单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第十一章 隔振设计,概述,1,2,3,隔振原理,减振器设计,阻尼减振技术,4,5,振动测试技术,第十一章 隔振设计概述123隔振原理减振器设计阻尼减振技术,1,概述,1,系统振动特性的三个参数：质量、阻尼和刚度,隔振系统中，质量指电子设备的，刚度和阻尼则由支撑结构提供,共振导致很大的加速度，此时减振器起反作用，可用阻尼,阻尼也有二重性，大阻尼可降低振幅，过阻尼导致隔振效率降低,隔振器：用于减弱振动和冲击传递的支撑装置，也叫减振器,隔振器设计难点：对干扰频带的适应性,干扰频段很窄，或在共振区时间很短，容易设计,反之，设计难点的二重性，共振区和非共振区减振器的作用相反,隔振器的弹簧决定刚度，分为承载型和非承载型,承载型：提供刚度的同时，还有支撑和平衡的作用,非承载型：主要提供弹性恢复力,这里主要是指承载型，以金属弹簧和橡胶两种为主,工艺成熟，成本低，适用性强，可靠性高,概述1系统振动特性的三个参数：质量、阻尼和刚度共振导致很大的,2,概述,1,橡胶作减震器的弹性材料，特点：,1、取型和制造比较方便，改变内部构造可大幅改变三个方向刚度,2、自身阻尼较大，高频振动(50Hz)能量吸收较好，过共振区无需阻尼器,3、阻尼比随橡胶硬度变化，长期共振时，蠕变使阻尼失效,4、动态载荷的弹性模量大于静态时，比值12，还是频率的函数,5、易受环境条件影响，低温-50，高温60，老化显著，易受化学腐蚀,金属弹簧作减震器的弹性材料，特点：,1、材料稳定性好，对环境不敏感，抗油污、高低温，不易老化,2、动态和静态刚度基本相同，软硬皆可，无蠕变，但有最大应力要求,3、自身几乎无阻尼，容易传递高频振动，可能自激振动(150-400Hz),过共振区时，设备会有大振幅，需另加阻尼器,4、设计与计算资料齐备，制造和加工精度高，刚度准确,概述1橡胶作减震器的弹性材料，特点：金属弹簧作减震器的弹性材,3,第十一章 隔振设计,概述,1,2,3,隔振原理,减振器设计,阻尼减振技术,4,5,振动测试技术,第十一章 隔振设计概述123隔振原理减振器设计阻尼减振技术,4,2,隔振原理,隔振,最好的办法是消除振源：载具的发动机，电子设备的散热风扇，不现实,只能设备与振源隔离，使振动在传递图中减弱甚至消除,根据振源的不同，主动隔振与被动隔振,主动：设备本身在振动，将其与基础隔离，振动不传递到基础,被动：基础振动，将设备与基础隔离，振动不影响设备,被动隔振,牛顿第二定律得运动方程,传递给设备的激振变成两个，,弹簧+阻尼器，且相差90,响应振幅与激励振幅之比：隔振传递率，隔振系数,2隔振原理隔振最好的办法是消除振源：载具的发动机，电子设备的,5,2,被动隔振,1、频率比,响应振幅小于激励振幅，系统做衰减运动,频率升高衰减加剧，阻尼比大衰减降低,隔振原理,2、频率比,响应振幅大于激励振幅，系统发生共振,峰值出现在1附近，大阻尼比能抑制峰值,3、频率比,隔振与否的分界点，而与阻尼比无关,隔振效率：,注：以上公式推导的激振为位移表述，当用速度和加速度表示时，可以推出同样的结论,2被动隔振1、频率比响应振幅小于激励振幅，系统做衰减运动隔振,6,2,主动隔振,隔振原理,运动方程：,传递给设备的激振力变成两个，,弹簧+阻尼器，且相差90,系统的稳态响应：,弹簧力：,阻尼力：,其中：,传递率：,具体传递曲线两者完全一致,2主动隔振隔振原理运动方程：传递给设备的激振力变成两个，系统,7,2,等效阻尼,阻尼对隔振效率有不利影响，周期振源时适用，复杂振源不一定,粘性阻尼是线性的，利于求解，还有很多非线性阻尼，能量等效,稳态响应：,隔振原理,粘性阻尼作功：,振幅越大，,阻尼消耗的能力越大,等效阻尼：,非粘性阻尼,流体阻尼：物体以较大速度在较小粘性流体中运动,比例常数,结构阻尼：材料自身内摩擦力导致的,比例常数,库伦阻尼：固体表面的干摩擦阻尼,摩擦系数、摩擦力,2等效阻尼阻尼对隔振效率有不利影响，周期振源时适用，复杂振源,8,2,双层隔振,隔振原理,单层隔振的隔振系数不能取得过小时，可考虑使用双层隔振，也叫二次隔振,有两个隔振系数：,两个的曲线图,r接近0，两个系数均接近1,r增大，隔振系数也增加,0,ra区间，两个系数均为正,r=ra时，一阶共振,rra时，系数均为负值,r=rb时，二阶共振,rrb时，系数趋近于0,进而得出弹簧刚度：,u为质量比，取值0.21,在计算出另一个刚度，有相应公式,2双层隔振隔振原理单层隔振的隔振系数不能取得过小时，可考虑使,9,第十一章 