電子產品緩沖防振設計
日期:2019-05-26 / 人氣: / 來源:scqhky.com
振動對電子產品的主要損害:
因振動(dong)產(chan)生(sheng)共振而使電(dian)子產(chan)品的振幅越來越大,最后超過電(dian)子產(chan)品的極限加速度而破壞;
振(zhen)動、沖擊加速度雖然未超(chao)過電(dian)子產品所承受的(de)極限(xian)加速度值,但由于長期振(zhen)動、沖擊的(de)結果而使電(dian)子產品因(yin)疲勞而破(po)壞。
為了保證電(dian)子產(chan)品(pin)的(de)可靠(kao)性(xing),使其適(shi)應(ying)各(ge)種(zhong)振動和(he)沖擊環(huan)境(jing),一(yi)般可采取以下防振設計(ji)技(ji)術措施:
印制電路板及元器件
印(yin)(yin)制(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)上的(de)(de)導(dao)(dao)熱條不僅是起熱傳導(dao)(dao)作用(yong),同時也有加(jia)強(qiang)印(yin)(yin)制(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)的(de)(de)作用(yong)。有時為了(le)進(jin)一(yi)步提高(gao)其(qi)(qi)防振、抗(kang)沖(chong)擊能力(li),在印(yin)(yin)制(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)背面(mian)中間加(jia)裝橫向加(jia)強(qiang)筋,以提高(gao)印(yin)(yin)制(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)自身(shen)的(de)(de)整體(ti)剛(gang)度,減小印(yin)(yin)制(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)在振動、沖(chong)擊條件下(xia)的(de)(de)彎曲。另外,若采用(yong)模(mo)塊化結構形式,印(yin)(yin)制(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)分別用(yong)緊固(gu)(gu)件固(gu)(gu)定在各(ge)模(mo)塊盒體(ti)上,其(qi)(qi)緩沖(chong)防振能力(li)會(hui)得(de)到進(jin)一(yi)步加(jia)強(qiang)。
元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)在(zai)印(yin)(yin)制電路(lu)板(ban)上(shang)的(de)(de)(de)(de)安(an)裝和(he)布置(zhi)在(zai)滿足電性能(neng)和(he)散熱(re)要求的(de)(de)(de)(de)前提下,還應(ying)考慮抗振動、沖擊的(de)(de)(de)(de)要求。不同的(de)(de)(de)(de)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)承受振動、沖擊的(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)(li)是不同的(de)(de)(de)(de),概括地講:其(qi)耐振動、沖擊能(neng)力(li)(li)(li)取決于元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)自(zi)身尺(chi)寸、印(yin)(yin)制板(ban)的(de)(de)(de)(de)固(gu)有頻率、外界作(zuo)用力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao)、安(an)裝方法、安(an)裝位(wei)(wei)置(zhi)和(he)焊接質量等。處在(zai)印(yin)(yin)制電路(lu)板(ban)中(zhong)間(jian)位(wei)(wei)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)在(zai)應(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)用下產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)移最大(da)(指兩端(duan)固(gu)定的(de)(de)(de)(de)印(yin)(yin)制電路(lu)板(ban)),所(suo)以(yi),耐振動、沖擊性能(neng)差的(de)(de)(de)(de)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)盡(jin)量靠(kao)(kao)近印(yin)(yin)制電路(lu)板(ban)兩端(duan)支架,即撓(nao)度最小(xiao)位(wei)(wei)置(zhi)。安(an)裝時,元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)跨騎在(zai)導(dao)熱(re)條(tiao)上(shang),同時在(zai)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)和(he)導(dao)熱(re)條(tiao)之間(jian)涂導(dao)熱(re)脂,這樣既起到導(dao)熱(re)作(zuo)用又起到緩(huan)沖防振作(zuo)用,大(da)體(ti)積(ji)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)用導(dao)熱(re)硅膠固(gu)定,必要時對個別(bie)抗振性能(neng)差的(de)(de)(de)(de)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)局部灌封。大(da)部分(fen)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)直接焊接于印(yin)(yin)制電路(lu)板(ban)上(shang),需改寫的(de)(de)(de)(de)可編程芯片插(cha)(cha)座采用插(cha)(cha)拔(ba)力(li)(li)(li)很(hen)強的(de)(de)(de)(de)圓孔插(cha)(cha)座,以(yi)保(bao)證其(qi)接觸可靠(kao)(kao)。
機芯的緩沖防振
