电子设备振动环境设计之系统设计与隔振器03bxza.docx

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1、3.电电子设备备隔振缓缓冲系统统设计与与隔振器器当刚性连连接的机机箱、机机柜、显显控台无无法满足足环境试试验要求求时，可可安装隔隔振系统统帮助设设备过关关。但在在大多数数情况下下，是为为了通过过隔振系系统降低低设备受受到的振振动冲击击激励量量值，为为设备提提供较好好的力学学环境，从而提提高设备备的安全全性、可靠性性和使用用寿命。当无军军品级商商品时，在保证证设备正正常工作作的前提提下，可可采用低低一级(如用工工业级代代替军品品级)元器件件来降低低设备成成本。提高设备备结构设设计水平平和提高高设备抗抗振抗冲冲击能力力是首位位的，必必须克服服完全寄寄希望于于隔振系系统的错错误设计计思想。1.振动动

2、与冲击击隔离系系统设计计准则振动与冲冲击隔离离系统(以下简简称隔振振系统)设计，必必须遵循循以下准准则： 1)隔隔振器的的安装方方式必须须规范化化，标准准化;2)隔振振系统设设计模块块化、系系列化；3)隔离离系统的的实际传传递率必必须小于于许用传传递率，也也就是说说，隔振振系统传传递给设设备的激激励力必必须小于于设备的的许用值值；4)隔振振系统必必须进行行稳定性性校验。在在激励频频率范围围内，不不得出现现有害的的耦联振振动、共共振和非非线性自自激振荡荡；5)隔振振系统必必须兼有有隔振与与缓冲功功能；6)所选选用的隔隔振器的的抗振、抗抗冲击特特性和环环境适应应性必须须优于被被保护设设备。在在弹性

3、元元件失灵灵后，必须有有防护装装置。在任何何条件下下，设备不不得处于于无支承承状态。2.隔离离系统设设计必备备的原始始资料在进行隔隔离系统统设计之之前，必须对对被保护护设备、拟选用用的隔振振器，以及相相应的力力学环境境严酷度等进进行摸底底，以求求获得最最佳设计计。1) 被被保护设设备的资资料a.设备备总质量量及质心心在三维维空间位位置；b设备备绕各坐坐标轴的的转动惯惯量； cc设备在在各坐标标轴向的的一阶固固有频率率，或危险险频率； dd各隔振振器的实实际承载载量及安安装位置置； ee设备与与周围设设备及舱舱壁间允允许变形形空间； ff.设备备允许的的振动、冲击加加速度，或允许许的传递递率g设

4、备备试验和和工作环环境严酷酷度等级级。2) 隔隔振器资资料a总外外形尺寸寸、安装装孔尺寸寸；b与设设备联接接方式及及螺钉(螺孔)尺寸；c. 刚度度或公称称载荷下下的固有有频率；d. 承载载方向和和承载范范围；e. 动态态特性（）f. 校平平特性g. 推荐荐的典型型布置方方案；h. 环境境适应性性及使用用场所；i. 极限限变形量量限值；j. 蠕变变量值；k. 使用用年限；l. 型号号及生产产厂商；m. 诸如如可维性性、不适适合应用用场合以以及需特特殊说明明的其它它资料。3.1 电子子设备振振动隔离离系统 隔振振是采用用弹性、阻阻尼器件件将电子子设备与与基础隔隔离的技技术措施施。降低低基础振振动传

5、给给设备的的振动量量值称为为被动隔隔振或消消极隔振振；降低低设备振振动传给给基础或或基础附附近其它它设备的的振动量量值，称称为主动动隔振或或积极隔隔振。采采用隔振振器、阻阻尼器、阻阻尼材料料等无源源元件进进行振动动隔离的的技术措措施，称称为无源源振动控控制；采采用附加加能源输输入，并并引进伺伺服控制制系统进进行振动动控制的的技术称称为有源源振动控控制。 无源振振动控制制有二个个基本研研究方向向：加固固设计和和振动冲冲击隔离离。 加固设设计是在在振动理理论分析析与振动动实验分分析基础础上，筛筛选出抗抗振抗冲冲击特性性较好的的结构件件和元器器件，使使电子设设备在不不加装任任何隔振振缓冲器器的情况况

6、下，就就能在各各种严酷酷的机械械环境条件下安安全、可可靠地工工作，这这是加固固设计追追求的目目标。由于受技技术条件件或经济济成本方方面的限限制，有有时很难难实现上上述加固固设计的的要求。采采用隔振振缓冲技技术，减减少或避避免外界界激励对对电子设设备的有有害影响响，这便便是振动动冲击隔隔离技术术。振动冲击击隔离技技术是在在环境条条件严酷酷等级(激励值值)和电子子设备允允许响应应值(即脆值值)已知的的前提之之下，通通过对电电子设备备附加隔隔振缓冲冲器来进进行保护护的技术术措施。其其基本设设计思想想是通过隔振振器传递递给设备备的激励励值(即设备备的响应应值)始终小小于设备备的许用用值。换换句话说说，

