肖训华电子设备的振动和冲击隔离设计.doc

肖训华：电子设备的振动和冲击隔离设计 当刚性连接的机箱、机柜、显控台无法满足环境试验要求时，可安装隔振系统帮助设备过关。但在大多数情况下，是为了通过隔振系统降低设备受到的振动冲击激励量值，为设备提供较好的力学环境，从而提高设备的安全性、可靠性和使用寿命。当无军品级商品时，在保证设备正常工作的前提下，可采用低一级(如用工业级代替军品级)元器件来降低设备成本。 提高设备结构设计水平和提高设备抗振抗冲击能力是首位的，必须克服完全寄希望于隔振系统的错误设计思想。 (一)电子产品振动冲击设计现有的标准 两大标准体系 ： 1、民(商用)标准体系-(国际电工委员会)标准体系 当今国内外在环境适应性规范和标准上有许多标准和方法,但归纳起来为二大体系： 一类是以IEC(国际电工委员会)为主体的国际通用的民用 (商用) 产品的环境适应性规范和标准体系,它是国际贸易中民用 (商用) 产品的环境适应性水平要求的共同语言、统一准则，它是以欧洲资本主义国家为主导制订的，可以说它是欧洲资本主义国家环境适应性现状和水平的反映。 我国自80年代开始采用等效或等同的方法先后将TC50(环境试验)、TC75(环境条件)制订(转化)成环境适应性试验国标(GB/T2423系列标准)与环境适应性条件国标(GB/T4798系列标准)。国标与IEC标准的特点是：环境适应性条件系列化、模拟试验方法(程序)经典、试验再现性高、不确定度好。 2、军标体系 另一类是军用产品的环境适应性规范和标准体系，最有代表性为美国的MIL标准和英国国防部07-55标准。我国自80年代开始采用等效或等同的方法先后将相同专业的美国MIL标准转换为我国军标，美国军标的特点是工程应用性好，特别是标准中的环境条件要求来自同类产品的平台环境条件。 (二)环境适应性的设计内容 电子设备在运输、储存和使用过程中要经受到多种多样的、错综复杂的环境条件。按对影响产品的环境因素来分，有下面几种环境因素： ①气候条件; ②机械条件; ③生物条件; ④辐射条件; ⑤化学活性物质; ⑥机械活性物质。 1、按对环境适应性设计专业可分为： ①耐高低温设计; ②防潮设计; ③抗振与缓冲设计 ④防生物侵害设计; ⑤防腐蚀设计; ⑥防尘、 ⑦防雨(水)设计; ⑧防太阳辐射设计。 2、环境适应性设计步骤 (1)确定产品寿命期的环境剖面 (2)明确产品的平台环境条件 (3)制订环境适应性设计准则 (4)环境适应性设计输入验证 (5)环境适应性设计评审 (三)设计方法 任何电子产品都是有众多的元器件、模块、组件、单元等组成，无论它们是大是小，都是要通过结构设计将其安装起来，才能形成所需的功能和性能。对此就需解决三个问题。 其一：选用符合抗振缓冲要求的元器件、模块、组件、单元 其二：进行抗振缓冲击结构设计 其三：采用符合抗振缓冲击要求的安装工艺 1、采用符合抗振缓冲要求的结构与工艺 a、材料的选用 对抗振缓冲而言, 材料的选用除考虑静态应力外,更主要根据振动与冲击对结构及支撐所产的动态应力和动态变形来考虑，若所产生的动态应力和动态变形在材料允許的安全工作应力范围，则不需特别设计，若超过则要采取措施，例如：加強、減低慣性矩与弯曲矩效应、或者更进一步的加上支撐构件。假如这些方法还不能將应力減低至安全要求以下，更进一步的办法是減低应力的方法是采用減震裝置。 b、紧固件的选用 对要经受振动与冲击的紧固件，不能单考虑靜态安裝。更主要的是考虑动态强度。 c、元器件的安装 从国内外元器件失效分析资料表明，有近一半元器件失效并非由于元器件本身固有质量不高，而是由于使用者对元器件选择不当或缺乏抗振缓冲安装知识造成的 1 振动与冲击对元器件的影响 振动与冲击对元器件的影响主要表现在三方面： (a)振动冲击的作用力超过了元器件的极限承受能力; (b)由于设计不当引起共振，造成元器件过高的响应而导损伤; (c)疲劳损坏，即虽然振动和冲击加速度未超过极限值，但在长时间的作用下，产品及其元器件，零部件因疲劳作用而降低了强度，最后导致损坏。 2 安装方式、方法及位置 元器件的抗振动与冲击的强度随安装方式、方法及位置不同而有很大差别，在电子设备的初步设计阶段，就应当明确振动与冲击的要求，以便合理的确定电路和结构设计方案，选择合适的电子元器件(包括了解和计算元器件的固有频率等)及其安装方法，正确确定机械结构的强度、刚性、质量分布和阻尼大小等。 1)分离元器件的安装 元器件卧式安装 元器件卧式安装可以提高其固有频率，卧装抗振能力强，为提高抗振与缓冲能力，卧装可紧贴安装板，也可垫上橡皮、塑料、纤维、毛毡安装等;还可用环氧树脂固定。对于小型电阻、电容器尽可能卧装，并在元器件与底版间填充橡皮或用硅橡胶封装 分离元器件的安装-元器件竖直安装方式 元器件竖直安装方式 有些小型设备为了充