電子設(shè)備的防震設(shè)計(jì)

1、電 子 設(shè) 備 的 防 振 設(shè) 計(jì) 序隨著現(xiàn)代工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、建筑業(yè)以及航空、航天、海洋工程等國防科技工業(yè)的飛速發(fā)展，促進(jìn)了能源、材料、電子技術(shù)、空間技術(shù)的不斷拓新，在機(jī)械化、自動(dòng)化控制技術(shù)方面不斷得以提高。在科技發(fā)展的過程中，大量的電子設(shè)備得以開發(fā)應(yīng)用，與此同時(shí)，隨之而來的問題就是對各類電子設(shè)備安全運(yùn)行和準(zhǔn)確可靠提出了更新更高的要求。不良的使用環(huán)境，將對精密的電子產(chǎn)品產(chǎn)生一定的影響，其中環(huán)境振動(dòng)問題就已經(jīng)引起工程技術(shù)人員的高度重視，可以說這是科技發(fā)展的必然。振動(dòng)無處不在，人類就生活在振動(dòng)的世界里，也就是說振動(dòng)是客觀存在的自然現(xiàn)象，從物理學(xué)的角度看，凡是運(yùn)動(dòng)的物體就有振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。例如汽車、

2、火車、飛機(jī)、輪船等，甚至人體內(nèi)的心臟跳動(dòng)、肺部呼吸都是一種振動(dòng)。在某些情況下，由于振動(dòng)在機(jī)械力學(xué)、流體力學(xué)、電子學(xué)、聲學(xué)、生物工程等諸多領(lǐng)域中都占有很重要的位置，其中包含有用的振動(dòng)被利用，有害的振動(dòng)被控制。特別是當(dāng)振動(dòng)危及到人的生活質(zhì)量；危及人的工作環(huán)境；危及到某些電子設(shè)備、機(jī)械設(shè)備的正常使用時(shí)，如何能對這類環(huán)境振動(dòng)予以有效控制，將是人們關(guān)注的重點(diǎn)。絕大多數(shù)的電子設(shè)備并不產(chǎn)生明顯振動(dòng)，也不會(huì)對環(huán)境帶來危害。但是由于電子設(shè)備的使用范圍非常廣泛，使用的領(lǐng)域也非常廣泛，所以必然會(huì)出現(xiàn)在較高的環(huán)境振動(dòng)條件下安裝使用一些先進(jìn)的 、高精度、高準(zhǔn)確度的電子設(shè)備。由此而來的是人們?nèi)绾文苡行У目刂颇切┱駝?dòng)，從而

3、確保電子設(shè)備的有效使用，就顯得十分重要了。從這個(gè)角度出發(fā)，本講將從機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，以及如何有效控制，作一簡要介紹，供大家參考并指正。振動(dòng)的基本概念簡述運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)電設(shè)備，無論是以旋轉(zhuǎn)方式運(yùn)動(dòng)，還是以往復(fù)的方式運(yùn)動(dòng)，由于運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)械零件或部件之間存在著力的傳遞，這些零件或部件在力的作用下產(chǎn)生撞擊、摩擦形成交變應(yīng)力或磁性應(yīng)力而產(chǎn)生了振動(dòng)。一般來講，振動(dòng)都是在某種外力的作用下而產(chǎn)生，其本身也是一種能量。振動(dòng)能量的一部分是振動(dòng)體直接向空間輻射而形成空氣噪音；另一部分則是通過承載振動(dòng)體的基礎(chǔ)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞而形成結(jié)構(gòu)振動(dòng)。一般的機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)可以分為兩種類型：一種是穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，另一種是沖擊振動(dòng)

4、。產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)振動(dòng)或沖擊振動(dòng)與造成這種振動(dòng)的機(jī)理有關(guān)。例如：持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)就是穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，而在受到瞬間外力的沖擊發(fā)生的振動(dòng)則是沖擊振動(dòng)。兩種振動(dòng)特性不同，控制方法也不同。從工程角度，人們往往將機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)統(tǒng)稱為機(jī)械振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)的分類方法很多，按振動(dòng)規(guī)律可分為：簡諧振動(dòng)、非簡諧振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)；按振動(dòng)產(chǎn)生的原因可分為：自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)、參變振動(dòng)；按自由度多少可以分為：單自由度系統(tǒng)振動(dòng)、多自由度系統(tǒng)振動(dòng)；按振動(dòng)體位移特征可分為：角振動(dòng)、直線振動(dòng)；按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)特征可分為：線性振動(dòng)、非線性振動(dòng)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，我們應(yīng)當(dāng)注意研究和分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因以及它的規(guī)律和特性，才能有

