电子组装工艺与设备大二下学期第4章振动冲击的隔离

1、第三章 振动和冲击的隔离,第一节 机械环境 第二节 单自由度系统的振动 第三节 隔振和缓冲设计,电子产品在使用和运输过程中所经受的机械作用可分为两类： 1）电子产品工作时运动造成的机械摩擦和磨损； 2）产品在运输过程中和在工作时，受到外界的动力作用，虽然是随机性地产生，但终将可能对产品造成严重破坏性后果。 对电子产品构成影响和干扰的机械力通常统称为机械环境。,机械环境的种类,周期性振动 指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。物体受重复交变力（激振力）作用即产生振动，这时物体作周期性往复运动。 主要振源:发动机振动、电动机、风机和泵产生的振动等等。 主要参数:振动

2、幅度和振动频率。,非周期性干扰 这是指机械力做非周期性扰动对电子产品的作用。其特点是作用时间短，但加速度大。 冲击和碰撞是一种不规则的瞬间外力作用于电子产品的现象。如果这种外力随机出现，作用时间极短，加速度大，称为冲击。如这种外力具有重复性，作用时间较冲击长且加速度不大，称为碰撞。,惯性力和离心力 惯性力是运载工具变速运动时所产生的加速度引起的。加速度越大，电子产品所承受的惯性力也越大。离心加速度是电子产品作旋转或作曲线运动时所产生的加速度，离心加速度越大，电子产品所承受的离心力也越大。,单自由度系统的无阻尼自由振动 单自由度振动系统 机械振动是物体受交变力作用，在某一位置附近做往复运动。 机

3、械振动系统通常由质量、刚度和阻尼各元素组成。 在任意瞬间仅需要一个坐标就可确定其位置的系统称为单自由度振动系统。,无阻尼自由振动 对于物体只能在一个方向上产生振动位移的系统，我们可用最典型而简单的正弦振动曲线来描述其位移z与时间t的关系：,z和t的关系式为 振动某一瞬时的速度为 振动某一瞬时的加速度为 最大加速度为 在工程上对某一加速度常用相当于重力加速度g的多少倍来衡量 如令Ka=f2A0/0.25，则amax=Kag,振动系统的固有频率 当弹性系统作自由振动时，其振动频率只与系统本身的质量及弹簧的刚度有关，该频率称为弹性系统的固有频率。 m电子产品的质量 K弹性元件的刚度系数(N/m)，也

4、称为静刚度。其定义为:使系统产生单位静变形(或静位移)所需的作用力。,单自由度系统的阻尼振动 实际系统在运动中不可避免地存在阻力，随着时间的延长，振动将逐渐衰减直至停止。振动中的阻力有各种形式，这些阻力在振动中统称为阻尼。任何弹性系统在起振后，经过一定时间，都要被逐渐衰减，这是因为阻尼总是存在的。且阻尼力越大，则振动衰减得越快。,有阻尼的自由振动角频率为： 1有阻尼自由振动时的角频率； c阻尼系数 由上式看出：阻尼系数c越大，1越小。 当c/(2m)=0时，1=0，这时振动将停止。 我们把1=0时的c值称为临界阻尼系数，用c0表示。,阻尼比 一切弹性系统的阻尼系数c都介于0c0之间。将c与c0

5、之比定义为阻尼比 =c/c0 表示弹性系统的阻尼情况。 值越近于1表示阻尼作用越强。 对于某个确定的弹性系统，其阻尼比是确定的。,单自由度系统的强迫振动 在实际中所见到的持续振动，是靠外来的激振力对弹性系统作功，即输入能量以弥补阻尼所消耗的能量。这种在激振力作用下使系统产生的振动称为有阻尼的强迫振动。,在激振力作用下，系统产生有阻尼的强迫振动，其强迫振动的振幅A与外激振动的振幅Ai间的关系为 A系统强迫振动的振幅； Ai外激振动的振幅； 阻尼比； 频率比，表示外激振动频率与系统固有频率之比,1）当 时，0，则 2）当 时，1，则 3）当 时，=1，如果 越小，则 当0时，则 A，系统产生共振现

6、象 4）当 时， ，则 5）当 时， ，则 6）当 时， ，则,减振的基本原理,采取措施将被干扰对象与振源进行隔离，使振源传递给被干扰对象的振动得以减弱甚至消除。这种将被干扰对象与振源进行隔离的方法称为隔振。 当机器或产品本身是振源时，将其与支撑基础隔离开，以减少它对基础的影响，称为主动隔振。如果振源来自基础运动，将产品与基础隔离，以减少对产品的影响，称为被动隔振。,通过以上的分析已知，只有当 时，强迫振动系统的振幅才能小于外激力的振幅，从而起到减振的作用。 电子产品的隔振通常属于被动隔振。在电子产品上安装减振器，使其构成弹性系统，从要求系统减低或隔离振动的需要出发，使 ，就能得到良好的减振效

7、果。,在I区 当激振频率比减振系统的固有频率小很多时，没有必要装减振器。 在II区 当激振频率接近系统的固有频率时，若阻尼比很小，振幅可能增加很大，使系统产生共振现象。显然在共振时减振系统起了助振作用，在设计时应尽量避免。 在III区 当 时，不论阻尼比的大小，隔振系数均小于1，减振器只有处在这一区域才能起减振作用。,减振器的类型,橡胶减振器 以橡胶作为减振器的弹性元件，以金属作为支撑骨架，也称为橡胶-金属减振器。 1）取型和制造比较方便； 2）具有较大的阻尼，对高频振动的能量吸收有显著效果； 3）阻尼比随橡胶硬度的增大而增加； 4）橡胶的动刚度比静刚度大； 5）天然橡胶的性质受环境条件影响大

8、 。,金属弹簧减振器 用弹簧钢板或钢丝绕制制成弹簧而制成的，常用的弹簧有圆柱形弹簧和圆锥形弹簧，是以金属作为弹性材料的减振器。 1）材料的性能稳定； 2）动刚度和静刚度基本相同； 3）材料自身几乎无阻尼；,减振器设计和选用,设计、选用的原则 1）根据对隔振系统固有频率和减振器刚度的要求，决定减振器的形状和几何尺寸。 2）根据对系统通过共振区的振幅要求，决定阻尼系数或阻尼比。 3）根据隔振系统所处的环境和使用期限，选取弹性元件的材料以及阻尼材料。 一般原则是：结构紧凑、材料适宜、形状合理、尺寸尽量小以及隔振效率高。,橡胶减振器的选用原则： 1）由电子产品的使用场合及运载工具，可以明确其所承受机械

9、因素的性质和大小，如振动频率、加速度和冲击加速度等。 2）由电子产品的使用温度条件，可以明确所需减振器的工作条件。如一般橡胶减振器的工作温度为一4080。过冷橡胶硬化，过热则橡胶软化。 3）由电子产品的外形、尺寸、重量和重心位置等，可以决定布置减振器的位置，并确定支承点数量。,金属弹簧减振器的设计 对环境条件反应不敏感，适用于恶劣环境，如高温、高寒和油污等； 工作性能稳定，不易老化； 刚度变化范围宽，不但能做得非常柔软，亦能做得非常钢硬。 缺点是阻尼比很小，因此必要时还应另加阻尼器或在金属减振器中加入橡胶垫层、金属丝网等。,隔振系统的设计,当电子产品采用减振器，通常将产品与减振器所组成的力学模型看作是一个单质体多自由度