一种用于电子产品的隔振装置及其设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电子产品的隔振装置及其设计方法，首先根据电子设备的总质量、质心位置和外形尺寸，隔振器的安装空间、安装部位、安装数量和安装方式以及隔振装置峰值响应频率等条件，然后按照质心与刚度中心线重合要求原则，确定隔振器1和隔振器2的静承载、刚度及能容等，最后选择相应刚度的隔振器，组成一种不同刚度隔振器组成的隔振装置，对电子设备进行隔振和缓冲。本隔振装置可有效避免振动耦合效应，大大提高电子设备抗振动与冲击性能。因此，本新型提出和采用的设计方法、设计思路等设计技术是合理、可行的，该技术可推广应用于其它军工和民用产品等领域，具有很好的推广应用前景。
【专利说明】一种用于电子产品的隔振装置及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械和振动两个【技术领域】，具体涉及一种用于电子产品的隔振装置及其设计方法，可应用于军工和民用产品等领域，特别适用于机载毫米波雷达。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步，愈来愈多的电子产品应用于恶劣环境中，要求产品具有更高的安全性和可靠性。而影响电子产品的安全性和可靠性因素很多，除了温度、湿度外，振动和冲击是最重要的因素，这样电子产品振动冲击问题成为产品设计中必须考虑的问题。
[0003]在进行电子产品振动冲击设计时,应当根据振动冲击环境要求，在设备和底座之间安装适当的隔振器或减振器，隔振器组成的隔振装置可减少或隔离环境振动冲击对其影响，但是对于大多数电子设备来说，如果选择的隔振器性能和安装位置不合理，将产生多振动耦合，加剧设备的破坏。因此，在设计安装隔振器时，应尽量保证隔振器安装布置后刚度中心线与设备质量中心重合或在一条直线上，以避免产生振动耦合效应。但是对于大多数电子设备来说，刚度中心线与设备质量中心并不重合或在一条直线上，对于这样的偏心电子设备，在选择安装隔振器时，就应该通过调节隔振器支承位置或者通过选用不同刚度的隔振器，使其两中心重合。在实际工程设计中，由于调节隔振器支承位置有一定的局限性，很难达到隔振装置刚度中心线与设备质量中心重合或在一条直线上。
【发明内容】
[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于电子产品的隔振装置及其设计方法，保证隔振装置刚度中心线与设备质量中心重合或在一条直线上，可有效避免振动耦合效应，提高电子设备抗振动与冲击性能。
[0006]技术方案
[0007]—种用于电子产品的隔振装置，其特征在于包括第一隔振器1和第二隔振器2 ;第一隔振器1和第二隔振器2的刚度不同，且水平置于电子产品的下方两边，置放位置保证第一隔振器1和第二隔振器2组成的隔振装置刚度中心线与电子设备的3的质心重合，有效避免振动耦合效应，提高电子设备抗振动与冲击性能。
[0008]所述第一隔振器1和第二隔振器2的置放位置在安装空间允许的情况下，使第一隔振器1和第二隔振器2布置在远离电子设备3的质心处，且保证第一隔振器1和第二隔振器2组成的隔振装置刚度中心线与电子设备3的质心重合。
[0009]所述第一隔振器1和第二隔振器2的置放位置与电子产品的边框距离10?20cm。
[0010]所述水平置于电子产品的下方的第一隔振器1为N1个。
[0011]所述水平置于电子产品的下方的第二隔振器2为N2个。
[0012]一种实现所述用于电子产品的隔振装置的设计方法，其特征在于步骤如下:
[0013]步骤1:根据电子设备3外形尺寸和总质量M,确定该设备在X-Y水平面上X轴方向的几何中心线Z1和电子设备3的质心A的位置；
