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電子產品緩沖防振設計

日期(qi):2019-05-26 / 人氣: / 來源:www.189hi.cn

振動對電子產品的主要損害:

因振動產(chan)生(sheng)共(gong)振而(er)使電(dian)子(zi)產(chan)品的振幅(fu)越(yue)來越(yue)大,最后超過電(dian)子(zi)產(chan)品的極限加速度而(er)破壞;

振(zhen)動(dong)、沖(chong)擊加速度(du)雖然未超過電子產品(pin)所承受的極(ji)限加速度(du)值,但由于長(chang)期(qi)振(zhen)動(dong)、沖(chong)擊的結(jie)果(guo)而使電子產品(pin)因疲勞而破壞。

為了(le)保證電(dian)子產品的可靠(kao)性,使其適應(ying)各種振動和沖擊環境,一(yi)般(ban)可采取以下防振設計(ji)技術措施:

印制電路板及元器件

印制(zhi)(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)上的導(dao)熱(re)條(tiao)不僅是起熱(re)傳導(dao)作(zuo)用(yong),同時(shi)也有加強(qiang)印制(zhi)(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)的作(zuo)用(yong)。有時(shi)為了進(jin)一步(bu)提高其防(fang)振(zhen)、抗沖擊能力,在(zai)(zai)(zai)印制(zhi)(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)背(bei)面(mian)中間加裝橫向加強(qiang)筋(jin),以(yi)提高印制(zhi)(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)自(zi)身的整體剛(gang)度(du),減小印制(zhi)(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)在(zai)(zai)(zai)振(zhen)動、沖擊條(tiao)件(jian)下的彎曲。另外,若(ruo)采用(yong)模塊化(hua)結構形式,印制(zhi)(zhi)電路(lu)板(ban)(ban)分別用(yong)緊固(gu)件(jian)固(gu)定(ding)在(zai)(zai)(zai)各模塊盒體上,其緩沖防(fang)振(zhen)能力會得到進(jin)一步(bu)加強(qiang)。

元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)在(zai)印(yin)制(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板(ban)(ban)(ban)上(shang)的(de)(de)(de)安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)和布置在(zai)滿(man)足電(dian)(dian)性(xing)(xing)能(neng)和散熱(re)要求(qiu)的(de)(de)(de)前提下(xia),還(huan)應考慮抗振(zhen)動、沖(chong)擊的(de)(de)(de)要求(qiu)。不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)承(cheng)受振(zhen)動、沖(chong)擊的(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)是不(bu)同(tong)的(de)(de)(de),概括(kuo)地講:其(qi)耐振(zhen)動、沖(chong)擊能(neng)力(li)(li)取決于(yu)元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)自身(shen)尺寸、印(yin)制(zhi)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)固有頻(pin)率、外界作(zuo)(zuo)用(yong)力(li)(li)的(de)(de)(de)大(da)小、安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)方法、安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)位置和焊接(jie)(jie)質量等。處在(zai)印(yin)制(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板(ban)(ban)(ban)中間(jian)位置的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)在(zai)應力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)產(chan)生的(de)(de)(de)位移最(zui)大(da)(指兩端(duan)固定的(de)(de)(de)印(yin)制(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板(ban)(ban)(ban)),所以(yi),耐振(zhen)動、沖(chong)擊性(xing)(xing)能(neng)差的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)盡量靠近印(yin)制(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板(ban)(ban)(ban)兩端(duan)支架,即撓度最(zui)小位置。安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)時(shi),元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)跨騎在(zai)導(dao)(dao)熱(re)條上(shang),同(tong)時(shi)在(zai)元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)和導(dao)(dao)熱(re)條之間(jian)涂導(dao)(dao)熱(re)脂,這樣既起(qi)到(dao)導(dao)(dao)熱(re)作(zuo)(zuo)用(yong)又起(qi)到(dao)緩沖(chong)防振(zhen)作(zuo)(zuo)用(yong),大(da)體積元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)用(yong)導(dao)(dao)熱(re)硅膠固定,必要時(shi)對個別抗振(zhen)性(xing)(xing)能(neng)差的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)局部(bu)灌封。大(da)部(bu)分元(yuan)(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)于(yu)印(yin)制(zhi)電(dian)(dian)路(lu)板(ban)(ban)(ban)上(shang),需(xu)改(gai)寫的(de)(de)(de)可編程(cheng)芯片插座采用(yong)插拔力(li)(li)很強的(de)(de)(de)圓孔插座,以(yi)保證(zheng)其(qi)接(jie)(jie)觸可靠。