7、即使使隔振器的的传递率率小于设设备的许许用传递递率，若若定义设设备的许许用传递递率为 （3.1）那么，当当隔振器器的实际际传递率率为时，则则应有 或或 式中 广义激激励的峰峰值，它它可以表表示位移移、速度度、加速速度和力力；广义义的许用用响应值值，它可可以表示示位移、速速度、加加速度和和力。但传递率率应为同同一物理理参数的的峰值比比。对电子设设备的结结构薄弱弱环节进进行加固固设计，而而整机则则采用隔隔振缓冲冲系统加加以保护护，是目目前工程应应用中较较为普遍遍而又经经济可靠靠的设计计方法。单自自由度隔隔振系统统1隔振概概念现以图331所示的的单自由由度隔振振系统为为例，说说明隔振振技术的的基本概

8、概念。图图示系统统中，刚性质量量块代表表电子设设备，它它通过弹弹簧k和和阻尼cc 组成成的隔振振器与基基础相联联。当设设备只能能在垂向运动动时，系系统是一一维振动动（即单单自由度度振动）。隔隔振器的的性能可可通过对对图施加加基础正正弦激励励和对图图中的质质量m施加正正弦力激激励的稳稳态正弦弦响应特特性来评评价。评评价指标标是传递递率。绝对传递递率传递递率是隔隔振器传传递的力力或运动动衰减能能力的评评价指标标。当振振源是基基础振动(运动动激振)时，绝绝对传递递率是绝绝对坐标标系中电电子设备备的响应应振幅与与基础振振幅之比比。当振振源是设备备内部的的振荡力力(力激励励)时，绝绝对传递递率是传传到基

9、础础上的力力幅与激激励力幅幅之比。相对传递递率相对对传递率率是隔振振器的相相对变形形幅值与与基础激激励幅值值之比。相相对变形形量是隔隔振器容容许位移移空间的的变量。该该特性对对于消极极隔振较较为重要要。运动响应应运动响响应有时时又称为为动力放放大因子子，它是是设备响响应的位位移振幅幅与当量量静变形形(激励力力幅除以以隔振器器静刚度度（)之比。当当设备受受到激励励力作用用时，隔隔振器必必须具有有使设备备自由运运动的位位移空间间。m设备设备m隔振器隔振器基础基础(a) (b) 图3.11 隔隔振器系系统示意意图(a)在在基础上上施加的的运动为为,传到到设备上上的运动动为时的的隔振；(b)在在设备上

10、上施加力力F，传到到基础上上的力为为FT时的隔隔振2隔振器器的弹性性阻尼特特性和传传递率隔振器的的基本特特征是它它具有弹弹性承载载和能量量耗散能能力。在在某些类类型的隔隔振器中中，承载载和能量量耗散功功能由同同一个元元件来实实现，例例如天然然或合成成橡胶，在在其它类类型的隔隔振器中中，弹性性承载元元件可能能缺少足足够的能能量耗散散功能，例例如金属属弹簧；所以要要另外提提供单独独的截然然不同的的能量耗耗散元件件(阻尼器器)。为了了分析方方便，假假设弹簧簧和阻尼尼器是分分开的元元件，一一般假设设弹簧是是线性，没没有质量量的；承承载能力力的非线线性和质质量对隔隔振的影影响本章章不讨论论。表3.11给

11、出了了各类阻阻尼器和和理想弹弹簧组成成的隔振振器的理理想模型型。a) 刚刚性连接接粘性阻阻尼器一一个粘性性阻尼器器c 被刚刚性连接接在设备备和它的的基础之之间，如如表3.1(a)所所示。这这种阻尼尼器具有有这样的的特性，即即传递到到设备的的阻尼力力与阻尼尼器中相相对速度度成正比比，即。这这种阻尼尼器有时时也称为为线性阻阻尼器。b) 刚刚性连接接Couulommb阻尼尼器表33.1(b)给给出了一一个具有有刚性连连接的CCoullombb阻尼器器的隔振振系统，阻阻尼器加加在系统统质量上上的力是是常数，和和阻尼器器的位置置与速度度无关，但但是它的的方向总总是和阻阻尼器中中的相对对速度相相反。c)

