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電子產品緩沖防振設計

日(ri)期:2019-05-26 / 人氣: / 來源:www.scqhky.com

振動對電子產品的主要損害:

因振動產(chan)生共(gong)振而(er)使電子(zi)產(chan)品的(de)振幅(fu)越(yue)來越(yue)大,最后超(chao)過(guo)電子(zi)產(chan)品的(de)極限加速度而(er)破壞;

振(zhen)動(dong)、沖擊加速度雖然未(wei)超(chao)過電(dian)子產品所承受(shou)的(de)(de)極限加速度值(zhi),但(dan)由于(yu)長期(qi)振(zhen)動(dong)、沖擊的(de)(de)結果而使(shi)電(dian)子產品因疲勞而破壞。

為了保證電子(zi)產(chan)品的(de)可靠性,使其(qi)適(shi)應(ying)各種振(zhen)動和沖擊(ji)環(huan)境,一般可采取以(yi)下防振(zhen)設計技術措施:

印制電路板及元器件

印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板上的(de)導熱(re)條不(bu)僅(jin)是起熱(re)傳導作用(yong),同時(shi)也有加強印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板的(de)作用(yong)。有時(shi)為了(le)進一(yi)步提(ti)高其(qi)防振(zhen)、抗沖擊能力,在印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板背面(mian)中(zhong)間加裝(zhuang)橫(heng)向(xiang)加強筋(jin),以提(ti)高印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板自身(shen)的(de)整體剛度,減小印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板在振(zhen)動、沖擊條件(jian)下的(de)彎曲。另外,若(ruo)采(cai)用(yong)模塊化結(jie)構形式,印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板分別(bie)用(yong)緊固件(jian)固定在各模塊盒體上,其(qi)緩沖防振(zhen)能力會得到(dao)進一(yi)步加強。

元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)在印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路板(ban)(ban)上的(de)(de)(de)(de)安(an)(an)裝和布置(zhi)在滿(man)足電(dian)性(xing)能(neng)和散熱(re)(re)(re)要求的(de)(de)(de)(de)前提(ti)下,還應(ying)考慮抗振(zhen)動、沖擊的(de)(de)(de)(de)要求。不同(tong)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)承(cheng)受振(zhen)動、沖擊的(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)是(shi)不同(tong)的(de)(de)(de)(de),概括(kuo)地(di)講(jiang):其耐振(zhen)動、沖擊能(neng)力(li)(li)取(qu)決于元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)自身尺寸(cun)、印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)固有頻率(lv)、外界作用(yong)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)大小、安(an)(an)裝方法、安(an)(an)裝位(wei)置(zhi)和焊接(jie)(jie)質量(liang)等。處在印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路板(ban)(ban)中間(jian)位(wei)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)在應(ying)力(li)(li)作用(yong)下產生的(de)(de)(de)(de)位(wei)移(yi)最大(指(zhi)兩(liang)端(duan)固定(ding)的(de)(de)(de)(de)印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路板(ban)(ban)),所以(yi)(yi),耐振(zhen)動、沖擊性(xing)能(neng)差(cha)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)盡(jin)量(liang)靠近印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路板(ban)(ban)兩(liang)端(duan)支架(jia),即(ji)撓度最小位(wei)置(zhi)。安(an)(an)裝時,元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)跨騎(qi)在導熱(re)(re)(re)條(tiao)上,同(tong)時在元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)和導熱(re)(re)(re)條(tiao)之間(jian)涂導熱(re)(re)(re)脂,這樣既起到導熱(re)(re)(re)作用(yong)又起到緩沖防振(zhen)作用(yong),大體(ti)積元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)用(yong)導熱(re)(re)(re)硅膠固定(ding),必要時對個別抗振(zhen)性(xing)能(neng)差(cha)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)局(ju)部灌封。大部分元(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)于印(yin)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路板(ban)(ban)上,需改寫的(de)(de)(de)(de)可編程(cheng)芯片插(cha)(cha)座(zuo)采用(yong)插(cha)(cha)拔力(li)(li)很強的(de)(de)(de)(de)圓孔插(cha)(cha)座(zuo),以(yi)(yi)保證其接(jie)(jie)觸可靠。