隔振设计,概述,1,2,3,隔振原理,减振器设计,阻尼减振技术,4,5,振动测试技术,第十一章 隔振设计概述123隔振原理减振器设计阻尼减振技术,10,3,减振器设计,减振器的选用原则,设计时主要考虑：,1、根据对隔振系统固有频率和减振器刚度要求，决定其形状和几何尺寸,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，选取弹性元件和阻尼的材料,一般原则：结构紧凑、材料适宜、形状合理、尺寸尽量小、隔振效率高,需注意的因素：,1、载荷特点：结构一般是几何对称的，但设备重心往往偏离几何对称轴，因此减振器不能完全相同,2、减振器总刚度应满足隔振系数要求，减振器刚度应对称于系统惯性主轴,3、减振器总阻尼要综合考虑通过共振区的振幅要求，也要考虑隔振区的隔振效率,3减振器设计减振器的选用原则设计时主要考虑：一般原则：结构紧,11,3,主要参数：弹性模量,受多因素影响：橡胶种类、硬度、工作温度、形状尺寸、相对变形等,橡胶减振器设计,1、硬度：,减振器设计,肖氏度,不可压缩，泊松比约0.5，是温度函数,疲劳现象不显著，30万次无变化,2、温度：,40-55是最佳温度工作范围，,温度变化3-5，弹性模量15-20%,3、形状系数：,约束面积与自由面积之比,S不同，弹性模量也不同,具体查表、手册,3主要参数：弹性模量橡胶减振器设计1、硬度：减振器设计肖氏度,12,3,橡胶减振器设计,减振器设计,金属弹簧减振器,搞清载荷后,查阅机械设计手册,简单形状直接得到,复杂形状先分解成,简单形状,再复合起来,3橡胶减振器设计减振器设计金属弹簧减振器搞清载荷后简单形状直,13,3,设备重心往往偏离几何对称轴,重心和转动惯量,重心：,1、计算法，算出每个部件的重心和重量，进而计算整体的重心,2、称重法，先称出总重量，分别确定重心的x，y，z坐标,减振器设计,转动惯量：三线悬挂法,重量，三点圆半径,回转周期，线长,3设备重心往往偏离几何对称轴重心和转动惯量重心：减振器设计转,14,3,隔振系统的设计,减振器设计,步骤：,1、设计资料：设备物理数据，环境条件，减振器资料,2、隔振系统的设计：根据结构选择减振器的支撑位置和方式,根据非耦合条件选择减振器支撑的布置方式,根据承受能力选择隔振系统的固有频率,计算弹簧刚度,选择或设计减振器(环境适应性，共振参数),实验验证,3隔振系统的设计减振器设计步骤：,15,第十一章 隔振设计,概述,1,2,3,隔振原理,减振器设计,阻尼减振技术,4,5,振动测试技术,第十一章 隔振设计概述123隔振原理减振器设计阻尼减振技术,16,阻尼减振技术,4,粘弹性材料,电子设备不是理想刚体，减弱的振动仍然可能引起某些部件的共振，特别是无法二次隔振的微小器件,其动态特性：弹性模量，损耗因子,复弹性模量：,损耗因子：粘性材料的正交弹性模型与同相弹性模量之比,图表示振动时材料的能量关系，损耗因子表征阻尼能与最大弹性变形能之比，反映了材料耗散振动能量的能力，阻尼越大，损耗因子越大,目前应用：阻尼材料涂覆或黏贴在振动体上，粘弹性材料作为芯层镶嵌在基层与约束层之间，利用阻尼消耗大量机械振动能,剪切弹性模量：,拉伸损耗因子，剪切损耗因子,阻尼减振技术4粘弹性材料电子设备不是理想刚体，减弱的振动仍然,17,4,阻尼减振基本原理,结构阻尼：材料运动中存在内摩擦，结合面之间存在摩擦，导致的阻力