振动冲击的隔离精.ppt

振振动动冲冲击击的隔离的隔离第1页，本讲稿共29页v第一节第一节 机械环境机械环境v第二节第二节 单自由度系统的振动单自由度系统的振动v第三节第三节 隔振和缓冲设计隔振和缓冲设计第2页，本讲稿共29页 电子产品在使用和运输过程中所经受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：的机械作用可分为两类：1 1）电子产品工作时运动造成的机械摩）电子产品工作时运动造成的机械摩擦和磨损；擦和磨损；2 2）产品在运输过程中和在工作时，受）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，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。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。通常统称为机械环境。第3页，本讲稿共29页机械环境的种类机械环境的种类周期性振动周期性振动 指机械力的周期性运动对设备产生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的振动干扰，并引起设备作周期性往复运动。运动。物体受重复交变力（激振力）作物体受重复交变力（激振力）作用即产生振动，这时物体作周期性往复用即产生振动，这时物体作周期性往复运动。运动。主要振源主要振源:发动机振动、电动机、风发动机振动、电动机、风机和泵产生的振动等等。机和泵产生的振动等等。主要参数主要参数:振动幅度和振动频率。振动幅度和振动频率。第4页，本讲稿共29页非周期性干扰非周期性干扰 这是指机械力做非周期性扰动对电子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，但加产品的作用。其特点是作用时间短，但加速度大。速度大。冲击和碰撞是一种不规则的瞬间外力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。较冲击长且加速度不大，称为碰撞。第5页，本讲稿共29页惯性力和离心力惯性力和离心力 惯性力是运载工具变速运动时所产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。产品所承受的离心力也越大。第6页，本讲稿共29页单自由度系统的无阻尼自由振动单自由度系统的无阻尼自由振动单自由度振动系统单自由度振动系统 机械振动是物体受交变力作用，在某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。一位置附近做往复运动。机械振动系统通常由质量、刚度和阻机械振动系统通常由质量、刚度和阻尼各元素组成。尼各元素组成。在任意瞬间仅需要一个坐标就可确定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。其位置的系统称为单自由度振动系统。第7页，本讲稿共29页无阻尼自由振动无阻尼自由振动 对于对于物体只能在一个方向上产生振动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正弦振动曲线来描述其位移z与时间与时间t的的关系：关系：第8页，本讲稿共29页z和和t的关系式为的关系式为振动某一瞬时的速度振动某一瞬时的速度为为振动某一瞬时的加速度振动某一瞬时的加速度为为 最大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在工程上对某一加速度常用相当于重力加速度加速度g的多少倍来衡量的多少倍来衡量 第9页，本讲稿共29页 振动系统的固有频率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。固有频率。m m电子产品的质量电子产品的质量 K K弹性元件的刚度系数弹性元件的刚度系数(N/m)(N/m)，也称为静刚，也称为静刚度。其定义为度。其定义为:使系统产生单位静变形使系统产生单位静变形(或静位移或静位移)所需的作用力。所需的作用力。第10页，本讲稿共29页单自由度系统的阻尼振动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，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。这些阻力在振动中统称为阻尼。任何弹任何弹性系统在起振后，经过一定时间，都要性系统在起振后，经过一定时间，都要被逐渐衰减，这是因为阻尼总是存在的。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。且阻尼力越大，则振动衰减得越快。第11页，本讲稿共29页有阻尼的自由振动角频率为：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；有阻尼自由振动时的角频率；c阻尼系数阻尼系数 由上式看出：阻尼系数由上式看出：阻尼系数c c越大，越大，1 1越小。越小。当当c/(2m)=c/(2m)=0 0时，时，1 1=0=0，这时振动将停止。，这时振动将停止。我们把我们把1 1=0=0时的时的c c值称为临界阻尼系数，用值称为临界阻尼系数，用c c0 0表示。表示。第12页，本讲稿共29页 阻尼比阻尼比 一切弹性系统的阻尼系数一切弹性系统的阻尼系数c都介于都介于0c0之间。将之间。将c与与c0之比定义为阻尼比之比定义为阻尼比 =c/c0 表示弹性系统的阻尼情况。表示弹性系统的阻尼情况。值越近于值越近于1 1表示阻尼作用越强。表示阻尼作用越强。对于某个确定的弹性系统，其阻尼对于某个确定的弹性系统，其阻尼比是确定的。比是确定的。第13页，本讲稿共29页单自由度系统的强迫振动单自由度系统的强迫振动 在实际中所见到的持续振动，是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。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。动称为有阻尼的强迫振动。