电子产 品缓冲防振设计

日期:2018-05-26 / 人气: / 来源:www.

振动对 电子产品的主要损害:

因振动 产生共振而使电子产品的振幅越来越大,最后超 过电子产品的极限加速度而破坏;

振动、冲击加 速度虽然未超过电子产品所承受的极限加速度值,但由于长期振动、冲击的 结果而使电子产品因疲劳而破坏。

为了保 证电子产品的可靠性,使其适 应各种振动和冲击环境,一般可 采取以下防振设计技术措施:

印制电路板及元器件

印制电 路板上的导热条不仅是起热传导作用,同时也 有加强印制电路板的作用。有时为 了进一步提高其防振、抗冲击能力,在印制 电路板背面中间加装横向加强筋,以提高 印制电路板自身的整体刚度,减小印 制电路板在振动、冲击条件下的弯曲。另外,若采用 模块化结构形式,印制电 路板分别用紧固件固定在各模块盒体上,其缓冲 防振能力会得到进一步加强。

元器件 在印制电路板上的安装和布置在满足电性能和散热要求的前提下,还应考虑抗振动、冲击的要求。不同的 元器件承受振动、冲击的能力是不同的,概括地讲:其耐振动、冲击能 力取决于元器件自身尺寸、印制板的固有频率、外界作用力的大小、安装方法、安装位 置和焊接质量等。处在印 制电路板中间位置的元器件在应力作用下产生的位移最大(指两端 固定的印制电路板),所以,耐振动、冲击性 能差的元器件尽量靠近印制电路板两端支架,即挠度最小位置。安装时,元器件 跨骑在导热条上,同时在 元器件和导热条之间涂导热脂,这样既 起到导热作用又起到缓冲防振作用,大体积 元器件用导热硅胶固定,必要时 对个别抗振性能差的元器件局部灌封。大部分 元器件直接焊接于印制电路板上,需改写 的可编程芯片插座采用插拔力很强的圆孔插座,以保证其接触可靠。

机芯的缓冲防振

机芯由 支撑个多个功能模块组成,各模块 又由印制电路板和盒体组成,机芯又 和机箱模块连接在一起,因而,他们所 构成的振动系统是相当复杂的,每个模 块和支撑架都有各自的振动特性,两个结 构件装配在一起又会呈现第三振动特性,组装方 式不同其振动特性也各异。为了防 止上述现象产生,必须采用倍频定律,倍频定律指出:在串联的弹簧-质量系统中,任何一组弹簧-质量系 统的固有频率至少是前一组弹簧-质量系 统固有频率的两倍,例如,假设机 箱模块的固有频率是100Hz,那么机 芯的固有频率应该在200Hz以上,才能防 止因机芯的共振放大从而引起机箱模块发生共振。为达到上述要求,可采用 以下两种缓冲防振措施:一是增加机芯刚度;二是用 机械方法加大机芯边缘与支承界面之间的接触压力。

专用缓冲防振模块

橡胶模 块和金属弹簧在专用隔振和缓冲模块电子产品设计中被经常采用。

橡胶模块的特点如下:

电子产品防振橡胶

  • 取型和制造比较方便,根据需 要可随意选择三个互相垂直方向上的刚度,改变橡胶的内部构造,可以大 幅度改变其刚度;
  • 橡胶自 身具有较大的阻尼,对高频振动(50~60Hz以上)的能量 吸收有显著效果;
  • 阻尼比 随橡胶硬度的增大而增加。长时间 处于共振状态时,橡胶会 发生蠕变而使阻尼失效,故橡胶 模块适合于偶发共振情况,也适合 于静位移小而瞬时位移可能很大的冲击。
  • 在动载 荷下的弹性模量比在静载荷下的大,两者比值一般在1~2之间。随着硬 度的增加以及频率的升高,动态弹 性模量也会变大;
  • 天然橡 胶的性质受环境条件影响大,当温度低至-50~-60℃时,橡胶硬度显著增加,失去隔振作用;当温度高于+60℃,表面产 生裂纹并逐渐加深,最后失去强度。此外,天然橡胶耐油性差,对酸、臭氧和 光等的反应敏感,容易老化,故天然 橡胶制作的模块要定期更换。

金属弹簧的特点如下:

电子产品缓冲弹簧

  • 材料的性能稳定,对环境 条件反应不敏感,可在油污、高低温 等恶劣环境下工作,不易老化;
  • 动刚度 和静刚度基本相同,而且刚 度的取值范围很大,故适用 于静态位移要求较大的隔振;弹簧不 但能做得很柔软(小于2Hz),亦能做得非常硬。当工作 应力低于屈服应力时,弹簧不会产生蠕变。但是,应力超过屈服应力时,即使是瞬时,也会使 弹簧产生永久变形,因此使 用时应保证动态应力不超过弹性极限;
  • 材料自身几乎无阻尼,容易传递高频振动,或者由于自激振动(例如在150~400Hz之间)而传递中频振动。在经过共振区时,设备会 产生过大的振幅,有时需要另加阻尼器、橡胶垫层和金属丝网(作为摩擦元件,不承受载荷)等,以克服这一缺点;
  • 弹簧的 设计与计算资料比较成熟,刚度可 以制造得相当准确。金属弹簧种类很多,如圆柱形弹簧、板形弹簧、圆锥形弹簧、盘形弹簧等,其中圆 柱形弹簧应用最广。

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