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（31）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 o/ U O={[1+4 E 2（ f / f o ）2]/[l-（ f / f o）2「+4E 2（ f / f o）2}“（1）式中x o——物体的垂向振幅（m）；U O——基础的垂向振幅（m）。
式中 f ――振动力的频率（H z）;f o――隔振系统的固有频率（H z）；k——隔振器的刚度（N/ m）;m—物体的质量（kg）；g――重力加速度（9.8m/s ）;E ――减振器的阻尼比（橡胶减振器的阻尼比为0.02~0.15 ）。
从n的表达式可以看出，隔振系数n与频率比（f /f。
）及阻尼比E有关。
当f/f o « 1时，隔振系数n=l。
此时振动力变化缓慢，且其几乎等值传递到基础上。
当f /f o =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/f o= 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 /f o> 2时，隔振系数n< 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< 1,即必须使频率比f /f o> 2。
在电子设备的减振设计中一般取频率比 f /f o为2.5~4.5 ,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1/2.5~1/4.5。
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 / f o〜1时，发生共振，应力求避免；不论阻尼大小，只有f /f o> 2，才有隔振效果；一般情况下，建议把频率比f/f o取为2.5~4.5。
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E。
它们各自的影响简述如下：①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：f o =（k/m）0.5/2 n （2）k 越大，f o越大，f/f o越小，n就越大（在隔振区）隔振效果差；k 越小，f o越小，f/f。
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。
②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 o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。
③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，大多数橡胶减振器遇油及光照易老化，当温度范围超出0~80C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：*3n H «e毬萼純f i 'm 't t 'E A^9S I型邑LL1L2E10 70 54 40 E15 70 54 40E25 70 54 40EA25 70 54 40E40 S5 6B48EA40 S5 够E60 100 aa56 EA60 100 30 56 ES5 12Q 100 76 EAS5 120 100 76E120 140 112 80 EA120 140 112 80 E160 145 115 B1 EA160 145 115 61 F??0 15Q 120 B6EA220 150 120 86 E300 155 125 38EA300 155 125 88E40GEMOO175 1751401409696外闿尺寸和连接尺寸mmBB1B2H H1 35 3540 27 40 40402740 404027 4B 40402755 5546 32 63 554632 65 6550 35 73 655035 70 7060 42 ao706042 85 35SO 46 101 es6046 108 9060 42 108 906042 118 11060 42 118 11060 42 125 105 60 65 47 125 105 60 65 47 130 110 £5 65 47130 110656547 亜啦KgM n-d M8 2-cp7 0 1B MB2呷丁 0 222呷7 0 22 MB 2-p7 0.22 M10 2呷9 0 42 M10 2呷乌 0 42 M12 2呷9 0 72 M12 2-p& 0.72 M14 2-(p11 1.14 M14 2-q>11 1.14M162-q>13 1 60 M162-qd3 1 60 M18 2呷13 1 95 M182-q>13 1 95M222-tp15 2 37 M22 2-q>15 2.37 M22 2呷15 2 90M222-q>15 2 90M27 2呷仃 340 M272-q>17340型号枠空怒mmzX YZX Y ZXY E1t> 100 50 100 0&10.3 330 350 500 2S5 29 5 350 E15 150 100 150 0 710.3 450 430 660270 27.0 33.0 E25 250 100 250 0 9±0.3 750 690 皈27.0 26 0 29 5EA25250 100 250 1 M.4500 560S5022.0 23 5 30.5E40400 150 400 0 7±0.31300 7401100 2S 5 21.5 260 EMO 400 150 400 1.210.4 870 800 1000230225 25.0E60 600 250 600 0 7±0.3 1600 900 1+00 25 5 19.5 240 EA60 600 250 600 1.2±0.4 1500 900 1900 25.0 19 5 26.0 ES5 850350B500 6±0.3200010001900240 17 0 23 5細定载榆N一.动刚度皈m同冇频卓Hz尿尼比C/Cc0 0&-012EAB5&50350850 1 &±0一41B501000210023.017 025.0 E120120050011000 9±0 32500110021DC23.015.021.0 EA12012005001100 1 5±0 4153&8001700值013,019 0 E160160070&15000 S±0.355001400280025 014521.0 EA1S016007001500 1.0±0.440001150245025.013 519.5 E2202200SOO19000 5±0 37000150035002S.013 0200 EA2202200aoa1900 1.110.445031400280022 512,518.0 E3003000馳21000 6±0.311000226055003C.013 521.5 EA30030009002100 1.110.456001500335021.511016.5 E400400011X)026000 7±0 313000240062002S 5120200 EA40Q400010002600 1 4±0.46500170050002C.010.517.5图1 E\EA型减振器技术参数(2) DD型橡胶减振器技术参数：H。