12、弹弹性连接接的粘性性阻尼器器弹性连连接的粘粘性阻尼尼器如表表3.11(c)所示。粘粘性阻尼尼器c和刚度度为k11的弹簧簧串联；承载弹弹簧(刚度为为k)和阻尼尼器弹簧簧之间有有关系。这这类阻尼尼系统有有时也称称为粘性性松弛系系统。d) 弹弹性连接接Couulommb阻尼尼器弹性性连接的的Couulommb阻尼尼器如表表3.11(d)所示，摩摩擦元件件只能传传递在阻阻尼器弹弹簧k11中出现现的力。当当阻尼器器滑动时时，摩擦擦力Ff和阻尼尼器的速速度无关关，但总总向着和和速度相相反的方方向。表3.11中所列列各类隔隔振器的的传递率率如表33.2所所示。表表中绝对对传递率率是绝对对坐标系系下响应应幅值

13、与与激励幅幅值之比比。相对对传递率率是激励励与响应应的相对对变形量量与激励励幅值之之比。运运动响应应为响应应的幅值值与当量量静变形形FK之之比。表3.11 理理想化的的隔振器器的类型型激振响应频率参数数阻尼参数数注：1)实质上上，这两两种激振振是相同同的，把把它们用用两种数数学形式式来表示示是为了了定义库库仑阻尼尼的阻尼尼参数时时方便一一些 22)在隔隔振问题题中，我我们只对对响应的的大小感感兴趣。所所以，相相位角通通常略去去不写，余余同。 3) 表3.11和表3.2中,阻尼比比用表示示(表示即即)。表3.22 表3.11中定义义的隔振振系统的的传递率率和运动动响应（当公式式绘有曲曲线时，在在

14、公式下下面给出出了曲线线所在的的图号，关关于名词词的定义义可参看看表3.1）阻尼器类类型绝对传传递率相相对传递递率运动动响应刚性连接接粘性阻尼尼器图3.2图3.33 图3.44刚性连接接Coullombb阻尼器图3.66 图3.77弹性连接接粘性阻尼尼器图3.55弹性连接接Coullombb阻尼器图3.110 图3.1111）仅当当激振是是由位移移振幅定定义时，这这些方程程才适用用；2）这些些曲线仅仅对最阻阻佳尼适适用；3）这些些曲线仅仅当n=3时适适用；4）仅当当激振用用位移振振幅定义义时，这这个方程程才适用用。标准准传递率率曲线 图33.122IEEC标准准传递率率曲线图3.13GB标标准

15、传递递率曲线线曲线A：适用于于仅考虑虑单自由由试时，其其共振频频率不超超过100Hz;曲线B：适用于于仅考虑虑单自度度时，其其共振频频率在110220HZZ之间；曲线C：适用于于仅考虑虑单自度度时，其其共振频频率在220550HZZ之间，具具有低回回跳特性性的有载载隔振器器。 A，B，C曲线的的斜率为为一122dBoctt。 19886年底底，电工工电子产产品环境境标准化化委员会会对国家家标准GGB244247进行修修订时，增增加了一条反映映我国880年代代研制的的新型隔隔振器特特点的传传递率曲曲线D曲线。DD曲线的的斜率规规定为一8ddBoctt。它适适用于仅仅考虑单单自由度度时，系系统的固

16、固有频率率小于55Hk，最最大共振振传递率率1.55的高性性能隔振振器(见图33.133)。综合以上上特征，用用于电子子设备的的各类隔隔振器的的隔振传传递率应应在A，B，C，D 曲线线中的任任一条曲曲线范围围之内。对对于传递递率超出出C 曲曲线范围围的隔振振器，其其传递率率用Q(其它)表示，在在隔振系系统设计计中，应应避免使使用。电子设备备实际使使用时带带隔振器器，而在在进行环环境试验验时，因因无现成成的合适适夹具，否否则要另另行设计专专用试验验夹具；或因振振动台承承载能力力限制，无无法使用用带安装装隔振器器的夹具具一起进进行试验等客观观原因，希希望将电电子设备备直接安安装在振振动台进进行环境

17、境试验。从从纯理论论上讲,根据电电子设备备等效损损伤(等效响响应)理论，可可将标准准传递率率曲线作作为加权权因子，对对环境试试验的严严酷等级级进行修修正。但但目前没没有相关关标准规规范加以以规定,故任何何修正是是没有法法律依据据的。显而易见见，以上上等效理理论只有有在确认认该系统统为绝对对解耦的的一维振振动情况况下才可可使用。3.2多多自由度度隔振系系统设计计 前面面讨论的的单自由由度系统统仅适用用于说明明隔振的的基本原原理，但但是对于于许多实实际问题题则是过过于简化化了。弹弹性支承承的质量量发生单单向位移移的条件件与许多多实际应应用的要要求是不不符的。一一般地说说，必须须按照给给定的力力和位

