電子產品緩沖防振設計
日期:2019-05-26 / 人氣(qi): / 來源:189hi.cn
振動對電子產品的主要損害:
因振動(dong)產(chan)生共振而使電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的振幅越(yue)來越(yue)大,最后超(chao)過(guo)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的極限加速(su)度(du)而破壞;
振(zhen)動、沖擊加速度(du)雖然(ran)未(wei)超過電子產(chan)品(pin)所承(cheng)受的(de)(de)極(ji)限加速度(du)值,但(dan)由于(yu)長期振(zhen)動、沖擊的(de)(de)結果而使電子產(chan)品(pin)因(yin)疲勞而破壞。
為了保證電子產品的可靠性,使其(qi)適應各種振(zhen)動(dong)和沖擊環境(jing),一般可采取以下防(fang)振(zhen)設計技(ji)術(shu)措(cuo)施:
印制電路板及元器件
印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)上的(de)(de)導熱條不僅是起熱傳導作用(yong)(yong),同時(shi)也有加強(qiang)印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)(de)作用(yong)(yong)。有時(shi)為了進(jin)一(yi)步提(ti)(ti)高(gao)其(qi)(qi)防振、抗(kang)沖擊能(neng)力(li),在印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)背(bei)面中間加裝橫(heng)向加強(qiang)筋,以提(ti)(ti)高(gao)印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)自(zi)身的(de)(de)整體(ti)剛度,減小印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)在振動、沖擊條件(jian)下的(de)(de)彎(wan)曲。另外,若采用(yong)(yong)模(mo)塊化結構形式,印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)分別用(yong)(yong)緊固件(jian)固定(ding)在各(ge)模(mo)塊盒(he)體(ti)上,其(qi)(qi)緩沖防振能(neng)力(li)會得到進(jin)一(yi)步加強(qiang)。
元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)在(zai)印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)(lu)板(ban)(ban)(ban)上的(de)(de)(de)(de)安裝(zhuang)和布置在(zai)滿足電(dian)性(xing)能和散(san)熱(re)要(yao)求的(de)(de)(de)(de)前提下,還(huan)應(ying)考慮抗振(zhen)動、沖擊(ji)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求。不(bu)同的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)承(cheng)受振(zhen)動、沖擊(ji)的(de)(de)(de)(de)能力是(shi)不(bu)同的(de)(de)(de)(de),概括地講:其耐振(zhen)動、沖擊(ji)能力取決于(yu)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)自身尺(chi)寸、印(yin)制(zhi)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)有(you)頻率、外界作用力的(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao)(xiao)、安裝(zhuang)方法、安裝(zhuang)位(wei)(wei)置和焊(han)接(jie)質量(liang)等。處在(zai)印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)(lu)板(ban)(ban)(ban)中間位(wei)(wei)置的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)在(zai)應(ying)力作用下產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)移(yi)最(zui)大(da)(指兩端固(gu)(gu)定的(de)(de)(de)(de)印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)(lu)板(ban)(ban)(ban)),所(suo)以(yi),耐振(zhen)動、沖擊(ji)性(xing)能差的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)盡量(liang)靠近印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)(lu)板(ban)(ban)(ban)兩端支架,即撓度最(zui)小(xiao)(xiao)位(wei)(wei)置。安裝(zhuang)時(shi),元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)跨(kua)騎(qi)在(zai)導熱(re)條(tiao)上,同時(shi)在(zai)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)和導熱(re)條(tiao)之間涂(tu)導熱(re)脂,這樣既(ji)起到導熱(re)作用又(you)起到緩沖防振(zhen)作用,大(da)體(ti)積元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)用導熱(re)硅(gui)膠固(gu)(gu)定,必要(yao)時(shi)對個別(bie)抗振(zhen)性(xing)能差的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)局(ju)部灌封。大(da)部分(fen)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)直接(jie)焊(han)接(jie)于(yu)印(yin)制(zhi)電(dian)路(lu)(lu)板(ban)(ban)(ban)上,需改寫的(de)(de)(de)(de)可編程芯(xin)片插座采(cai)用插拔力很強(qiang)的(de)(de)(de)(de)圓孔插座,以(yi)保證其接(jie)觸(chu)可靠。