[0014]步骤2:在电子设备3的X-Y水平面上，确定电子设备3下方两端第一隔振器1和第二隔振器2的安装位置，在安装空间允许的情况下，尽量使第一隔振器1和第二隔振器2布置在远离距离电子设备3的质心，且保证第一隔振器1和第二隔振器2组成的隔振装置刚度中心线与电子设备的3的质心重合；得到第一隔振器1和第二隔振器2距离质心的距离L1和L2以及它们之间的间离L ；
[0015]步骤3:根据电子设备3在Y轴方向的尺寸，确定沿Y轴方向分别安装N1个第一隔振器1和N2个第二隔振器2，相邻两个隔振器之间的距离大于隔振器本身长度的1/2 ；
[0016]步骤4:初步选择隔振装置峰值响应频率fn为10?20Hz，然后去除10?20Hz中电子设备3所承受的振动冲击环境条件要求的各频率点后为最终的隔振装置峰值响应频率fn ;所述振动冲击环境条件要求是:在GJB150A.16-2000和GJB150A.18-2000技术标准中给出的不同平台的振动冲击环境条件及各定频率点，及不同平台的输入加速度幅值A0和输入加速度持续时间τ ；
[0017]步骤5:根据下述公式计算第一隔振器1和第二隔振器2的静承载Ml和M2、静刚度K1和K2以及单个第一隔振器1和单个第二隔振器2的外界输入冲击能量E1和E2，单位为焦耳J:
[0018]Ml = (MXL2)/(N1XL)
[0019]M2 = (MX LI)/(N2 XL)
[0020]K1 = (2 3i fn)2XMl/a
[0021]K2 = (2 3i fn)2XM2/a
[0022]El = 2/ji2XM1X (AOX τ )2
[0023]E2 = 2/ji2XM2X (A0X τ )2
[0024]其中:a为动刚度系数，取1.5,无量纲；fn为隔振装置峰值响应频率,单位为Hz ；A0为输入加速度幅值，单位米每秒平方m/s2 ； τ为输入加速度持续时间，单位秒s ；
[0025]根据这些数值，选择第一隔振器1和第二隔振器2，要求所选择的隔振器本身能承受的冲击能量分别大于外界输入冲击能量Ε1和Ε2 ;当由Ν1个第一隔振器1和Ν2个第二隔振器2组成的隔振结构，其支承刚度中心线Ζ2与电子设备3的质心重合，避免产生振动耦合效应。
[0026]第一隔振器1和第二隔振器2组成的隔振装置刚度中心线为Ζ2，刚度中心线Ζ2与电子设备3质心重合。
[0027]有益效果
[0028]本发明提出的一种用于电子产品的隔振装置及其设计方法，首先根据电子设备的总质量、质心位置和外形尺寸，隔振器的安装空间、安装部位、安装数量和安装方式以及隔振装置峰值响应频率等条件，然后按照质心与刚度中心线重合要求原则，确定隔振器1和隔振器2的静承载、刚度及能容等，最后选择相应刚度的隔振器，组成一种不同刚度隔振器组成的隔振装置，对电子设备进行隔振和缓冲。
[0029]本隔振装置可有效避免振动耦合效应，大大提高电子设备抗振动与冲击性能。因此，本新型提出和采用的设计方法、设计思路等设计技术是合理、可行的，该技术可推广应用于其它军工和民用产品等领域，具有很好的推广应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明用于电子产品的隔振装置的示意图
[0031]图2是本发明用于电子产品的隔振装置的应用示意图
[0032]1-第一隔振器，2-第二隔振器，3-电子设备，4-底板。
【具体实施方式】