,简谐运动时，其幅值=弹性力损耗因子，也是复数，复阻尼,运动方程：,设支撑体的运动为：,阻尼减振技术,质量m的响应：,带入运动方程，解出隔振传递效率,共振时，r=1，共振振幅完全由结构阻尼决定，,加速度响应：,增加阻尼或减小刚度都可抑制加速度,阻尼减振主要指增加自身的结构阻尼,基本原理,4阻尼减振基本原理结构阻尼：材料运动中存在内摩擦，结合面之间,18,4,阻尼减振基本原理,阻尼减振技术,结构阻尼：系统阻尼+材料内摩擦阻尼,系统阻尼：结合面之间的摩擦，由高压界面的相对运动引起，,损耗因子0.010.05,材料内摩擦阻尼：材料内耗引起的，损耗因子镁铝10-4，,铅10-3，铸铁10-2,材料内摩擦阻尼过小，难以达到减振的要求，因此需外加阻尼,阻尼橡胶，高聚合物材料，损耗因子可达23，共同构成复合材料，,金属提供强度、橡胶提供阻尼，综合损耗因子0.10.5,包括两种结构：自由阻尼结构，约束阻尼结构,自由阻尼结构：阻尼材料在结构表面,综合损耗因子与,阻尼材料和厚度有关,垫高可增加变形,导致损耗因子加大,4阻尼减振基本原理阻尼减振技术结构阻尼：系统阻尼+材料内摩擦,19,4,阻尼减振基本原理,阻尼减振技术,自由阻尼结构，工艺简单，但受温度影响大，不适合恶劣环境使用,约束阻尼结构：结构+阻尼材料+结构，多的一层即为约束层,基层和约束层提供结构强度，阻尼层吸收振动能量,也可根据需要做成多层结构,主要参数为三层结构的厚度和材料,约束阻尼结构的设计,基本设计要点：,1、根据使用场合和激振情况，确定预期的减震目标,2、确定结构振型，找到应变加大的部位，进行约束阻尼处理,3、在结构重量、刚度许可的条件下，尽量采用对称夹心结构,4、依据相关公式，进行详细的参数设计,4阻尼减振基本原理阻尼减振技术自由阻尼结构，工艺简单，但受温,20,4,阻尼减振的应用,阻尼减振技术,振动和噪声控制的四种处理方法：,隔振、阻尼、吸收、封闭,卫星上使用的继电器板,将原2.3mm厚的加强筋铝板,更换为阻尼结构,低密度泡沫垫高的自由阻尼,大大降低动力放大因子,4阻尼减振的应用阻尼减振技术振动和噪声控制的四种处理方法：卫,21,4,防振动、冲击的措施,1、消除振源，无法消除时，应想办法减弱振动，例如改善转子偏心率,2、结构刚性化，增加结构刚度，提高设备及器件的固有频率与激振频率之比，线缆捆扎，缩短器件引脚,3、隔离，激振频率高，增加刚度困难，使用减振器,4、去耦，电路板上器件多，各自的固有频率不同，因此共振频率区间较大，封装以后成为一个整体，区间大大减小,5、利用阻尼减振技术,6、其它,阻尼减振技术,4防振动、冲击的措施1、消除振源，无法消除时，应想办法减弱振,22,第十一章 隔振设计,概述,1,2,3,隔振原理,减振器设计,阻尼减振技术,4,5,振动测试技术,第十一章 隔振设计概述123隔振原理减振器设计阻尼减振技术,23,5,测试目的,理论建立在相对简单的力学模型基础上，与实际问题有一定差距，,电子装备结构十分复杂，精确的力学模型难以建立，复杂结构的,振动问题一般借助于实验解决。,振动测试技术,通过实验发现暴露结构的薄弱环节，修改和完善结构参数，并检验现有理论的可靠性和适应性。,仪器与设备,工作原理：,被测物体振动时，传感器将感受的,运动信号转化为电信号，经放大后，,通过分析仪器显示,5测试目的理论建立在相对简单的力学模型基础上，与实际问题有一,24,5,传感器,感知和传输运动信号是测量系统的重要环节，传感器是核心装置,振动测试技术,目前广泛使用的是电测传感器，可以将位移、速度、加速度和力等,物理量转化为电信号，便于传输、处理和存储,压电式加速度计的工作原理：,基座固定于被测物体上，压电元件受到惯性质量块的作用，由于压电效应在两个电极上产生电荷，其大小与受力变形成正比。,位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器，速度-位移，加速度-速度,电感型、电动型、涡流型、压阻型、压电型,压