将阻尼材料覆盖(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。料能
18、将机械振动或声振动转变为热能消耗。被覆盖的结构物称为基层,阻尼层可以是单被覆盖的结构物称为基层,阻尼层可以是单面或双面。面或双面。常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺约束阻尼结构约束阻尼结构 在自由阻尼层面上再覆在自由阻尼层面上再覆盖一层材料,就构成约束盖一层材料,就构成约束阻尼结构,而这一覆盖层阻尼结构,而这一覆盖层称为约束层。称为约束层。根据需要也可作成多层,根据需要也可作成多层,基层与约束层统称为结构基层与约束层统称为结构层,它为阻尼结构提供强层,它为阻尼结构提供强度,阻
19、尼层则吸收能量。度,阻尼层则吸收能量。常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺0 f1 f2 fa设备强度极限设备强度极限振动环境振动环境振动环境、设备强度与频率关系曲线振动环境、设备强度与频率关系曲线减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理减振缓冲的基本原理2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺减振缓冲设计步骤:减振缓冲设计步骤:1、确定已知条件、确定已知条件设备使用场合、使用环境,机械力的形式及强度;设备使用场合
20、、使用环境,机械力的形式及强度;设备的结构尺寸、重量等;设备的结构尺寸、重量等;设备及内部元器件的耐振冲能力。设备及内部元器件的耐振冲能力。2、设计计算、设计计算隔振系数:隔振系数:max设备强度极限设备强度极限/振动环境峰值强度振动环境峰值强度确定减振系统的固有频率:确定减振系统的固有频率:频率比频率比ffo fo减振系统的刚度:减振系统的刚度:f=k/m/2 K每个减振器的承载每个减振器的承载每个减振器的刚度每个减振器的刚度3、选择减振器、选择减振器2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺max设备强度极限设备强度极限(3g)/振动环振动环
21、境峰值强度境峰值强度(10g)=0.3 取取取取=0.05频率比频率比ffo=2.+(2.06)2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺减振缓冲设计步骤:减振缓冲设计步骤:1、确定已知条件、确定已知条件设备使用场合、使用环境,机械力的形式及强度;设备使用场合、使用环境,机械力的形式及强度;设备的结构尺寸、重量等;设备的结构尺寸、重量等;设备及内部元器件的耐振冲能力。设备及内部元器件的耐振冲能力。2、设计计算、设计计算隔振系数:隔振系数:max设备强度极限设备强度极限/振动环境峰值强度振动环境峰值强度确定减振系统的固有频率:确定减振系统的固有频率
22、:频率比频率比ffo fo减振系统的刚度:减振系统的刚度:f=k/m/2 K每个减振器的承载每个减振器的承载每个减振器的刚度每个减振器的刚度3、选择减振器、选择减振器2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺二减振器的选用原则选用减振器时主要应考虑以下问题1.使用条件 振源性质、环境温度、外形尺寸和元器件耐振抗冲击能力2.参数条件 阻尼比、刚度(或频率)、额定负荷。常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺阻尼比:减振时阻尼应小些,为防
23、止共振适当加大;缓冲时选较大阻尼。刚度(或频率):减振器的刚度要等于或小于计算刚度。额定负荷:减振器额定负荷应大于实际承载。常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺三三 减振器的合理布置减振器的合理布置1.1.应使各减振元件受力均匀,静压缩量基本一致;应使各减振元件受力均匀,静压缩量基本一致;2.2.将减振器安装在设备底部四角较为方便,但为了提将减振器安装在设备底部四角较为方便,但为了提高稳定性,减振器的安装平面应尽可能提高,最好是高稳定性,减振器的安装平面应尽可能提高,最好是在设
24、备重心所在的平面;在设备重心所在的平面;3.3.同一设备的减振器最好选用同一型号的产品。同一设备的减振器最好选用同一型号的产品。常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用常用减振器的选用2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施44电子设备减振缓冲的结构措施一、电子设备的总体布局 重量均布,重心靠近几何中心,降低重心2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺二元器件的布置和安装1.导线和电缆用线夹分段固定;采用软导线比单股硬导线好;单股导线不
25、要绷紧,同时套绝缘套;电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺2.继电器在用一个继电器的地方,使用两个固有频率不同的继电器。舌簧型继电器,应该使触点的动作方向和衔铁的吸合方向尽量不要同振动方向。电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺3.晶体管 用螺钉固定在底座或散热器上;采用压紧装置(如各
26、种压紧弹簧、帽盖和帽罩等)安装在管座上,并压上护圈、护圈用螺栓固定在底板上;焊在印制板上,管脚引线不能长,并加套管或用胶接固定。电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺4.变压器 应尽量安装在设备的底层,其位置不宜偏离设备形心太远,为了提高变压器的安装牢固性,应采用刚性较好的支架,并利用变压器铁心的空心螺栓将支架和铁心牢固地固定在底座上,其螺栓应有防松装置。电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备
27、减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺5.电容器和电阻器 一般采用剪短引线;或用(硅橡)胶封装固定;对较大的电容器和电阻器,用螺钉或螺栓、专门支架固定在底座上。电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺6.6.印制电路板印制电路板 (1 1)增加)增加PCBPCB刚度(厚度或附加加强筋);刚度(厚度或附加加强筋);(2 2)用用橡橡胶胶减减振振器器作作为为附附加加的的结结构构
28、支支撑撑,增增加加支支承承点;点;(3 3)增增加加PCBPCB边边缘缘与与支支承承界界面面间间的的接接触触压压力力,加加压压紧装置;紧装置;(4 4)加阻尼材料;)加阻尼材料;(5 5)将)将PCBPCB进行封装,使印制板、元件、各插接件进行封装,使印制板、元件、各插接件成为一个整体。成为一个整体。电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺7.机架和底座应进行刚度和强度计算,提高机架和底座的刚度,以便最终提供一个最佳的挠度;避免产生应力集中的
29、结构。电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺 三三 其它措施其它措施 1.消除振源:消除振源:即减少或消除振动和冲击的干扰源。即减少或消除振动和冲击的干扰源。主动隔振,对旋转部件进行动平衡;主动隔振,对旋转部件进行动平衡;电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺 2.隔离:隔离:在设备和基础之间安装减振器,以减少在设备和基础之间安装减振器,以减少振动和冲击对设备的危害。振动和冲击对设备的危害。被被动动隔隔振振,对对某某些些元元件件用用橡橡皮皮垫垫、海海绵绵或或泡泡沫沫塑塑料料浸浸渍渍703胶胶等等弹弹性性(软软)材材料料填填塞塞在在元元件件与与底底板板之之间间以以起起到到减减振振垫垫的的作作用。用。电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施电子设备减振缓冲的结构措施2004年12月18日电子产品(设备)结构设计与制造工艺电子产品(设备)结构设计与制造工艺谢谢大家!2004年12月18日
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