5、效地控制，其中也包括監(jiān)控機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況；診斷異常振動(dòng)原因；防止和隔振方法等。11振動(dòng)的形成與特性振動(dòng)的形成，簡單地講就是物體在作運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。由于運(yùn)動(dòng)的形式不同，振動(dòng)體的結(jié)構(gòu)不同，造成振動(dòng)的特性也就各不相同。眾所周知，機(jī)電設(shè)備都不是一個(gè)簡單的物體，而是由若干個(gè)零件部件的有機(jī)組合而構(gòu)成復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，因此一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)在受到某種力的作用時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生不同的機(jī)械振動(dòng)。產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的原因可能是確定的，也可能是隨機(jī)的。而隨機(jī)的因素包括振動(dòng)系統(tǒng)本身的特性參數(shù)的隨機(jī)影響，同時(shí)也包括外來的激勵(lì)力影響或干擾力影響。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，首先應(yīng)該掌握振動(dòng)特性的分析與識(shí)別，這將對我們制訂控制措施提供依據(jù)。

6、所謂振動(dòng)特性，就是描述隨機(jī)振動(dòng)頻率分布特性和能量特性。這倆個(gè)特性分析一般都是用頻率域內(nèi)譜圖來描述，簡稱頻譜圖。該圖的橫坐標(biāo)為頻率域；縱坐標(biāo)為能量（能量可以通過速度、加速度、位移、振幅或相位來表示）。我們可以將機(jī)電設(shè)備的振動(dòng)通過頻譜圖進(jìn)行分析，從中發(fā)現(xiàn)能量的分布。分析時(shí)，可以抓住主要的能量成份，略去次要的能量成份，再對造成主要能量成份的影響因素逐一分析，這對控制方案是非常重要的。從力學(xué)角度看振動(dòng)系統(tǒng)，大致可以分為振動(dòng)體（就是振動(dòng)源）、激發(fā)力(外力或干擾力，這種力可以是恒定的，也可以是瞬間)。振動(dòng)體的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，頻率成份就越豐富，而激發(fā)力的大小則決定了能量的大小，從中不難看出激發(fā)力是相當(dāng)重要的，在

7、實(shí)際工程中對隨機(jī)振動(dòng)的分析與應(yīng)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域，這是由于振動(dòng)控制的領(lǐng)域已經(jīng)轉(zhuǎn)向海洋工程、航天航空、無線電通訊等重要的國防科技工業(yè)。需要提醒的是，在隨機(jī)振動(dòng)的譜分析時(shí)，要注意振動(dòng)量的不確定性、不可預(yù)估性和不可重復(fù)性，其振動(dòng)規(guī)律不能用一個(gè)確定函數(shù)來描述。我們經(jīng)常是經(jīng)過多次測量（盡可能保持重要的條件是相同的或基本相同），進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，這樣可以掌握隨機(jī)振動(dòng)的規(guī)律性。這方面的事例很多，例如艦船海上航行、車輛的山地運(yùn)行等。對有關(guān)振動(dòng)的理論知識(shí)請大家可以再看一些有關(guān)的書，在此不多講了?？偠灾粋€(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，在外力激勵(lì)力作用下，都將會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力響應(yīng)，如內(nèi)力、位移、速度和加速度。其結(jié)果是使整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)

8、的任何構(gòu)件都會(huì)產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力而形成振動(dòng)傳遞，這種振動(dòng)響應(yīng)就是需要限定在一定范圍的，這是電子設(shè)備所在環(huán)境的振動(dòng)控制。12振動(dòng)的評價(jià)要求各種物體產(chǎn)生振動(dòng)是自然規(guī)律，而振動(dòng)并非都是有害的，或者說振動(dòng)并非都需要我們?nèi)タ刂扑?，而是超出了某種限量或造成某種危害才需要進(jìn)行有效地控制。對振動(dòng)的評價(jià)要求，同樣是一件非常復(fù)雜的工作，它涉及到我們所接觸到的各個(gè)領(lǐng)域，所以評價(jià)要求就必須由各個(gè)領(lǐng)域的獨(dú)特要求來確定，到目前為主，尚沒有國際公認(rèn)的振動(dòng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對人體工程而言，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出了一些建議，例如ISO2631規(guī)定了人每日振動(dòng)暴露的標(biāo)準(zhǔn)限值要求。該標(biāo)準(zhǔn)就是根據(jù)人體各器官或各系統(tǒng)（例如呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)）的固