18、移移以及弹弹性约束束所规定定的限制制，考虑虑在所有有方向上上的运动动自由度度。由于电子子设备自自身的固固有频率率fn11，随着着抗振设设计水平平的提高高而不断断增大，对对于中大大型电子设备，其其一阶固固有频率率在铅垂垂向可达达20HHz以上上，水平平横向可可达100Hz以以上；对对于小型型电子设备其一一阶固有有频率在在铅垂向向可达330Hzz以上。不不过，扭扭转频率率一般较较低。现现在，随随着结构构、工艺艺材料等等的技术术发展，隔隔振器的的固有频频率fnn2则可可达到225Hzz，两者者的比值值(fn1ffn2)也越来越大。所所以，在在工程中中，往往往把电子子设备加加装隔振振器后所所组成的的隔

19、振系系统简化化为单质质体多自由度系系统来讨讨论。这这种简化化尽管有有一定局局限性，但但对工程程振动分分析而言言，还是是较为合合理的。在讨论多多自由度度线性振振动系统统的有关关章节中中，介绍绍了矩阵阵解耦的的问题，即即将矩阵阵M和K转换成成对角阵阵和的模态态变换。尽尽管这种种变换是是为了简简化求解解系统特特征值而而在数学学上所作作的处理理，而实实际上，真真实的系系统并没没有真正正解耦。但但是，它它给我们们指明了了解耦设设计的基基本原理理：使刚刚度矩阵阵和质量量矩阵同同时为对对角阵，即即系统的的刚度中中心与质质量中心心重合。电子设备备隔振系系统设计计的主要要任务是是避免或或抑制系系统的共共振抗共振

20、振设计和和避免或或减少耦耦合振动动解耦耦设计，即即工程中中的隔振振器选择择(或设计计)与布局局。抑制制共振的的方法，主主要是附附加适当当阻尼和和将共振振频率设设计在激激励频带带之外。本节着重重介绍单单质体多多自由度度系统的的振动特特点以及及隔振系系统工程程解耦设设计的基基本原理理和工程设设计方法法。耦合合振动和和解耦设设计如前所述述，只有有隔振系系统的刚刚度矩阵阵和质量量矩阵同同时都为为对角线线矩阵时时，系统统的各阶阶固有振动才才是解耦耦的。其其物理意意义是：当一个个坐标方方向上的的振动方方式必然然引起其其它坐标标方向的的振动时，则则称它们们之间是是耦合的的；反之之，则它它们之间间是解耦耦的。

21、在工程中中，解耦耦的方法法是通过过修改结结构设计计(如重新新布置元元器件、结结构件的的位置)和选配隔振器器的参数数或安装装位置，使使质量中中心与刚刚度中心心重合来来实现的的。1）弹性性耦合与与解耦方方法取质量中中心C为坐标标原点OO，可使使质量矩矩阵为对角角线矩阵阵。图33.144所示隔隔振系统统的运动微分方方程为= 00(3.22) 图3.14弹弹性耦合合系统当,则刚刚度矩阵阵不为对对角阵，必必然有zz和间的耦耦合，而而这种耦耦合振动动是通过过弹性元元件进行行的，故故称为弹弹性耦合合。解耦的条条件是使使 。若若时(质心C在几何何形心)，则有有。此时时，应选选用刚度度相同的的隔振器器。若时时

22、(质心心不在几几何形心心)，使这便便是正刚刚度调配配法，此此时应注注意选配配合适的的隔振器器刚度。2)惯性性耦合与与解耦由于电子子设备是是由许多多离散质质量的构构件组成成，因此此其质心心偏离几几何中心心的情况况是绝对对存在的。如如图3.15所所示的隔隔振系统统，假设设设备关关于YOOZ平面面对称，故故可将其其简化为为平面问题来讨讨论。取刚度中中心为坐坐标原点点()。由于于，并且且系统惯惯性力为为,及惯惯性力矩矩分别如如下：其运动微微分方程程为图3.115惯性性耦合系系统 图图3.116配重重法解耦耦系统+= (33.3)由于耦合合是系统统惯性力力相互作作用引起起的，故故称为惯惯性耦合合。惯性性

23、解耦方方法可采采用配重重法和刚度适适配法。(1) 配重法法配重法是是通过对对电子设设备加装装配重，把把质量中中心C调调配到刚刚度中心心O，使使两者重重合。在CO延延长线CC点处处加装质质量m1，如图图(3.16)，使,其微分分方程为为+=(3.4)(2) 正刚度度适配法法和负刚刚度适配配法在船载和和地面电电子设备备中，一一般对电电子设备备的自重重要求不不高。在在没有合合适的隔隔振器选选用时，可采采取上述述方法来来减少耦耦联振动动的有害害影响。对对于导弹弹、航空空、航天天器上的的电子设设备，由由于对其其自重要要求很严严，一般般不允许许增加重重量，或或在设备备的空间间不允许许加配重重时，便便不能用