機芯的緩沖防振

機(ji)(ji)芯(xin)(xin)(xin)由支撐(cheng)個(ge)(ge)(ge)(ge)多(duo)個(ge)(ge)(ge)(ge)功能(neng)模(mo)(mo)塊(kuai)組(zu)成,各模(mo)(mo)塊(kuai)又由印制電路板和(he)盒體組(zu)成,機(ji)(ji)芯(xin)(xin)(xin)又和(he)機(ji)(ji)箱模(mo)(mo)塊(kuai)連(lian)接在(zai)一(yi)起(qi),因(yin)而,他們所構成的(de)振動系(xi)統是(shi)(shi)相當(dang)復雜的(de),每個(ge)(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)和(he)支撐(cheng)架(jia)都有(you)各自的(de)振動特性,兩個(ge)(ge)(ge)(ge)結(jie)構件裝配在(zai)一(yi)起(qi)又會呈現(xian)第三振動特性,組(zu)裝方式(shi)不同其(qi)振動特性也各異。為了防(fang)止上述現(xian)象(xiang)產(chan)生,必須采(cai)(cai)用(yong)倍頻(pin)(pin)(pin)定律(lv),倍頻(pin)(pin)(pin)定律(lv)指出:在(zai)串聯(lian)的(de)彈簧-質量系(xi)統中(zhong),任何一(yi)組(zu)彈簧-質量系(xi)統的(de)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率至少是(shi)(shi)前一(yi)組(zu)彈簧-質量系(xi)統固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率的(de)兩倍,例(li)如,假(jia)設機(ji)(ji)箱模(mo)(mo)塊(kuai)的(de)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率是(shi)(shi)100Hz,那(nei)么(me)機(ji)(ji)芯(xin)(xin)(xin)的(de)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率應該在(zai)200Hz以上,才(cai)能(neng)防(fang)止因(yin)機(ji)(ji)芯(xin)(xin)(xin)的(de)共振放大從而引起(qi)機(ji)(ji)箱模(mo)(mo)塊(kuai)發生共振。為達到上述要求,可采(cai)(cai)用(yong)以下(xia)兩種緩(huan)沖防(fang)振措施:一(yi)是(shi)(shi)增加機(ji)(ji)芯(xin)(xin)(xin)剛度;二是(shi)(shi)用(yong)機(ji)(ji)械方法加大機(ji)(ji)芯(xin)(xin)(xin)邊(bian)緣與支承界面之(zhi)間的(de)接觸(chu)壓力。

專用緩沖防振模塊

橡膠模塊和金(jin)屬彈簧在專用(yong)隔振和緩沖模塊電子產品設計中被經常采用(yong)。

橡膠模塊的特點如下:

電子產品防振橡膠

  • 取型和制造比較方便,根據需要可隨意選擇三個互相垂直方向上的剛度,改變橡膠的內部構造,可以大幅度改變其剛度;
  • 橡膠自身具有較大的阻尼,對高頻振動(50~60Hz以上)的能量吸收有顯著效果;
  • 阻尼比隨橡膠硬度的增大而增加。長時間處于共振狀態時,橡膠會發生蠕變而使阻尼失效,故橡膠模塊適合于偶發共振情況,也適合于靜位移小而瞬時位移可能很大的沖擊。
  • 在動載荷下的彈性模量比在靜載荷下的大,兩者比值一般在1~2之間。隨著硬度的增加以及頻率的升高,動態彈性模量也會變大;
  • 天然橡膠的性質受環境條件影響大,當溫度低至-50~-60℃時,橡膠硬度顯著增加,失去隔振作用;當溫度高于+60℃,表面產生裂紋并逐漸加深,最后失去強度。此外,天然橡膠耐油性差,對酸、臭氧和光等的反應敏感,容易老化,故天然橡膠制作的模塊要定期更換。

金屬彈簧的特點如下:

電子產品緩沖彈簧

  • 材料的性能穩定,對環境條件反應不敏感,可在油污、高低溫等惡劣環境下工作,不易老化;
  • 動剛度和靜剛度基本相同,而且剛度的取值范圍很大,故適用于靜態位移要求較大的隔振;彈簧不但能做得很柔軟(小于2Hz),亦能做得非常硬。當工作應力低于屈服應力時,彈簧不會產生蠕變。但是,應力超過屈服應力時,即使是瞬時,也會使彈簧產生永久變形,因此使用時應保證動態應力不超過彈性極限;
  • 材料自身幾乎無阻尼,容易傳遞高頻振動,或者由于自激振動(例如在150~400Hz之間)而傳遞中頻振動。在經過共振區時,設備會產生過大的振幅,有時需要另加阻尼器、橡膠墊層和金屬絲網(作為摩擦元件,不承受載荷)等,以克服這一缺點;
  • 彈簧的設計與計算資料比較成熟,剛度可以制造得相當準確。金屬彈簧種類很多,如圓柱形彈簧、板形彈簧、圓錐形彈簧、盤形彈簧等,其中圓柱形彈簧應用最廣。

【格亞信電子】是專業從事電子產品設計、電子方案開發、電子產品PCBA加工的深圳電(dian)(dian)子(zi)方案公(gong)司,主要(yao)設(she)計電(dian)(dian)子(zi)產品包括工控、汽(qi)車、電(dian)(dian)源、通(tong)信、安防、醫療(liao)電(dian)(dian)子(zi)產品開發。

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作者:電子產品設計


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