9、有頻率對低頻振動(dòng)響應(yīng)程度給出的限值，這完全是從人體保護(hù)要求給出的一種限值要求。所謂人體保護(hù)，也只能是指人疲倦或工作效率降低了的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，對于沖擊振動(dòng)就不包含在內(nèi)（見圖1）。 圖1 每日振動(dòng)暴露的標(biāo)準(zhǔn)我國還制定了“人體全身振動(dòng)暴露的舒適性降低界限和評價(jià)準(zhǔn)則”GB/T13442和“機(jī)械振動(dòng)與沖擊對建筑物振動(dòng)影響的測量和評價(jià)基本方法與使用導(dǎo)則”GB/T14124。振動(dòng)是一種物理性的環(huán)境污染，我國早在一九九八年就頒布了“城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)”GB10070，它規(guī)定了城市內(nèi)不同區(qū)域在白天與晚上的振動(dòng)限值，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是以不影響人工作和睡眠為基礎(chǔ)的一種振動(dòng)限值標(biāo)準(zhǔn)。以上兩種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都是以人體工程的基本要求提出

10、的，這對我們在研究機(jī)電設(shè)備振動(dòng)控制也是有參考價(jià)值的。至于電子設(shè)備的防振評價(jià)要求或控制標(biāo)準(zhǔn)，由于使用電子設(shè)備的領(lǐng)域不同，其要求也不盡相同，甚至還有較大的差異。所以電子設(shè)備的防振評價(jià)要求主要是以滿足使用條件而決定的。另外，由于絕大多數(shù)的電子設(shè)備自身并不產(chǎn)生明顯振動(dòng)，主要是防止設(shè)備所在的環(huán)境振動(dòng)不影響電子設(shè)備正常工作為準(zhǔn)則。這樣以來，針對性就很強(qiáng)，很多的評價(jià)要求（電子設(shè)備抗振要求、環(huán)境對電子設(shè)備的振動(dòng)影響）都是內(nèi)部制定或者是保密的。在此就不過多介紹了。13振動(dòng)的危害隨機(jī)振動(dòng)的危害很大。 eq oac(,1)對人體健康產(chǎn)生直接危害人體是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，身體的各個(gè)部分有著各自的固有頻率。例如：頭顱骨

11、的固有頻率大致為300-400赫；腹腔內(nèi)臟的固有頻率大致為30赫左右；胸腔和腹腔以及軀干的固有頻率大約在6赫左右；人在坐著的時(shí)候其固有頻率約為5赫左右。這就是人對低頻振動(dòng)敏感的原因。當(dāng)隨機(jī)振動(dòng)的頻率處于這種狀態(tài)下，人就會(huì)有不良反應(yīng)，對人體健康造成不良影響。 eq oac(,2)對電子設(shè)備的危害隨機(jī)振動(dòng)影響電子設(shè)備、精密儀器儀表的正常工作，從而降低了準(zhǔn)確性和可靠性，嚴(yán)重的隨機(jī)振動(dòng)甚至破壞了電子設(shè)備而造成更嚴(yán)重的不良后果。 eq oac(,3)對各種建筑結(jié)構(gòu)的危害強(qiáng)烈的隨機(jī)振動(dòng)將使建筑結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生疲勞破壞，疲勞破壞造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生劇烈變化（交變應(yīng)力）。據(jù)稱，飛機(jī)由于強(qiáng)度原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞的事故