24、用配重法法。因此此，在电电子设备备结构设设计时，必必需从元元器件、结结构件的的布局开开始，尽尽量考虑虑到使质质量分布布均匀，即即使有偏偏重现象象也应使使偏心距距e设计得得最小。这这一点对对于结构构设计人人员而言言是必须须引起高高度重视视的。一一旦偏心心已经客客观存在在，则可可用刚度度适配法法来解耦耦。 (a)正刚度度适配法法正刚度适适配法正正好与配配重法相相反，是是把刚度度中心移移到质量量中心使使之重合合。采用用正刚度度适配法已在在弹性耦耦合的解解耦中讨讨论过了了，但在在本节中中，隔振振器的刚刚度应满满足(b)负负刚度适适配法由于隔振振器设计计技术的的发展，现现已有负负刚度隔隔振器产产品。我我

25、们可以以采用引引入负刚刚度特性性的弹性元元件，使使隔振系系统的刚刚度中心心与质量量中心重重合。假假设在CCO连线线的延长长线上某某点C加装一负刚刚度隔振振器一。(如图33.177(a)，使使之满足足(3.55a)图3.117负刚刚度法解解耦系统统在解耦设设计时，若若一的安安装位置置根据结结构条件件确定为为后，可可按下式式确定一一(3.55b)由于引入入负刚度度隔振器器后，可可以既不不增加设设备的自自重，又又不占有有设备内内部空间间而达到到解耦的的目的，并并且还可可以降低低系统的的固有频频率。因因此，它它无疑是是一种很很有发展展前途的的新技术术。 隔隔振系统统模块化化设计基基本要求求隔振缓冲冲系

26、统是是用来减减弱或避避免强烈烈的振动动冲击环环境对电电子设备备造成有有害影响响的技术术措施。首先对对电子装装备内部部薄弱环环节进行行加固设设计，再辅之之以隔振振缓冲系系统是目目前工程程中应用用较为普普遍的、经经济可靠靠的设计计方法。隔振系统统模块化化设计的的目的，是是在保证证隔振缓缓冲系统统效果的的前提下下，提高高隔振系系统和隔隔振器的的标准化化、通用用化、系系列化和和成套匹匹配等技技术水平平。其基基本要求求如下：1）动态态特性规规范化在三轴向向的共振振传递率率小，最最好具有有无谐振振峰特性性()。弹簧簧特性应应为线性性，否则则会引起起非线性性亚谐、超超谐共振振，降低低隔振系系统的稳稳定性；耦

27、联振动动小，最最好具有有解耦特特性，从从而提高高系统的的稳定性性在规定的的振动冲冲击条件件下，隔隔振系统统应具有有隔振与与缓冲两两种功能能其动动态特性性应向理理论动态态特性逼逼近（图图3.227）。在颠振、冲冲击激励励下，隔隔振缓冲冲系统输输出的加加速度应应小于外外激励加加速度，并并且还必必须小于于设备的的许用加加速度。因因此，GGJB5510 “无谐谐振峰隔隔振器总总规范”规规定；无无谐振峰峰隔振器器的动态态特性指指标必须须满足： 隔隔振传递递率 ； 冲冲击传递递率 ； 平平均碰撞撞传递率率 。2）隔振振器安装装方式标标准化隔振器的的安装方方式和组组合形式式不仅确确定了隔隔振器的的动态特特性

28、和稳稳定性，同同时也确确定了隔振器的的弹性阻阻尼特性性和结构构设计的的准则。因因此，隔隔振器安安装方式式的标准准化是隔隔振系统统设计和隔振振器设计计的先决决条件。军用电子子设备常常用的隔隔振器安安装方式式如图33188所示。图图中，电电子设备备的质心心与坐标标原点重合，在在分析时时，可使使隔振系系统关于于惯性解解耦图3118中的的(a)，(b)，(c)为重心心平面安安装隔振振系统，其中(aa)，(b)适用于于机载电电子设备备，(c)适用于于邮电、通通信等电电信单元元模块比比较简单单，并采采用框架架式机柜柜的电子子设备。图3118电子子设备安安装方式式 图33.199 站直直式壁挂挂隔振系系统图