機(ji)(ji)芯(xin)由支(zhi)撐個多個功能(neng)模(mo)塊組成(cheng),各(ge)模(mo)塊又由印制電(dian)路板和(he)盒體(ti)組成(cheng),機(ji)(ji)芯(xin)又和(he)機(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)模(mo)塊連接在(zai)一(yi)起,因而(er),他們所構(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)系(xi)統是(shi)(shi)相當復(fu)雜的(de)(de)(de),每個模(mo)塊和(he)支(zhi)撐架都有(you)(you)(you)各(ge)自(zi)的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)特性,兩(liang)個結構(gou)件(jian)裝配(pei)在(zai)一(yi)起又會呈現第三振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)特性,組裝方(fang)式不同其振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)特性也各(ge)異。為了防(fang)止(zhi)上(shang)述現象產生,必須采(cai)用倍頻(pin)(pin)定律(lv),倍頻(pin)(pin)定律(lv)指出:在(zai)串聯的(de)(de)(de)彈簧-質量(liang)系(xi)統中,任何一(yi)組彈簧-質量(liang)系(xi)統的(de)(de)(de)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)至少(shao)是(shi)(shi)前一(yi)組彈簧-質量(liang)系(xi)統固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)兩(liang)倍,例如,假設機(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)模(mo)塊的(de)(de)(de)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)是(shi)(shi)100Hz,那么機(ji)(ji)芯(xin)的(de)(de)(de)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)應(ying)該在(zai)200Hz以(yi)上(shang),才能(neng)防(fang)止(zhi)因機(ji)(ji)芯(xin)的(de)(de)(de)共(gong)振(zhen)(zhen)(zhen)放大從而(er)引起機(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)模(mo)塊發生共(gong)振(zhen)(zhen)(zhen)。為達到上(shang)述要求(qiu),可采(cai)用以(yi)下(xia)兩(liang)種緩沖防(fang)振(zhen)(zhen)(zhen)措施:一(yi)是(shi)(shi)增加(jia)(jia)機(ji)(ji)芯(xin)剛度;二是(shi)(shi)用機(ji)(ji)械方(fang)法加(jia)(jia)大機(ji)(ji)芯(xin)邊緣(yuan)與支(zhi)承界面之間(jian)的(de)(de)(de)接觸壓力。
專用緩沖防振模塊
橡膠模塊和金屬彈簧在(zai)專(zhuan)用隔振和緩沖模塊電子產品設計中被經常采用。
橡膠模塊的特點如下:
- 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:
- 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(zhen)電(dian)(dian)子方(fang)案(an)公司,主要設計電(dian)(dian)子產(chan)品包括工(gong)控(kong)、汽車、電(dian)(dian)源、通信、安防、醫(yi)療電(dian)(dian)子產(chan)品開發。
公司核心業務是(shi)提供以工控電(dian)子(zi)(zi)、汽車電(dian)子(zi)(zi)、醫(yi)療電(dian)子(zi)(zi)、安防(fang)電(dian)子(zi)(zi)、消費電(dian)子(zi)(zi)、通訊(xun)電(dian)子(zi)(zi)、電(dian)源電(dian)子(zi)(zi)等多領域的電(dian)子(zi)(zi)產(chan)(chan)品設計、方案開(kai)發及(ji)加工生產(chan)(chan)的一站式PCBA服(fu)務,為滿足(zu)不同(tong)客(ke)戶(hu)需求可提供中小批量PCBA加工。
公司產(chan)(chan)品(pin)涵蓋工(gong)(gong)(gong)(gong)業生產(chan)(chan)設(she)備(bei)(bei)控(kong)(kong)(kong)制設(she)備(bei)(bei)電子開發、汽車MCU電子控(kong)(kong)(kong)制系統方(fang)案(an)設(she)計(ji)、伺(si)服控(kong)(kong)(kong)制板PCBA加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、數控(kong)(kong)(kong)機(ji)(ji)床主板PCBA加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong),智能家居電子研(yan)發、3D打印機(ji)(ji)控(kong)(kong)(kong)制板PCBA加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)等領域。業務流(liu)程包括電子方(fang)案(an)開發設(she)計(ji)、PCB生產(chan)(chan)、元器件采購、SMT貼(tie)片加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、樣機(ji)(ji)制作調試、PCBA中小(xiao)批(pi)量加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)生產(chan)(chan)、后期(qi)質保維護一(yi)站式PCBA加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)服務。
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作者:電子產品設計
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