电 子 设 备 的 防 振 设 计

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电子设备的防振设计

于书吉

序

随着现代工业、交通运输业、建筑业以及航空、航天、海洋工程等国防科技工业的飞速发展，促进了能源、材料、电子技术、空间技术的不断拓新，在机械化、自动化控制技术方面不断得以提高。在科技发展的过程中，大量的电子设备得以开发应用，与此同时，随之而来的问题就是对各类电子设备安全运行和准确可靠提出了更新更高的要求。不良的使用环境，将对精密的电子产品产生一定的影响，其中环境振动问题就已经引起工程技术人员的高度重视，可以说这是科技发展的必然。

振动无处不在，人类就生活在振动的世界里，也就是说振动是客观存在的自然现象，从物理学的角度看，凡是运动的物体就有振动现象发生。例如汽车、火车、飞机、轮船等，甚至人体内的心脏跳动、肺部呼吸都是一种振动。在某些情况下，由于振动在机械力学、流体力学、电子学、声学、生物工程等诸多领域中都占有很重要的位置，其中包含有用的振动被利用，有害的振动被控制。特别是当振动危及到人的生活质量；危及人的工作环境；危及到某些电子设备、机械设备的正常使用时，如何能对这类环境振动予以有效控制，将是人们关注的重点。

绝大多数的电子设备并不产生明显振动，也不会对环境带来危害。但是由于电子设备的使用范围非常广泛，使用的领域也非常广泛，所以必然会出现在较高的环境振动条件下安装使用一些先进的、高精度、高准确度的电子设备。由此而来的是人们如何能有效的控制那些振动，从而确保电子设备的有效使用，就显得十分重要了。从这个角度出发，本讲将从机电设备运转时产生的振动，以及如何有效控制，作一简要介绍，供大家参考并指正。

1．振动的基本概念简述

运转着的机电设备，无论是以旋转方式运动，还是以往复的方式运动，由于运转中的机械零件或部件之间存在着力的传递，这些零件或部件在力的作用下产生撞击、摩擦形成交变应力或磁性应力而产生了振动。一般来讲，振动都是在某种外力的作用下而产生，其本身也是一种能量。振动能量的一部分是振动体直接向空间辐射而形成空气噪音；另一部分则是通过承载振动体的基础及其结构进行传递而形成结构振动。

一般的机电设备产生的振动可以分为两种类型：一种是稳态振动，另一种是冲击振动。产生稳态振动或冲击振动与造成这种振动的机理有关。例如：持续运转的机电设备产生的振动就是稳态振动，而在受到瞬间外力的冲击发生的振动则是冲击振动。两种振动特性不同，控制方法也不同。

从工程角度，人们往往将机电设备产生的振动统称为机械振动。机械振动的分类方法很多，按振动规律可分为：简谐振动、非简谐振动、随机振动；按振动产生的原因可分为：自由振动、受迫振动、自激振动、参变振动；按自由度多少可以分为：单自由度系统振动、多自由度系统振动；按振动体位移特征可分为：角振动、直线振动；按系统结构参数特征可分为：线性振动、非线性振动。

在实际工程应用中，我们应当注意研究和分析振动产生的原因以及它的规律和特性，才能有效地控制，其中也包括监控机电设备运行情况；诊断异常振动原因；防止和隔振方法等。

1．1振动的形成与特性

振动的形成，简单地讲就是物体在作运动而产生的。由于运动的形式不同，振动体的结构不同，造成振动的特性也就各不相同。

众所周知，机电设备都不是一个简单的物体，而是由若干个零件部件的有机组

合而构成复杂的振动系统，因此一个复杂的振动系统在受到某种力的作用时，必然会产生不同的机械振动。产生机械运动的原因可能是确定的，也可能是随机的。而随机的因素包括振动系统本身的特性参数的随机影响，同时也包括外来的激励力影响或干扰力影响。因此，在实际工程应用中，首先应该掌握振动特性的分析与识别，这将对我们制订控制措施提供依据。

所谓振动特性，就是描述随机振动频率分布特性和能量特性。这俩个特性分析一般都是用频率域内谱图来描述，简称频谱图。该图的横坐标为频率域；纵坐标为能量（能量可以通过速度、加速度、位移、振幅或相位来表示）。

我们可以将机电设备的振动通过频谱图进行分析，从中发现能量的分布。分析时，可以抓住主要的能量成份，略去次要的能量成份，再对造成主要能量成份的影响因素逐一分析，这对控制方案是非常重要的。

从力学角度看振动系统，大致可以分为振动体（就是振动源）、激发力(外力或干扰力，这种力可以是恒定的，也可以是瞬间)。振动体的结构越复杂，频率成份就越丰富，而激发力的大小则决定了能量的大小，从中不难看出激发力是相当重要的，在实际工程中对随机振动的分析与应用，远远超出传统的工程领域，这是由于振动控制的领域已经转向海洋工程、航天航空、无线电通讯等重要的国防科技工业。需要提醒的是，在随机振动的谱分析时，要注意振动量的不确定性、不可预估性和不可重复性，其振动规律不能用一个确定函数来描述。我们经常是经过多次测量（尽可能保持重要的条件是相同的或基本相同），进行统计分析，这样可以掌握随机振动的规律性。这方面的事例很多，例如舰船海上航行、车辆的山地运行等。

对有关振动的理论知识请大家可以再看一些有关的书，在此不多讲了。总而言之，一个振动系统，在外力激励力作用下，都将会产生动力响应，如内力、位移、速度和加速度。其结果是使整个振动系统的任何构件都会产生动应力而形成振动传

递，这种振动响应就是需要限定在一定范围的，这是电子设备所在环境的振动控制。

1．2振动的评价要求

各种物体产生振动是自然规律，而振动并非都是有害的，或者说振动并非都需要我们去控制它，而是超出了某种限量或造成某种危害才需要进行有效地控制。

对振动的评价要求，同样是一件非常复杂的工作，它涉及到我们所接触到的各个领域，所以评价要求就必须由各个领域的独特要求来确定，到目前为主，尚没有国际公认的振动评价标准。

对人体工程而言，国际标准化组织ISO提出了一些建议，例如ISO2631规定了人每日振动暴露的标准限值要求。该标准就是根据人体各器官或各系统（例如呼吸系统、心血管系统）的固有频率对低频振动响应程度给出的限值，这完全是从人体保护要求给出的一种限值要求。所谓人体保护，也只能是指人疲倦或工作效率降低了的稳态振动，对于冲击振动就不包含在内（见图1）。

图1 每日振动暴露的标准

我国还制定了“人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价准则”GB/T13442和“机械振动与冲击对建筑物振动影响的测量和评价基本方法与使用导则”