29、3.118(dd)是底底部安装装隔振系系统，适适用于支支撑底平平面较大大，重心心较低的的中、小小型电子子设备。图3. 188 (ee)为壁壁挂式侧侧面安装装系统，在三轴轴向均会会引起剧剧烈的耦耦合振动动，但它是是海军标标HJBB68中规规定的机机箱隔振振系统。严格执行行标准对对电子设设备不利利；如改变变安装方方式则有有违标准准的严肃肃性。这将使使设计人人员左右右为难。某研究所所的电子子机箱，在在总体安安装空间间不变的的前提下下，底部部采用两两只GWWF型隔隔振器，背部采用两只阻尼器，组成图3.19所示的站立式壁挂隔振系统，经试验证实，隔振效果和稳定性均有明显改善。由此可见，安装方式标准化是十分

30、关键的问题。图3. 18 (f)是HJBB68【6】标准准中规定定的背架架式隔振振系统。该该系统适适用于中中、大型机机柜和显显控台。是目前前应用最最多的安安装形式式。该系统统对底部部承载隔隔振器和和非承载载的背部部隔振器器的弹性性阻尼特特性的要要求是不不相同的的，并且只只有在两两者匹配配较好时时，才能获得得无共振振、低耦耦合的系系统动态态特性。安装方式式和隔振振器工作作高度HHo标准准化，对对系统和和隔振器器的动态态特性、匹匹配选用用及生产产制造过过程有着着决定性性影响，在在标准制制定时，应应综合考考虑各种种因素的的互相影影响，确确定较为为合理的的安装方方式和外外形尺寸寸。3.3 电子子设备冲

31、冲击隔离离基础冲击隔离离与振动动隔离一一样，也也可分为为主动和和被动冲冲击隔离离两类。由由于两类类冲击隔隔离在原原理上十分分相似，并并且，大大多数电电子设备备自身是是非冲击击源，故故本章的的重点放放在讨论论被动冲冲击隔离问题，但但就其冲冲击隔离离理论而而言，并并不失其其一般性性。如果把冲冲击激励励看成作作用很短短的样本本函数，利利用随机机振动的的分析方方法，可可求得它它们的自自功率谱密密度函数数，然而而，即使使把冲击击激励简简化为矩矩形脉冲冲，其激激励的自自功率谱谱密度函函数也是是超越函函数。此此时，求求解冲击击隔离系系统响应应方差的的解析式式是十分分困难的的。由此此可见，采采用频域域解析方方

32、法研究究单自由由度线性性系统的的冲击隔隔离问题题显得非非常困难难；用它它来研究究多自由由度系统统或非线性性系统的的冲击隔隔离问题题更是困困难了。为为此采用用时域分分析方法法研究冲冲击隔离离问题是是本章的的特点之之一。工作在各各类运载载工具上上的军用用电子设设备，总总是受到到振动和和冲击两两种激励励环境的的作用，为为电子设设备设计计的隔离离系统，必必须同时时兼有隔隔振与缓缓冲两种种功能。本本章给出出了兼有有两种功功能的隔隔离系统统的期望望特性曲曲线和设设计原则则。在评价冲冲击隔离离系统有有效性时时，如果果电子设设备的机机箱或基基板等不不为刚体体，则非非刚性构构件对冲冲击隔离离效果的的影响，也也在

33、本章章作了简简要介绍绍。 冲冲击隔离离效果的的评价指指标1）冲击击传递率率隔振器的的缓冲特特性是利利用它的的弹性元元件和阻阻尼元件件储存或或耗散冲冲击时的的能量，以以减小传递到设设备上的的冲击脉脉冲峰值值。这使使得设备备中的元元器件、结结构中的的动应力力低于其其材料的的强度限或屈服服限，从从而避免免或减弱弱冲击脉脉冲对设设备的有有害影响响。因此此，冲击击传递率率是考核核隔振器器性能的的重要指指标之一一。根据国家家标准(如GB2242335试验，冲冲击试验验)中的规规定，冲冲击传递递率定义义为设备备受冲击脉脉冲作用用后的设设备响应应加速度度峰值与与冲击脉脉冲加速速度峰值值之比，即即 (33.6)

34、 为了消除除残余响响应对试试验结果果的影响响。国家家标准规规定，在在进行冲冲击试验验时，第第二个冲冲击脉冲作用用前，应应使设备备响应值值趋于零零。或相相邻二个个冲击脉脉冲的时时间间隔隔应不小小于2秒。2）平均均碰撞传传递率碰撞与冲冲击的区区别在于于碰撞脉脉冲是连连续的重重复脉冲冲，故有有时也称称碰撞为为颠振；而冲击击脉冲是是单个脉脉冲。此此外，碰碰撞脉冲冲的频谱谱是离散散谱，冲冲击频谱谱是连续续谱也是是本质区区别的表表征。尽尽管冲击击和碰撞撞有以上上的区别别，但两两者的隔隔离系统统设计理理论是相相似的；并且当当相邻两两个碰撞撞脉冲的的影响互互不相关关时，其其隔离系系统的设设计理论论是完全全相同