12、，90%以上都是由于強(qiáng)烈的振動(dòng)而引起的；艦船的結(jié)構(gòu)由于強(qiáng)烈振動(dòng)受到破壞也時(shí)有發(fā)生，樓房建筑的例子也是不少的，例如地震的影響或其它強(qiáng)振。 eq oac(,4)強(qiáng)振造成聲輻射在艦船、飛機(jī)、各種車輛等金屬結(jié)構(gòu)的建筑物中，強(qiáng)烈的振動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲輻射，破壞了良好的室內(nèi)聲環(huán)境。 電子設(shè)備的防振要求振動(dòng)系統(tǒng)涉及的內(nèi)容不外乎是激勵(lì)力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，而振動(dòng)系統(tǒng)被激勵(lì)力作用而產(chǎn)生了振動(dòng)，這個(gè)過程非常簡單的，而要分析這種作用到振動(dòng)系統(tǒng)上的激勵(lì)力以及由此形成的響應(yīng)（振動(dòng)），就應(yīng)根據(jù)不同情況來加以分析。21防振以及振源分析211防振的目的有兩個(gè)，其一是使設(shè)備的振動(dòng)力不向外傳播；其二是基礎(chǔ)的振動(dòng)不影響設(shè)備。前者是指對產(chǎn)

13、生振動(dòng)較大的機(jī)電設(shè)備予以自身控制；后者則是對那些要求高的電子設(shè)備或人體予以保護(hù)。在實(shí)際工程中，若保證振動(dòng)力不外傳那是不可能的，只能是給予有效控制；而保護(hù)電子設(shè)備或人，則是涉及評價(jià)方法或評價(jià)限值（標(biāo)準(zhǔn)），兩者不是孤立的，而是互補(bǔ)的，這也說明振動(dòng)存在兼容性。因此，在防振技術(shù)中，就缺不了過程室內(nèi)YSH00對產(chǎn)生振動(dòng)的源進(jìn)行必要的分析。212振源分析在前面的1.1節(jié)中我們提到了對振動(dòng)應(yīng)作特性分析，分析的方法是用頻譜圖。振動(dòng)的產(chǎn)生，是由振動(dòng)源造成的，分析振動(dòng)源的特性就離不開振動(dòng)源所處的環(huán)境和振動(dòng)源自身的構(gòu)造。以下我們就以船舶結(jié)構(gòu)為例，來介紹如何進(jìn)行振動(dòng)分析。2121振源船舶是一種特殊的水上建筑物，船上的

14、各種動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備、管道系統(tǒng)內(nèi)流體的擾動(dòng)以及船體外殼受水流場作用等構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。因此在研究如何控制船舶振動(dòng)時(shí)，主要應(yīng)研究船上各類振動(dòng)源特性和船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳播特性。船舶上的振動(dòng)源主要有：主動(dòng)力系統(tǒng)：內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、推進(jìn)電機(jī)等；輔助系統(tǒng)：通風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、空調(diào)機(jī)組、冷藏機(jī)組、變流機(jī)、離心泵、往復(fù)泵、活塞泵、螺桿泵、海水泵；推進(jìn)裝置：軸系、螺旋槳等；管道系統(tǒng)：通風(fēng)管道、疏水管道、液壓管道等；船外裝置：舵、附體、流水孔、水流沖擊等。這些振動(dòng)源分別安裝在船上各個(gè)部位，對船舶振動(dòng)都有一定影響。2122典型分析 eq oac(,1)船用內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)特性（見圖2） 圖2 內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)圖

15、譜內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其動(dòng)力源主要靠不間斷地供燃油，燃油在氣缸內(nèi)被點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生爆炸沖擊力推動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)不間斷運(yùn)動(dòng)。如此多缸不停地運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)推力軸旋轉(zhuǎn)。由于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中需要滑油泵、燃油泵、冷卻水泵和進(jìn)排氣系統(tǒng)等輔助機(jī)電設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，使這些設(shè)備都構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)源。因而在頻譜圖中不難看出它的譜成份是相當(dāng)豐富的，除了帶脈沖性質(zhì)外還具有寬帶特性。 eq oac(,2)推動(dòng)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)特性（見圖3和圖4） 圖3 推進(jìn)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻譜 圖4 推力軸承處振動(dòng)頻譜推動(dòng)電動(dòng)機(jī)是依靠電力作為動(dòng)力源的，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)推力軸運(yùn)轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)、電刷的摩擦、定子和轉(zhuǎn)子之間電磁場不均勻以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件的氣動(dòng)力效應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。因而在譜圖中