第14页，本讲稿共29页 在激振力作用下，系统产生有阻尼的强迫振动，在激振力作用下，系统产生有阻尼的强迫振动，其强迫振动的振幅其强迫振动的振幅A与外激振动的振幅与外激振动的振幅Ai间的关系间的关系为为 A系统强迫振动的振幅；系统强迫振动的振幅；Ai外激振动的振幅；外激振动的振幅；阻尼比；阻尼比；频率比，表示外激振动频率与系统固有频率频率比，表示外激振动频率与系统固有频率之比之比 第15页，本讲稿共29页1）当）当 时，时，0，则，则2）当）当 时，时，1，则则3）当）当 时，时，=1，如果，如果 越小，则越小，则 当当0时，则时，则 A，系统产生共振现象系统产生共振现象4）当）当 时，时，则，则5）当）当 时，时，则，则6 6）当）当 时，时，则，则 第16页，本讲稿共29页 减振的基本原理减振的基本原理 采取措施将被干扰对象与振源进行隔离，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。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，产品与基础隔离，以减少对产品的影响，称为被动隔振。称为被动隔振。第17页，本讲稿共29页通过以上的分析已知，只有当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。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。电子产品的隔振通常属于被动隔振。在在电子产品上安装减振器，使其构成弹性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系统，从要求系统减低或隔离振动的需要出发，使要出发，使 ，就能得到良好的，就能得到良好的减振效果。减振效果。第18页，本讲稿共29页第19页，本讲稿共29页在在I I区区 当当激激振振频频率率比比减减振振系系统统的的固固有有频频率率小小很很多多时时，没有必要装减振器。没有必要装减振器。在在IIII区区 当当激激振振频频率率接接近近系系统统的的固固有有频频率率时时，若若阻阻尼尼比比很很小小，振振幅幅可可能能增增加加很很大大，使使系系统统产产生生共共振振现现象象。显显然然在在共共振振时时减减振振系系统统起起了了助助振振作作用用，在在设设计计时时应应尽量避免。尽量避免。在在IIIIII区区 当当 时时，不不论论阻阻尼尼比比的的大大小小，隔隔振振系系数数均均小小于于1 1，减减振振器器只只有有处处在在这这一一区区域域才才能能起起减减振振作作用。用。第20页，本讲稿共29页减振器的类型减振器的类型橡胶减振器橡胶减振器 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，也称为橡胶架，也称为橡胶-金属减振器。金属减振器。1）取型和制造比较方便；）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）具有较大的阻尼，对高频振动的能量吸收有显著效果；显著效果；3）阻尼比随橡胶硬度的增大而增加；）阻尼比随橡胶硬度的增大而增加；4 4）橡胶的动刚度比静刚度大）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）天然橡胶的性质受环境条件影响大。第21页，本讲稿共29页第22页，本讲稿共29页金属弹簧减振器金属弹簧减振器 用弹簧钢板或钢丝绕制制成弹簧而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锥形弹簧，是以金属作为弹性材料的减振器。振器。1）材料的性能稳定；）材料的性能稳定；2）动刚度和静刚度基本相同）动刚度和静刚度基本相同；3）材料自身几乎无阻尼；）材料自身几乎无阻尼；第23页，本讲稿共29页第24页，本讲稿共29页减振器设计和选用减振器设计和选用 设计、选用的原则设计、选用的原则 1 1）根根据据对对隔隔振振系系统统固固有有频频率率和和减减振振器器刚刚度度的的要要求，决定减振器的形状和几何尺寸。求，决定减振器的形状和几何尺寸。2 2）根根据据对对系系统统通通过过共共振振区区的的振振幅幅要要求求，决决定定阻阻尼尼系数或阻尼比。系数或阻尼比。3 3）根根据据隔隔振振系系统统所所处处的的环环境境和和使使用用期期限限，选选取取弹弹性性元件的材料以及阻尼材料。元件的材料以及阻尼材料。一般原则一般原则是：结构紧凑、材料适宜、形状合理、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。尺寸尽量小以及隔振效率高。第25页，本讲稿共29页橡胶减振器的选用原则：橡胶减振器的选用原则：1 1）由由电电子子产产品品的的使使用用场场合合及及运运载载工工具具，可可以以明明确确其其所所承承受受机机械械因因素素的的性性质质和和大大小小，如如振振动动频频率、加速度和冲击加速度等。率、加速度和冲击加速度等。2 2）由由电电子子产产品品的的使使用用温温度度条条件件，可可以以明明确确所所需需减减振振器器的的工工作作条条件件。如如一一般般橡橡胶胶减减振振器器的的工工作作温温度度为一为一40408080。过冷橡胶硬化，过热则橡胶软化。过冷橡胶硬化，过热则橡胶软化。3 3）由电子产品的外形、尺寸、重量和重心位置等，）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。可以决定布置减振器的位置，并确定支承点数量。第26页，本讲稿共29页金属弹簧减振器的设计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；高温、高寒和油污等；工作性能稳定，不易老化；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，亦能刚度变化范围宽，不但能做得非常柔软，亦能做得非常钢硬。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。器或在金属减振器中加入橡胶垫层、金属丝网等。第27页，本讲稿共29页隔振系统的设计隔振系统的设计 当电子产品采用减振器，通常将产品与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减振器所组成的力学模型看作是一个单质体多自由度隔振系统。质体多自由度隔振系统。设计资料设计资料：产品的物理数据产品的物理数据 环境条件环境条件 减振器资料减振器资料 第28页，本讲稿共29页隔振系统设计隔振系统设计：1）根据产品结构选择减振器的支承位置和方式；）根据产品结构选择减振器的支承位置和方式；2）根据非耦合条件选择减振器支承的布置方式；）根据非耦合条件选择减振器支承的布置方式；3）根据产品能够承受的振动量级，选择隔振系统）根据产品能够承受的振动量级，选择隔振系统的固有频率；的固有频率；4）求弹簧刚度；）求弹簧刚度；5）选用或设计减振器；）选用或设计减振器；6）试验验证）试验验证 第29页，本讲稿共29页