车载设备抗振缓冲设计

车载电子设备的抗振设计

随着现代军事技术的飞速发展，移动或车载装备也越来越普遍，电子设备频繁地受到振动、冲击、碰撞等机械环境的损害，这样就对车载电子设备的可靠性提出了越来越高的要求。电子设备在振动和冲击环境下造成的危害表现在以下两个方面：

（1）设备在某个激振频率下发生振幅较大的共振；

（2）长期的振动和冲击，易使电子设备产生疲劳破坏。

因而，对车载电子设备的抗振动冲击问题应加以足够重视。

车载电子设备的抗振设计主要采取下面二个措施：

（1）加固设计

提高电子设备结构上的薄弱环节，对薄弱环节进行加固，提高设备的固有频率，使其容许的冲击应力和疲劳极限高于其实际响应值，保证电子设备的正常工作。

（2）采用隔振缓冲系统

对电子设备整机进行隔振缓冲设计，使外部激励通过隔振缓冲系统的减弱后，传递给设备的实际作用力，小于设备的许用值。

2电子设备的加固设计

电子设备的加固设计应遵循层次结构和二倍频规则。如：电子设备机柜，机架为主层次结构，插箱为次层结构，则安装在插箱内的印制板、电源模块等设备则为第三层次结构，按线性系统振动理论，下层次结构的一阶固有频率与其安装的上层次的一阶固有频率的比值β=fi+1/fi≥2，则其基础的激振力不放大，此时可将这两个层次结构视为刚性连接。这就是倍频法则，在此情况下各层次结构可保证不发[CM(22)生局部共振。但实际上实现所有层次结构频率比β≥2在工程上很难，一般取β≥1.5。此时，局部共振的放大因子λ必须满足λ≤3的要求。下面分别讨论这几个层次的刚性设计。

2.1机柜的刚性设计

机柜是设备的承载体，一般包括上下围框和与之相联的四根立柱，立柱一般有铝型材立柱和钢型材及钢板折弯等形式，各分机通过钢质导轨与机架相

连。可见，机架立柱的刚性好坏直接影响到机架的刚强度大小，首先选择合理的截面形状和尺寸，从材料力学知道，构件的材料一定时，则抗扭刚度，抗弯刚度取决于构件的截面形状和尺寸，同等截面积的情况下，空心截面立柱的刚度几十倍于实心立柱的刚度，另外，增加壁缘也可有效提高刚度，因此在满足结构要求、工艺性、重量指标的情况下，选择截面惯性矩较大的截面形状，是提高弯曲刚度的有效措施。其次，提高机柜各部分的连接刚度，一般车载机柜立柱与上下围框采用螺栓联接，只是同等焊接连接效果的1/3，为了提高机柜的联接刚度，应加强左、右侧板、面板与框架的连接刚度。侧板应有加强筋，螺钉的直径、数量、布局方式应有利于结构加强。

2.2插箱的抗振设计

插箱一般通过导轨、面板和机架相连，导轨选用高强度结构，作为横跨机柜两侧立柱之间，增大了机柜前后向刚度。同时为防止导轨、插箱调好后在振动、冲击时发生窜动，采用打止动螺钉结构。

插箱底板是电子设备的安装平台，一般底板采用薄钢板打弯或中厚铝板材料，可能的情况下增加限位措施(如安装螺钉等)可减少自由振动面积，另外，增加壁厚(由抗弯刚度公式I=bh3/12，其中h为板厚)可成倍提高抗弯刚度，有效提高其固有频率。

2.3印制板的刚度设计

如图1所示：印制板在三轴向的一阶固有频率在如图所示Z向最低，Z 向的一阶固有频率不仅与板自身几何尺寸有关，而且与印制板所处的支承状态（边界条件）有关，与板上元件的分布与重量有关。

缩小印制板的外形尺寸，可以提高其固有频率，另外，增加板厚固有频率也会增大，表1是几种印制板在常见支撑情况下其一阶固有频率的(不同板厚)

对照情况：（已知a=200mm，b=180mm，a、b为印制板长、宽尺寸）

由上可知：缩小印制板的尺寸，增大板厚，改善板的支承条件，都可以有效地提高其固有频率。

3隔振系统设计

当刚性连接的机箱、机柜等无法满足环境试验要求时，可采用隔振缓冲系统，在大多数情况下是为了通过隔振系统降低设备受到的振动冲击激励量值。即属于被动隔振。

3.1机柜底部隔振器选择

采用底部隔振器的机柜系统隔振传递系数由下面公式给出。

式中：η为隔振传递率；D为阻尼比；

γ 为频率比，即激振频率与隔振系统固有频率之比。

由上式可绘出η-γ隔振传递率曲线（见图2）。

由图2中可看出不同阻尼情况下η随着频率比γ变化的规律。得出： 1）当时，响应振幅大于激励振幅，系统发生共振，峰值出现在γ≈1位置，即系统的固有频率随近，隔振系统产生放大作用。较大的阻尼比有利于抑制共振。

2）当，无论D大小，均有η=1 。