[0033]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0034]参见图1，假设Z1为电子设备3在X轴方向的几何中心线，电子设备3的总质量为M，电子设备3的质心在A处，即质心并不在几何中心线Z1上，在X轴方向偏移几何中心线Z1距离为X0。如果采用相同的隔振器对电子设备3进行隔振和缓冲的话，虽然相同的隔振器组成的支承刚度中心线与几何中心线Z1重合，但是支承刚度中心线与电子设备3的质心在X轴方向并不重合，这样必将产生振动耦合效应，加剧电子设备3的破坏。为了避免产生振动耦合效应，我们采用不同刚度的第一隔振器1和第二隔振器2对电子设备3进行隔振和缓冲，第一隔振器1和第二隔振器2组成的隔振装置刚度中心线为Z2，刚度中心线Z2与质心重合。假设第一隔振器1与第二隔振器2的安装间距为L，单只第一隔振器1静刚度为K1，在X轴方向距离电子设备3质心为L1，并在Y轴方向安装N1个；单只第二隔振器2静刚度为K2，在X轴方向距离电子设备3质心为L2，在Y轴方向安装N2个，这样按如下公式可得到隔振器1和隔振器2的静承载Ml和M2以及静刚度K1和K2:
[0035]Ml = (MXL2)/(N1XL) (1)
[0036]M2 = (MX LI)/(N2 XL) (2)
[0037]K1 = (2 3i fn)2XMl/a (3)
[0038]K2 = (2 3i fn)2XM2/a (4)
[0039]式中:a—动刚度系数，一般取1.5，无量纲，fn—隔振装置峰值响应频率，单位为Hz ο
[0040]隔振器的静承载确定后，可根据不同冲击激励形式的波形进行能量计算，得出输入单只隔振器1和隔振器2的能量Ε1和Ε2。电子设备一般采用常见半正弦波加速度激励，半正弦波加速度激励的能量计算公式:
[0041]El = 2/ji2XM1X (ΑΟΧ τ )2 (5)
[0042]E2 = 2/ji2XM2X (Α0Χ τ )2 (6)
[0043]式中:E1—输入单只隔振器1的能量，即隔振器1的能容，E2—输入单只隔振器2的能量，即隔振器2的能容，单位焦耳(J) 一输入加速度幅值，单位米每秒平方(m/s2)；τ 一输入加速度持续时间，单位秒(s)。
[0044]按照公式⑴?(6)可得到隔振器的静承载Ml和M2、静刚度Κ1和Κ2以及输入能量E1和E2，根据这些数值，选择适当的隔振器1和隔振器2的型号，同时要求所选择的隔振器能容大于外界输入冲击能量。这样由隔振器1和隔振器2组成的新型隔振装置，其支承刚度中心线与电子设备3的质心重合，可避免产生振动耦合效应。
[0045]参见图2，本隔振装置在某机载雷达产品上的应用，在电子设备3下部安装两组不同刚度的隔振器1和隔振器2组成新型隔振装置。隔振器1和隔振器2分别固定在底板4上，并通过底板4上孔安装在直升机舱内。该新型隔振装置随产品经过地面的高温、低温、振动、冲击、运输振动、耐久和加速度等各种环境试验，以及在某直升机上的应用，其结果表明:该新型隔振装置可有效避免振动耦合效应，大大提高电子设备3抗振动与冲击性能。因此，本新型提出和采用的设计方法、设计思路等设计技术是合理、可行的，该技术可推广应用于其它军工和民用产品等领域，具有很好的推广应用前景。
[0046]本发明的隔振装置由不同刚度隔振器组成。该装置按照质心与刚度中心线重合要求原则，根据电子设备的总质量、质心位置和外形尺寸，隔振器的安装空间、安装部位、安装数量和安装方式以及隔振装置峰值响应频率等条件，通过公式(1)?(6)可得到隔振器的静承载Ml和M2、静刚度K1和K2以及输入能量E1和E2，根据这些数值，选择适当的隔振器1和隔振器2的型号，以组成该新型隔振装置，该装置支承刚度中心线与电子设备的质心重合，可避免产生振动耦合效应。
【权利要求】
1.一种用于电子产品的隔振装置，其特征在于包括第一隔振器(I)和第二隔振器(2);第一隔振器(I)和第二隔振器(2)的刚度不同，且水平置于电子产品的下方两边，置放位置保证第一隔振器(I)和第二隔振器(2)组成的隔振装置刚度中心线与电子设备的(3)的质心重合，有效避免振动耦合效应，提高电子设备抗振动与冲击性能。