35、的的。当相相邻两个个相邻碰碰撞脉冲冲互相关关时，碰碰撞隔离离系统的的设计仅仅比冲击击隔离系系统多考考虑一个个问题，即即如何选选择隔离离系统的的固有频频率和阻阻尼，使使两个相相邻脉冲冲变为互互不相关关。因此此不单独独讨论碰碰撞隔离离系统的的隔离问问题。但但由于碰碰撞是连连续脉冲冲，残余余响应与与后一个个脉冲的的叠加难难以避免免，且叠叠加时的的相位，量量值均带带有随机机性，每每一个脉脉冲作用用下的传传递率有有差异，故故用平均均碰撞传传递率这这一指标标来评价价碰撞隔隔离系统统的隔离离效果。平平均碰撞撞传递率率是考核核隔振器器衰减连连续碰撞撞脉冲能能力的重重要标志志。国家标准准(GBB242236试验

36、碰撞撞试验方方法)中规定定，碰撞撞试验的的严酷等等级由碰碰撞脉冲冲(脉冲波波形、脉脉冲峰值值加速度度和脉冲冲宽度)，碰撞撞速率(13次秒秒)和总碰碰撞次数数N(10000100000次次)三者共共同确定定。当相邻二二个碰撞撞脉冲作作用时，在在前一个个碰撞脉脉冲作用用后，如如果因隔隔振器的的阻尼较较大，或或者碰撞速速率较低低，在后后一个碰碰撞脉冲冲作用之之前，质质量m的响应应已趋于于零时(即m恢复到到静止状态)，则则称相邻邻两个碰碰撞脉冲冲的影响响互不相相关。简简言之，如如图3.20所所示，当当质量mm的总响响应时间间小于碰碰撞脉冲冲周期时时，相邻邻两碰撞撞脉冲的的影响为为互不相相关。反反之，如

37、如图3.21所所示，当当响应时时间大于于碰撞脉脉冲周期期时，相相邻两碰碰撞脉冲冲的影响响为互相相关。相相邻两个个碰撞脉脉冲对隔隔振器特特性的影影响是否否相关，与与隔振器器的固有有频率、阻阻尼比、碰碰撞脉冲冲的周期期(碰撞速速率)以及后的的残余响响应与后后一个碰碰撞脉冲冲之间的的相位差差等因素素有关。同一次碰碰撞脉冲冲作用的的碰撞传传递率的的定义和和计算方方法与冲冲击传递递率相同同 由图3.220两碰碰撞脉冲冲互不相相关图3.21两两碰撞脉脉冲互相相关由于各个个碰撞脉脉冲作用用时的碰碰撞传递递率不是是恒值，故故原电子子专业标标准SJJT 110177891隔隔振器特特性测试试方法中中规定：在总碰

38、碰撞次数数N中的最最后1000个碰碰撞脉冲冲作用下下所获得得的1000个中，取取自大到到小排列列的前110个较较大值()j的算算术平均均值，定定义为平平均碰撞撞传递率率 (3.77) 隔隔振缓冲冲系统的的期望动动态特性性用于军用用电子设设备的振振动冲击击隔离系系统，必必须兼有有隔振与与缓冲两两种功能能。振动动冲击隔隔离系统的期期望动态态特性是是隔离系系统设计计的优化化目标函函数。1)隔振振系统要要求的期期望态特特性从振动隔隔离系统统要求出出发，隔隔振系统统的期望望动态特特性应满满足如下下设计要要求或原原则：a) 非非耦合或或弱耦合合原则耦耦合振动动对隔离离系统极极为有害害，故应应采取各各种技术

39、术措施以以使隔振系系统解耦耦，并消消除耦合合振动的的有害影影响。b) 低低固有频频率()原则 在理理论上讲讲，隔振振系统的的固有频频率越低低越好。这这样，可可使共振振放大区区的频率率带宽变变窄，并并可在较较低的频频率点上上进入隔隔振区。最最理想的的情况是是使，但但,这是是因为当当时的隔隔振系统统是非稳稳定系统统。c) 线线性特性性在正弦弦扫频激激励时，非非线性系系统将不不可避免免地出现现系统响响应值的的”跳跃”现象，使使隔振系系统动态态稳定性性变差。线线性隔振振系统的的连续缓缓变动态态响应特特性可克克服非线线性系统统的不足足。d) 变变阻尼(无共振振峰)特性隔振振系统的的共振对对电子设设备极为