機芯的緩沖防振

機(ji)(ji)芯(xin)(xin)由(you)支撐(cheng)個(ge)(ge)多(duo)個(ge)(ge)功能(neng)模(mo)塊(kuai)組(zu)成,各模(mo)塊(kuai)又由(you)印制(zhi)電路(lu)板和盒(he)體(ti)組(zu)成,機(ji)(ji)芯(xin)(xin)又和機(ji)(ji)箱(xiang)模(mo)塊(kuai)連接在一起,因而,他(ta)們所(suo)構(gou)成的(de)(de)振(zhen)動(dong)系(xi)統是(shi)相當復雜的(de)(de),每個(ge)(ge)模(mo)塊(kuai)和支撐(cheng)架都有(you)(you)(you)各自的(de)(de)振(zhen)動(dong)特性,兩個(ge)(ge)結構(gou)件(jian)裝配在一起又會呈現第三(san)振(zhen)動(dong)特性,組(zu)裝方式(shi)不同(tong)其(qi)振(zhen)動(dong)特性也各異(yi)。為了防(fang)(fang)止上述現象產生(sheng),必須采用倍(bei)頻定律(lv),倍(bei)頻定律(lv)指出:在串聯的(de)(de)彈(dan)簧(huang)-質(zhi)量系(xi)統中,任(ren)何一組(zu)彈(dan)簧(huang)-質(zhi)量系(xi)統的(de)(de)固有(you)(you)(you)頻率至少(shao)是(shi)前一組(zu)彈(dan)簧(huang)-質(zhi)量系(xi)統固有(you)(you)(you)頻率的(de)(de)兩倍(bei),例如,假設機(ji)(ji)箱(xiang)模(mo)塊(kuai)的(de)(de)固有(you)(you)(you)頻率是(shi)100Hz,那么機(ji)(ji)芯(xin)(xin)的(de)(de)固有(you)(you)(you)頻率應該在200Hz以上,才能(neng)防(fang)(fang)止因機(ji)(ji)芯(xin)(xin)的(de)(de)共(gong)振(zhen)放大從而引起機(ji)(ji)箱(xiang)模(mo)塊(kuai)發(fa)生(sheng)共(gong)振(zhen)。為達到(dao)上述要求,可采用以下兩種緩沖防(fang)(fang)振(zhen)措施:一是(shi)增加機(ji)(ji)芯(xin)(xin)剛度(du);二是(shi)用機(ji)(ji)械方法加大機(ji)(ji)芯(xin)(xin)邊緣(yuan)與(yu)支承界面之間(jian)的(de)(de)接觸壓力(li)。

專用緩沖防振模塊

橡膠(jiao)模塊(kuai)和金屬(shu)彈簧(huang)在專(zhuan)用隔(ge)振和緩沖模塊(kuai)電子產品設計中被(bei)經常采用。

橡膠模塊的特點如下:

電子產品防振橡膠

  • 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:

電子產品緩沖彈簧

  • 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加工的深圳電子方(fang)案公司,主(zhu)要設計電子產品(pin)包括工控、汽車(che)、電源(yuan)、通(tong)信、安(an)防、醫療電子產品(pin)開發。

公司核(he)心業(ye)務是提供以工控電子、汽車電子、醫療電子、安(an)防電子、消費電子、通(tong)訊電子、電源電子等多領域的(de)電子產品設(she)計、方案開發(fa)及加工生產的(de)一站(zhan)式PCBA服務,為(wei)滿足不同客戶(hu)需求可提供中小批量PCBA加工。

公司產(chan)品(pin)涵蓋工(gong)(gong)業生(sheng)(sheng)產(chan)設備控(kong)制(zhi)設備電子(zi)開(kai)發、汽(qi)車MCU電子(zi)控(kong)制(zhi)系統方(fang)案設計(ji)、伺服控(kong)制(zhi)板PCBA加(jia)工(gong)(gong)、數控(kong)機床主板PCBA加(jia)工(gong)(gong),智能(neng)家居電子(zi)研發、3D打印機控(kong)制(zhi)板PCBA加(jia)工(gong)(gong)等領域。業務流程(cheng)包括(kuo)電子(zi)方(fang)案開(kai)發設計(ji)、PCB生(sheng)(sheng)產(chan)、元(yuan)器件采購、SMT貼片加(jia)工(gong)(gong)、樣(yang)機制(zhi)作調試、PCBA中小批(pi)量加(jia)工(gong)(gong)生(sheng)(sheng)產(chan)、后期質保維護一站(zhan)式PCBA加(jia)工(gong)(gong)服務。

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作者:電子產品設計


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