2.根据权利要求1所述用于电子产品的隔振装置，其特征在于:所述第一隔振器(I)和第二隔振器(2)的置放位置在安装空间允许的情况下，使第一隔振器(I)和第二隔振器(2)布置在远离电子设备(3)的质心处，且保证第一隔振器(I)和第二隔振器(2)组成的隔振装置刚度中心线与电子设备(3)的质心重合。
3.根据权利要求1所述用于电子产品的隔振装置，其特征在于:所述第一隔振器(I)和第二隔振器(2)的置放位置与电子产品的边框距离10?20cm。
4.根据权利要求1所述用于电子产品的隔振装置，其特征在于:所述水平置于电子产品的下方的第一隔振器(I)为NI个。
5.根据权利要求1所述用于电子产品的隔振装置，其特征在于:所述水平置于电子产品的下方的第二隔振器(2)为N2个。
6.一种实现权利要求1所述用于电子产品的隔振装置的设计方法，其特征在于步骤如下: 步骤1:根据电子设备(3)外形尺寸和总质量M，确定该设备在X-Y水平面上X轴方向的几何中心线Zl和电子设备(3)的质心A的位置； 步骤2:在电子设备(3的X-Y水平面上，确定电子设备(3)下方两端第一隔振器(I)和第二隔振器(2)的安装位置，在安装空间允许的情况下，尽量使第一隔振器(I)和第二隔振器(2)布置在远离距离电子设备(3)的质心，且保证第一隔振器(I)和第二隔振器(2)组成的隔振装置刚度中心线与电子设备的(3)的质心重合；得到第一隔振器(I)和第二隔振器⑵距离质心的距离LI和L2以及它们之间的间离L ； 步骤3:根据电子设备(3)在Y轴方向的尺寸，确定沿Y轴方向分别安装NI个第一隔振器(I)和N2个第二隔振器(2)，相邻两个隔振器之间的距离大于隔振器本身长度的1/2 ；步骤4:初步选择隔振装置峰值响应频率fn为10?20Hz，然后去除10?20Hz中电子设备(3)所承受的振动冲击环境条件要求的各频率点后为最终的隔振装置峰值响应频率fn ;所述振动冲击环境条件要求是:在GJB150A.16-2000和GJB150A.18-2000技术标准中给出的不同平台的振动冲击环境条件及各定频率点，及不同平台的输入加速度幅值Atl和输入加速度持续时间τ ； 步骤5:根据下述公式计算第一隔振器(I)和第二隔振器(2)的静承载Ml和M2、静刚度Kl和Κ2以及单个第一隔振器(I)和单个第二隔振器(2)的外界输入冲击能量El和Ε2，单位为焦耳J:
Ml = (MX L2)/(NI XL)
M2 = (MX LI)/(Ν2 XL)
Kl = (2 31 fn)2XMl/a
K2 = (2 31 fn)2XM2/a
El = 2/Ji2XMlX (A0X τ )2
E2 = 2/ji2XM2X (A0X τ )2 其中:α为动刚度系数,取1.5,无量纲；fn为隔振装置峰值响应频率,单位为Hz 'A0为输入加速度幅值，单位米每秒平方m/s2 ； τ为输入加速度持续时间，单位秒s ； 根据这些数值，选择第一隔振器(I)和第二隔振器(2)，要求所选择的隔振器本身能承受的冲击能量分别大于外界输入冲击能量El和Ε2;当由NI个第一隔振器(I)和Ν2个第二隔振器(2)组成的隔振结构，其支承刚度中心线Ζ2与电子设备(3)的质心重合，避免产生振动耦合效应。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:第一隔振器⑴和第二隔振器(2)组成的隔振装置刚度中心线为Ζ2，刚度中心线Ζ2与电子设备(3)质心重合。
【文档编号】F16F15/02GK104295656SQ201410537644
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】王克军 申请人:西安电子工程研究所