第十章振动冲击.ppt

* * 第十章 振动与冲击 设备机械环境概述 1 2 3 单自由度系统振动 多自由度系统振动 冲 击 4 设备机械环境概述 1 机械环境分类 电子设备在运输和使用过程中，会受到各种机械力的干扰， 例如：振动、冲击、离心力、摩擦力等。这些机械力统称为机械环境 1、周期性振动 机械力的周期性运动对设备产生的振动干扰，并引起设备 作周期性往复运动 原因：载具发动机，内部电动机、风扇、泵 主要参数：振动幅度、振动频率 2、随机振动 机械力的无规则运动对设备产生的振动干扰 原因：随机性的外力作用，凹凸的路面，海浪 主要参数：无确切函数，用概率和统计的方法 3、碰撞和冲击 非周期性扰动的机械力，作用时间短，但加速度大 碰撞：飞机降落，汽车颠簸，次数较多，具有重复性 冲击：设备在运输或使用过程中遇到的非经常性、非重复性 的冲击力。爆炸、撞车、设备跌落 参数：波形、峰值加速度、持续时间、碰撞次数 设备机械环境概述 1 机械环境分类 4、离心加速度 载具作非直线运动时设备受到的加速度 原因：飞机盘旋，机载最大 危害：开关、继电器，方向与离心力方向一致时，可能触发 实际中， 不同对象 不同环境 差异很大 设备机械环境概述 1 环境界限与强度下限 恶劣的机械环境将直接影响到电子设备的可靠性 为评估电子设备对机械环境的承受能力，将其划分成不同程度实验 设备在实际工况中所承受的最严酷的环境称为环境界限 在此环境中，设备所能承受的最低振动强度称为强度下限 举例：a）某设备受到振动环境分布曲线，通常15g，界限25g b）设备的抗振动强度，多数25g，最高35g，下限15g c）阴影区内的设备是不能使用的 设备机械环境概述 1 振动、冲击的危害 1、设备破坏，振动导致共振，加速度超过极限，冲击力超过设备强度 2、材料疲劳损伤，机械环境引起的应力远小于材料强度许可，但长期振动或多次冲击使材料疲劳，长期引起损坏 具体表现在： 1、无特殊紧固措施的接插件松脱，导致设备失效 2、阴极射线管电极变形、折断，或导致噪声信号 3、振动引起弹性零件变形，元器件触点接触不良 4、指示灯忽亮忽暗，指针剧烈抖动，无法看清 5、共振，器件或设备可能完全失效 6、电路中元件或线路位移或变形，电路参数改变 7、机械结构部分变形，脆性材料(玻璃、陶瓷)断裂 8、水密气密措施失效 9、焊点脱落断开 10、螺钉连接失效，螺钉脱落造成其它损伤 振动主要导致器件或材料疲劳损伤，冲击由于瞬时加速度过大导致损坏 第十章 振动与冲击 设备机械环境概述 1 2 3 单自由度系统振动 多自由度系统振动 冲 击 4 2 单自由度系统振动 单自由度系统 弹簧的弹性恢复力使系统产生的振动 物体P质量m，弹簧刚度k，平衡点为原点 仅需一个坐标即可确定位置的系统，复杂系统的基础 机械振动系统通常由质量、刚度和阻尼元素组成 自由振动 牛顿第二定律得运动方程 常微分方程，有通解，给定初始条件 由两个同频的简谐振动组成，合成 2 单自由度系统振动 自由振动 振动周期： 圆频率或固有频率，只与m和k有关， 与初始条件无关，rad/s弧度/秒 固有频率： 振动中的阻尼 实际的系统在运动中必然存在阻力，振动系统中的阻力称为阻尼 粘性阻尼系数c 包含粘性阻尼的振动系统称为粘性阻尼系统，是线性的 弹簧并联： 弹簧串联： 2 单自由度系统振动 含阻尼的振动 含阻尼的振动系统受力： 得运动微分方程： 令：衰减系数 通解： 欠阻尼状态： 振动周期增大，振幅按几何级数衰减 过阻尼状态： 临界阻尼： 临界阻尼 过阻尼 振动与否的分界线 阻尼比D：实际阻尼与临界阻尼之比 2 强迫振动 由于阻尼的存在，自由振动会很快消失 工程中的振动是因外界激励产生的，有持续的能量输入，补充阻尼消耗 机械系统因外界激振所引起的振动称为强迫振动 激振的来源不同，振动的形式也不一样，但多数可简化为简谐振动 单自由度系统振动 两种激振 力激振：激振以力的形式直接作用于质量上 位移激振：力没有直接作用于质量，而是作用于支撑体的运动，通过 弹簧和阻尼间接作用于系统 2 含阻尼的强迫振动 受激振力作用的阻尼弹簧质量系统 由于阻尼，系统对初始激励的响应是衰减振动 称为瞬态响应，此后作等幅振动，称为稳态响应 其振幅与初始条件和时间无关，频率等于激振 单自由度系统振动 频率比： 放大系数： As激振力的静变形 放大系数由频率比和阻尼比决定 激振变化缓慢，振幅几乎不变 激振变化剧烈，系统响应不及