电子设备振动分析与抗振设计
周雄兵（中国空空导弹研究院环境试验，４７１００９）
【摘要】由于军用￣ｇ－Ｔ－设备的工作环境较为恶劣，故除了应对整机进行加固外，还应配以相应的隔振缓冲系统来提高设备的抗振能力，进而
提高电子设备运行的可靠性与稳定性，并延长其使用寿命。基于此，本文通过对军用电子设备激振的原因分析，且对军用电子设备进行了加固
设计，利用隔振模型对设备进行了抗共振和解耦设计。
【关键词】电子设备；振动分析；隔振缓冲系统
【中图分类号】ＴＮ６０２ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００６—４２２２（２０１７）Ｏ１—０２９４—０１
刖商
电子设备。特别是军用电子设备在振动环境中易因振动
疲劳效应与共振现象而导致自身电性能大幅下降，甚至可能
出现零部件失效混合疲劳损伤等情况。据相关部门统计，在军
用电子设备方面．引起弹栽电子设备失效的环境因素当中，振
动因素达到了２９％。在此背景下，加强对电子设备的振动分析
并对其结构进行优化设计．可以提高其抗振性能，已成为＇－３前
军用电子设备设计与制造领域需要着重开展的工作。
１电子设备激振原因分析
引起电子设备发生激振的原因主要有两方面：①力激振。
电子设备在运行过程中的激振力通过直接作用设备质量上引
起设备激振。例如．因舰艇发动机的振动从而引起运载器载体
发生振动 此外．安置在设备内的电源、风机等机械设备在工
作过程中发生的自主振动也会引起电子设备发生振动；②位
移激振 此种激振的作用机制为，激搌力并未直接作用于电子
设备上．而是在系统支撑体运动过程中，通过阻尼与弹簧问的
作用间接作用于设备上．从而引起设备激振。以处于运输状态
下的电子设备为例．因路面不平整而引发的设备在各个方向
上发生振动［”。
２电子设备的加固设计
２．１设备刚度设计
在载荷作用下。设备机箱和机柜等发发生相应的弯曲、转
动，具体说来就是其在沿着垂直轴振动时会发生弯扭耦合振
动。以机柜为例，通常．在对其刚度进行计算时将设备整体视
为一单自由度系统，此时，其弯扭耦合振动的固有频率ｆｎ可表
示为如下形式：
＝
｝＋ ＝ ＋ ㈩
式（１）中，ｅ和￡分别表示弯曲振动的固有频率和扭转振
动的固有频率，Ｍ和１分别为机柜的质量与长度，ＥＩ表示设备
抗弯刚度，其中，Ｋ ＝２ＧＪ／ｌ表示抗扭抗毒，Ｉ 为机柜的转动惯
量。由式（１）可知，若要使机柜的固有频率‘得到提升，则应尽
可能减小设备质量、缩短长度，或是提高其抗弯与抗扭刚度。
由于通常情况下，设备的质量与长度一定，故提高其抗弯、抗
扭刚度则为提升其固有频率的主要方法。具体措施主要包括
以下几方面：①应对构件的截面形状与尺寸进行合理选择，并
尽可能采用框架结构来提高其抗弯刚度与抗扭刚度；②对易
发生激振的薄弱环节与相关承裁零部件展开全面分析。其中，
插箱底板是各电子模块顺利安装的基础．而机柜骨架则直接
决定了其刚度。因此，在对机柜结构进行设计时，应尽量提高
底板与骨架的刚度
２．２连接刚度设计
连接刚度设计主要包括以下两方面：①连接用螺钉的选
取。连接用螺钉的规格、数量以及分布情况直接决定了设备运
行的稳定性．因此，在设计过程中，应根据设备的实际运行需
要对所用螺钉的规格、数量予以确定．并对其位置进行合理分
布．提高对设备的加固作用；②在设计过程中，应利用螺纹紧
固剂、防松垫圈与螺母等防止机箱与机柜、过渡件和机柜机箱
间螺栓连接发生松脱。从而提高整个设备系统的稳定性。
３振动隔离
３．１基于隔振器的隔振模型
基于隔振器的隔振缓冲是提高电子设备抗振与抗冲击性
能的主要方法．设计科学性且适用性较强的隔振缓冲系统能
够有效降低设备振动幅度并使设备在冲击与碰撞中所产生的
传递率得到有效控制，相应的力学模型如图１所示。对于高度
为１．２ｍ及以上的机柜。隔振器的安装已基本实现标准化，安
装方法为．将４只相同的隔振器安装在机柜设备底部，同时，
在其背部另外安装两只相同的隔振器．从而避免设备因受激振
力而产生大幅度摇晃．达到良好的抗振效果。但需要说明的是，
此种隔振系统存在着较大的耦联自由度，从而导致设备易发生
局部共振和耦联共振。因此。加强对这一系统的抗共振设计与
结构设计则成为了其实现电子设备良好抗振效果的关键。
图１背架式隔振系统力学模型
３．２抗共振与解耦设计
①对系统进行抗共振设计。抗共振设计主要是为了避免
隔振系统与电子设备产生共振。值得注意的是，对于机械振动
系统而言．其总会伴随着共振现象．且这一现象是无法避免
的。对于无共振情况产生的理想隔振系统，其隔振传递率１１应
小于１。②对电子设备背架式隔振系统进行解耦设计。在进行
设计的过程中．为确保隔振缓冲系统发挥良好的设备隔振效果，
应确保系统的垂向刚度为零．同时．还应确保隔振系统的水平刚
度同电子设备底部隔振器本身的水平刚度相匹配．从而在减缓系
统耦合振动效应的基础上，提高电子设备运行的稳定性。
４结论
本文主要对隔振缓冲系统的抗共振和解耦设计方法进行
全面的系统探究。研究结果表明，军用电子设备在运行过程
中．会因激振力与激振位移而发生振动．通过对设备刚度进行
科学设计并引入隔振缓冲模型能够有效抑制设备振动。未来，
还需进一步加强对军用电子设备振动原因与抗振设计方法的
分析，为提高军用电子设备运行的可靠性、稳定性，并使其更
好地服务于我国国防建设奠定良好基础。
参考文献
［１］杨勇．车栽电子设备抗振设计研 Ｊ］．硅谷，２０１２，０９（１４）：１１９～１２０
收稿日期：２０１６—１２—１６