40、为有害。当当激励频频率的下下限频率较较高时，可可使,避避免出现现共振。当当时，则则只能采采用大阻阻尼来抑抑制共振振。在共共振区()使阻尼尼比，隔隔振传递递率，设设备与基基础间处处于无相相对位移移刚性联联接状态态。在隔隔振区()，使，可可获得较较好的隔隔振效果果，1。理想想的隔振振传递率率曲线如如图3.22所所示。综上所述述，隔振振系统的的理想动动态特性性应是线线性、低低刚度和和变阻尼尼特性。特性曲线如图3.23所示。图中力是弹簧反力与阻尼力之和。图3.222 理想的的隔振传传递曲线线 图33.233 FF-X特特性曲线线当电子设设备的质质量为，正正弦振动动激励位位移振幅幅为，系系统响应应振幅为

41、为，且系系统允许许相对变变形时，阻阻尼力应应满足如如下要求求：a) 当当时，要要保证，则则临界阻阻力；b) 当当时，要要保证，则则应使。2)冲击击隔离系系统要求求的期望望动态特特性由冲击隔隔离系统统设计理理论可知知，缓冲冲系统的的理想动动态特性性应符合合如下设设计原则则。a)能量量吸收原原则在冲冲击激励励脉冲作作用下，设设备自静静平衡位位置到最最大位移移量时，缓缓冲系统应能能储存和和耗散全全部的冲冲击能量量。否则则会引起起刚性碰碰撞，使使设备响响应加速速度增大大。b)输出出动荷最最小原则则应使设设备承受受的冲击击动荷，小小于设备备允许值值，即，从从而确保保设备及及其内部部的结构构件、元元器件的

42、的最大冲冲击动应应力小于于其材料料的强度度限、屈屈服限或或冲击疲疲劳极限限。c)变形形量最小原原则当具具有各种种动态特特性的系系统，吸吸收和耗耗散相同同的冲击击能量时，如果果要求限限制，则则它们各各自需要要的最小小变形量量如图33.244所示。显显而易见见，具有有零特性性的系统统其变形形量最小小。反之之，当限限制系统统的变形形量时，则则各类系系统输出出的冲击击动荷如如图3.25所所示， 可见具具有零特特性的系系统输出出的冲击击动荷最最小，硬硬特性系系统输出出的冲击击动荷最最大。由于冲击击激励可可能来自自同一坐坐标轴线线的正、负负两个方方向，完完整的曲曲线应包包括正、负负两个方向，为为节省篇篇幅

43、，图图3.224、图图3.225中的的特性曲曲线仅画画出正方方向，负负方向的的特性曲曲线是关关于坐标标原点的的对称曲曲线。图3.224 时时需要的的最小变变形量 图3.25各各类弹簧簧系统输输出的冲冲击动荷荷d)能量量耗散最最多原则则当被保保护设备备自静平平衡位置置到，而后后返回时，应使使阻尼力力耗散尽尽可能多多的冲击击能量，以以抑制设设备的冲冲击残余余响应峰峰值。从从而避免免设备受受连续冲冲击时，设设备的残残余响应应与下一一个冲击击脉冲的的同相位位叠加对对设备造造成的有有害影响响。尤其其当舰船船用电子子设备在在进行11201800次miin的高高碰撞速速率的碰碰撞试验验时，小小阻尼系系统造成

44、成的有害害影响特特别明显显。为此此，较理理想的情情况是使使系统在在半周内内阻尼力力耗散的的能量超超过输入入能量的的一半,那么，在在一个周周期内，设设备必然然处于静静止状态态。e)复位位原则缓缓冲系统统采用大大阻尼后后，必须须保证系系统在任任一位移移()位置上上弹簧恢恢复力大大于阻尼尼力，从从而使系系统能回回到静平平衡位置置。冲击隔离离系统的的期望动动态特性性 满足以上上条件的的冲击隔隔离系统统的期望望动态特特性。如如图3.26所所示的冲冲击隔离离系统期期望动态态特性曲曲线。由由图可见见，在到到时，是是零特性性；在返返回时，是是硬特性性。图3.226 冲冲击隔离离系统期期望动态态特性曲曲线 图图3.227 理想隔隔振缓冲冲系统动动态特性性曲线3) 隔振缓缓冲系统统的期望望动态特特性将图3.23和和图3.26所所示的两两种动态态特性拼拼接，即即可获得得图3.27所所示的隔隔振缓冲冲系统的的期望动动态特性性曲线。图图中,是隔振振时许用用位移,是隔振振器或隔隔振系统统的最大大位移。由由图3.27曲曲线可知知，当冲冲击激励励输给电电子设备备的动能能大于曲曲线中时时，系统统无法缓缓冲。故故在制定定标准时时应给隔隔振器留留有足够够的空间间，以吸吸收冲击击能量。（曲曲线的理理论基础础详见文文献、）。3.4 隔振振器设计计与选用用隔振器是是为电子子设备隔隔振系统统提供