电子设备的抗振设计VIP免费

电子设备在振动环境下，由于振动的疲劳效应及共振现象，可能出现电性能下降、零部件失效、疲劳损伤甚至破坏的现象。据统计，在引起机载(弹载)电子设备失效的环境因素中，振动因素约占27%•所以，对结构进行优化设计，提高设备的抗振动能力，是保证产品性能和可靠性的重要手段。电子设备受到振源传输来的强迫振动，不同的振源、不同的振动环境，对产品的影响是不相同的。车载设备及运输中的振动环境是中低频的随机振动，垂直方向的振动占优势，水平方向的振动量值远小于铅垂轴。在喷气式飞机及导弹上，其振源是发动机和气动扰流，以及着陆、滑行时机体的振动，其振动环境是宽带随机振动，垂直方向与水平方向的激励量值相当•舰船的主要振源是螺旋桨产生的低频周期振动。一般来说,为了避免共振现象，电子设备的固有频率应避开振动激励的频率,两者比值应大于2.5，称其为倍频法则。但在宽带振动环境中，这是做不到的，只能做到降低共振峰值、传递率和相关耦合率。因此，需要对系统及内部构件的固有频率和模态进行分析，来优化结构设计。2电子设备的模态分析2。1元器件的固有频率2.1.1小型器件对一般的两脚型悬空安装元件，如图1(a)所示,可简化为简支梁和均布质量。如图1(b)所示，该系统是一个单自由度自由振动系统，管脚质量不计,采用静变形法计算固有圆频率：其中：E——杨氏模量；I=nd4/64-—惯矩。2。1。2法兰型器件对大型器件，如变压器、波导等，都采用法兰盘连接。当l/b〈1时，按刚性质点处理；当l/b>2时，按均质悬臂梁简化（见图2）。当1仃/b<2时，刚度密度比值高的按质点考虑（如铝、钛），刚度密度比值低的（如铜、非金属）按悬臂梁处理。（a）按图2的模型，梁作横向自由振动的振型函数。Y（x）二Asin入x+Bcos入x+Csh入x+Dch入xA、B、C、D是取决于边界条件的常数。对悬臂梁的弯曲振动，其频率方程为:二阶圆频率:(b)悬臂梁绕X轴的扭转自由振动，其自由运动方程]为:曲线y、y的交点坐标即为3的值.12n2.2电路板的模态印刷电路板的结构形式一般分两种：插件锁紧型和螺钉紧固型，以前者居多。2。2.1插件锁紧型电路板一两个楔形夹及一个矩形插头可视为三边固定分析模型，如图3所示.路板上的元器件按均布质量考虑；杨氏模量E按基材的量值，如使用冷板则应按冷板的E值.梁作横向振动的振型函数：解得:2.2。2螺钉紧固型电路板其模型可简化为四角简支的均质平板，厚度为h,见图4。平板的弯曲方程为:a-边界条件:有的电路板上装有质量较大的元器件，对于这种情况，就要采用叠加法,将附加质量及其转动惯量的振动解叠加到平板上.2.3机箱的模态对平板型机箱，可按图4的模型，简化为四点简支的平板.对结构复杂的或装配式的机箱，则用有限元法进行离散处理，对模态矩阵的边值求解.整个求解过程很复杂，使用MSC/Nastron、Ideas等动力学分析软件可以方便地估算出机箱的固有频率和振动模态。3结构设计的优化3。1电子机箱的结构在进行机箱箱体的动力学设计时,除了进行静、动强度分析外，还应考虑它的物理特性对其内部组件、器件的影响，以及安装架的传递率。关键在于运用去谐、去耦设计来加强机箱抗振、抗冲击能力。适当的附加阻尼也可以抑制共振峰，降低传递系数。3。1。1去谐去谐就是避免系统内部的局部共振现象.对箱体而言，去谐设计应使箱体与电路板的固有频率相差很大。从理论上来说，两者的固有频率比值大于2时,相互的共振响应就较小(称倍频法则),若固有频率重合或接近时，将出现共振现象。在工程设计中,由于空间、重量的限制，将箱体、电路板的固有频率设计为1：2以上有很多约束条件。例如，要保证箱体在振动、冲击下的动强度，就要求机箱具备较好的刚性，而同时要求尺寸小，重量轻，按f=l/2n公式可知:其固有频率应高于普通电子设备，一般应在60Hz以上。若机箱固有频率高于120Hz，则要求电路板固有频率高于240Hz，将给电路板的结构设计带来困难。所以，机箱的固有频率应设计在60〜100Hz范围内•机箱在安装架上的紧固方式及位置对机箱固有频率影响很大，要重点考虑。在机箱内安装电路板的部位，局部加强刚度，均匀布置电路板的安装点，这样可以提高电路板的固有频率，达到去谐的目的•图5(a)所示...