电子产品缓冲防振设计

日期:2018-05-26 / 人气: / 来源:www.gycsjx.com

振动对电子产品的主要损害:

因振动产生共振而使电子产品的振幅越来越大,最后超过电子产品的极限加速度而破坏;

振动、冲击加速度虽然未超过电子产品所承受的极限加速度值,但由于长期振动、冲击的结果而使电子产品因疲劳而破坏。

为了保证电子产品的可靠性,使其适应各种振动和冲击环境,一般可采取以下防振设计技术措施:

印制电路板及元器件

印制电路板上的导热条不仅是起热传导作用,同时也有加强印制电路板的作用。有时为了进一步提高其防振、抗冲击能力,在印制电路板背面中间加装横向加强筋,以提高印制电路板自身的整体刚度,减小印制电路板在振动、冲击条件下的弯曲。另外,若采用模块化结构形式,印制电路板分别用紧固件固定在各模块盒体上,其缓冲防振能力会得到进一步加强。

元器件在印制电路板上的安装和布置在满足电性能和散热要求的前提下,还应考虑抗振动、冲击的要求。不同的元器件承受振动、冲击的能力是不同的,概括地讲:其耐振动、冲击能力取决于元器件自身尺寸、印制板的固有频率、外界作用力的大小、安装方法、安装位置和焊接质量等。处在印制电路板中间位置的元器件在应力作用下产生的位移最大(指两端固定的印制电路板),所以,耐振动、冲击性能差的元器件尽量靠近印制电路板两端支架,即挠度最小位置。安装时,元器件跨骑在导热条上,同时在元器件和导热条之间涂导热脂,这样既起到导热作用又起到缓冲防振作用,大体积元器件用导热硅胶固定,必要时对个别抗振性能差的元器件局部灌封。大部分元器件直接焊接于印制电路板上,需改写的可编程芯片插座采用插拔力很强的圆孔插座,以保证其接触可靠。

机芯的缓冲防振

机芯由支撑个多个功能模块组成,各模块又由印制电路板和盒体组成,机芯又和机箱模块连接在一起,因而,他们所构成的振动系统是相当复杂的,每个模块和支撑架都有各自的振动特性,两个结构件装配在一起又会呈现第三振动特性,组装方式不同其振动特性也各异。为了防止上述现象产生,必须采用倍频定律,倍频定律指出:在串联的弹簧-质量系统中,任何一组弹簧-质量系统的固有频率至少是前一组弹簧-质量系统固有频率的两倍,例如,假设机箱模块的固有频率是100Hz,那么机芯的固有频率应该在200Hz以上,才能防止因机芯的共振放大从而引起机箱模块发生共振。为达到上述要求,可采用以下两种缓冲防振措施:一是增加机芯刚度;二是用机械方法加大机芯边缘与支承界面之间的接触压力。

专用缓冲防振模块

橡胶模块和金属弹簧在专用隔振和缓冲模块电子产品设计中被经常采用。

橡胶模块的特点如下:

电子产品防振橡胶

  • 取型和制造比较方便,根据需要可随意选择三个互相垂直方向上的刚度,改变橡胶的内部构造,可以大幅度改变其刚度;
  • 橡胶自身具有较大的阻尼,对高频振动(50~60Hz以上)的能量吸收有显著效果;
  • 阻尼比随橡胶硬度的增大而增加。长时间处于共振状态时,橡胶会发生蠕变而使阻尼失效,故橡胶模块适合于偶发共振情况,也适合于静位移小而瞬时位移可能很大的冲击。
  • 在动载荷下的弹性模量比在静载荷下的大,两者比值一般在1~2之间。随着硬度的增加以及频率的升高,动态弹性模量也会变大;
  • 天然橡胶的性质受环境条件影响大,当温度低至-50~-60℃时,橡胶硬度显著增加,失去隔振作用;当温度高于+60℃,表面产生裂纹并逐渐加深,最后失去强度。此外,天然橡胶耐油性差,对酸、臭氧和光等的反应敏感,容易老化,故天然橡胶制作的模块要定期更换。

金属弹簧的特点如下:

电子产品缓冲弹簧

  • 材料的性能稳定,对环境条件反应不敏感,可在油污、高低温等恶劣环境下工作,不易老化;
  • 动刚度和静刚度基本相同,而且刚度的取值范围很大,故适用于静态位移要求较大的隔振;弹簧不但能做得很柔软(小于2Hz),亦能做得非常硬。当工作应力低于屈服应力时,弹簧不会产生蠕变。但是,应力超过屈服应力时,即使是瞬时,也会使弹簧产生永久变形,因此使用时应保证动态应力不超过弹性极限;
  • 材料自身几乎无阻尼,容易传递高频振动,或者由于自激振动(例如在150~400Hz之间)而传递中频振动。在经过共振区时,设备会产生过大的振幅,有时需要另加阻尼器、橡胶垫层和金属丝网(作为摩擦元件,不承受载荷)等,以克服这一缺点;
  • 弹簧的设计与计算资料比较成熟,刚度可以制造得相当准确。金属弹簧种类很多,如圆柱形弹簧、板形弹簧、圆锥形弹簧、盘形弹簧等,其中圆柱形弹簧应用最广。

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作者:电子产品设计


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