機芯的緩沖防振
機(ji)芯(xin)由(you)支(zhi)(zhi)撐個(ge)多(duo)個(ge)功(gong)能模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)組(zu)成,各模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)又(you)由(you)印制電路板(ban)和(he)盒(he)體組(zu)成,機(ji)芯(xin)又(you)和(he)機(ji)箱模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)連接在(zai)(zai)一(yi)(yi)起,因(yin)而,他們(men)所構(gou)成的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)系(xi)統(tong)(tong)是(shi)相當復雜的(de)(de)(de)(de),每個(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和(he)支(zhi)(zhi)撐架都有(you)各自的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)特(te)(te)性,兩(liang)個(ge)結構(gou)件裝配(pei)在(zai)(zai)一(yi)(yi)起又(you)會呈現(xian)第三振(zhen)動(dong)特(te)(te)性,組(zu)裝方(fang)式不(bu)同其振(zhen)動(dong)特(te)(te)性也各異。為了防(fang)止上述現(xian)象產生,必須采用倍(bei)頻(pin)定律(lv),倍(bei)頻(pin)定律(lv)指出:在(zai)(zai)串聯的(de)(de)(de)(de)彈(dan)簧-質量(liang)(liang)系(xi)統(tong)(tong)中,任何一(yi)(yi)組(zu)彈(dan)簧-質量(liang)(liang)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)至少(shao)是(shi)前一(yi)(yi)組(zu)彈(dan)簧-質量(liang)(liang)系(xi)統(tong)(tong)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)兩(liang)倍(bei),例(li)如,假設機(ji)箱模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)(de)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)是(shi)100Hz,那么機(ji)芯(xin)的(de)(de)(de)(de)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)應該(gai)在(zai)(zai)200Hz以(yi)上,才(cai)能防(fang)止因(yin)機(ji)芯(xin)的(de)(de)(de)(de)共(gong)振(zhen)放大從(cong)而引起機(ji)箱模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)發生共(gong)振(zhen)。為達到上述要求,可采用以(yi)下兩(liang)種緩沖(chong)防(fang)振(zhen)措施:一(yi)(yi)是(shi)增加機(ji)芯(xin)剛(gang)度;二是(shi)用機(ji)械方(fang)法加大機(ji)芯(xin)邊緣與(yu)支(zhi)(zhi)承界面(mian)之間的(de)(de)(de)(de)接觸壓力(li)。
專用緩沖防振模塊
橡膠模塊和金屬(shu)彈簧在專用隔振(zhen)和緩沖模塊電子產品設計中被經(jing)常采(cai)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(de)深圳電子(zi)方案公(gong)司(si),主要(yao)設計(ji)電子(zi)產品包括工控、汽車(che)、電源(yuan)、通(tong)信、安防、醫療(liao)電子(zi)產品開發。
公司核心業務是提供以工(gong)控電(dian)子(zi)、汽車電(dian)子(zi)、醫療電(dian)子(zi)、安防(fang)電(dian)子(zi)、消費電(dian)子(zi)、通訊(xun)電(dian)子(zi)、電(dian)源電(dian)子(zi)等多領域的電(dian)子(zi)產品(pin)設(she)計、方案(an)開發及加(jia)工(gong)生(sheng)產的一(yi)站(zhan)式PCBA服務,為滿(man)足不同客戶需(xu)求可(ke)提供中小批量PCBA加(jia)工(gong)。
公(gong)司產品涵蓋工業生產設備控(kong)制(zhi)設備電(dian)子(zi)開發、汽車(che)MCU電(dian)子(zi)控(kong)制(zhi)系統方(fang)案設計(ji)、伺(si)服控(kong)制(zhi)板PCBA加(jia)工、數控(kong)機(ji)床主板PCBA加(jia)工,智能家居電(dian)子(zi)研發、3D打(da)印(yin)機(ji)控(kong)制(zhi)板PCBA加(jia)工等領(ling)域。業務流程包括(kuo)電(dian)子(zi)方(fang)案開發設計(ji)、PCB生產、元(yuan)器件采購(gou)、SMT貼片(pian)加(jia)工、樣(yang)機(ji)制(zhi)作調試、PCBA中小批量加(jia)工生產、后期質保維(wei)護一(yi)站式(shi)PCBA加(jia)工服務。
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作者:電子產品設計
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