電子設備振動與衝擊防護
正文
電子設備在工作和運載過程中,不可避免地會受到振動、衝擊等機械力作用。如果結構設計不當,就會使電子設備受到損害以至失效。為了保證電子設備可靠地工作,必須採取相應的防護措施。振動和衝擊對電子設備的危害有:①使電子設備不能正常工作。例如,振動引起彈性零件變形,可能使電位器、繼電器、波段開關、插頭、插座等接觸不良或完全開路;可變電容器片子發生共振,電容量就會發生周期性的變化;導線的變形和變位,可能引起分布參量的變化,從而使電感和電容的耦合發生變化;振動使調諧電感的鐵芯移動,從而引起電感量變化,造成迴路失諧,工作狀態遭到破壞等。②振動和衝擊所產生的機械應力超過強度極限,會使元件、器件和結構遭到破壞。例如,電阻器和電容器引線的斷裂;機殼或底板發生變形甚至開裂,以及脆性材料如陶瓷、玻璃等的斷裂。此外,長期振動或多次衝擊也會使構件發生疲勞破壞。因此,要保證電子設備在振動和衝擊的環境下正常工作,必須採取各種防護措施。
提高電子設備本身的抗振能力 提高抗振能力的措施包括:使結構具有足夠的強度和剛度;縮短阻容元件的安裝引線或用適當材料將阻容元件直接粘接到安裝底板上;大而重的元件、器件套用固定夾或其他方式牢固地加以固定;對振動、衝擊特別敏感的元件、器件採取專門防振措施;用甲基矽橡膠灌封整個印製線路板外掛程式,使印製線路板及其上面的元件成為一個整體,消除元件和印製線路板之間的相互耦合振動;或者用甲基橡膠膜把印製線路板及其上面的元件包覆。在電子設備中如果能充分考慮上述各項抗振措施,設備即使不加減振器也能可靠地工作。
隔振措施 隔振是電子設備振動、衝擊防護的一種重要手段。將特殊的彈性元件(減振器)正確地安裝在設備和支承結構之間,可在一定頻率範圍內減小振動的影響。但是,如果減振器選擇不當,其效果可能相反。
隔振分為主動隔振和被動隔振兩類。當設備本身是振源時,為減小其對周圍其他設備的影響而採取的隔振措施叫主動隔振。其目的是減小傳到支承結構上的振動力。隔振對象是振源。例如,安裝在電子設備上的通風機或泵是一種干擾源,必須單獨隔振。當外界環境傳給支承結構以振動時,為減小支承結構的振動傳遞到設備上而採取的隔振措施叫被動隔振。例如,安裝在飛機上的電子設備,為減小機體振動對設備的影響,在支承結構和設備之間安裝減振器。
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減振器 用來減小或消除振動的一種特殊彈性元件。用於隔振的材料有軟木、毛氈、蜂窩式紙板、泡沫塑膠、橡膠及金屬彈簧等。電子設備常用的減振器有橡膠減振器和金屬彈簧減振器等。當激振頻率範圍較寬時,會出現多個共振頻率點,這時應增加系統的阻尼,消耗共振系統的能量,抑制共振峰。減振器常用的阻尼方式有空氣阻尼和摩擦阻尼等。為適應各種減振要求,減振器還可以設計成變剛度、變阻尼型的。
阻尼減振技術 在電子設備所處的機械環境中,激振頻率範圍有時很寬,從較低的頻率延伸到較高的頻率。這時,採用減振器隔振往往不能奏效,特別是對於寬頻的隨機振動。因此,現代電子設備往往不使用減振器,而是增加結構的阻尼來抑制振動。阻尼減振的原理是利用粘彈性阻尼材料的高阻尼特性,將振動的機械能轉變為熱能耗散掉。根據彈性阻尼層的塗覆及與金屬板件的組合形式,可分自由層和約束層兩類。自由層就是把粘彈性材料直接貼上或塗覆在需要減振的構件(如印製板)上,可以是單面噴塗,也可以是雙面噴塗。振動時通過粘彈性材料的變形,吸收振動的能量。約束阻尼層是把粘彈性材料貼上在構件和金屬板之間,可做成多層結構形式,但設計比較複雜。
參考書目
南京工學院主編:《電子設備結構設計原理》,江蘇科學技術出版社,南京,1981。