16、呈離散譜特征，主要份量為軸頻、冷卻風(fēng)機(jī)軸頻和葉頻、電動(dòng)機(jī)槽頻等。 eq oac(,3)通風(fēng)機(jī)振動(dòng)特性（見圖5） 圖5 通風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻譜通風(fēng)機(jī)是依靠電力起動(dòng)，除通風(fēng)管路外無其它機(jī)械設(shè)備協(xié)同運(yùn)行，所以頻譜圖呈離散特征和寬帶特征。出現(xiàn)寬帶的原因主要是旋轉(zhuǎn)體的氣體動(dòng)力效應(yīng)，離散份量也由旋轉(zhuǎn)體的不平衡和風(fēng)機(jī)葉片與氣流的作用產(chǎn)生振動(dòng)。 eq oac(,4)通風(fēng)機(jī)管壁的振動(dòng)特性（見圖6） 圖6 通風(fēng)機(jī)管壁的振動(dòng)頻譜通風(fēng)機(jī)管壁的振動(dòng)是由通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)風(fēng)流激勵(lì)通風(fēng)管壁而產(chǎn)生的振動(dòng)，明顯的離散譜特征，主要的份量在空氣流體動(dòng)力上，與通風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻譜是不同的。 eq oac(,5)離心泵振動(dòng)特性（見圖7） 圖7 離心泵振

17、動(dòng)頻譜離心泵是由電力起動(dòng)，振動(dòng)頻譜呈寬帶特征和離散特征。出現(xiàn)寬帶的原因是由于部分軸承和傳動(dòng)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)和流體紊流形成的渦流引起，離散分量則由泵機(jī)械和水動(dòng)力不平衡以及葉片（齒）與流體不均勻流場相互作用引起的。在船舶上，液壓泵、往復(fù)泵其振動(dòng)特征與離心泵基本相似。 eq oac(,6)空壓機(jī)振動(dòng)特性（見圖8） 圖8 空壓機(jī)振動(dòng)頻譜空壓機(jī)是由電力起動(dòng)，通過連桿使活塞組往復(fù)運(yùn)動(dòng)對空氣進(jìn)行壓縮后送到儲(chǔ)壓器內(nèi)。振動(dòng)頻譜相當(dāng)豐富，呈寬帶特性和脈沖特性，形成原因是快速旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中的機(jī)械摩擦、沖擊和電磁脈動(dòng)以及氣體動(dòng)力引起的振動(dòng)。其頻譜特性與內(nèi)燃機(jī)有相同之處。213結(jié)構(gòu)振動(dòng)的傳播 艦船上的主動(dòng)力設(shè)備以及構(gòu)成

18、振動(dòng)源的其它機(jī)電設(shè)備，產(chǎn)生的振動(dòng)均是通過機(jī)座和管道系統(tǒng)向船體結(jié)構(gòu)傳遞。振動(dòng)能量在船體結(jié)構(gòu)的傳遞過程中，由于船體結(jié)構(gòu)的諸多特點(diǎn)，例如船體板、肋骨、艙壁、加強(qiáng)筋等的有機(jī)連接和變化，使得振動(dòng)能量逐漸減小耗散。我們掌握這樣的規(guī)律，對控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)的傳播是有益的，對電子設(shè)備的防振設(shè)計(jì)也有指導(dǎo)作用。22抗沖擊的分析 沖擊就是一種瞬間突發(fā)的外力形成沖擊脈動(dòng)，具有力、位移、速度或加速度的非周期性突然變化。由于突發(fā)力的作用使振動(dòng)在很短的時(shí)間內(nèi)由一恒值升起和衰變的重大擾動(dòng)，持續(xù)時(shí)間很短，但破壞作用很大。一般電子設(shè)備都應(yīng)做沖擊試驗(yàn)，有關(guān)抗沖擊方面的信息必須從模擬的沖擊試驗(yàn)中獲取。對船舶而言，沖擊來源于海浪和水中兵器的

19、爆炸。強(qiáng)烈的沖擊會(huì)造成船體破損和電子儀器設(shè)備的損壞。在陸地上常見的沖擊來自廠礦企業(yè)的沖床、剪切機(jī)、鍛床、打樁機(jī)等重型機(jī)械設(shè)備。沖擊力的影響是一種不確定因素，與距離、受沖擊設(shè)備的質(zhì)量等條件有關(guān)，若對其做出合適的評估是比較困難的。實(shí)際應(yīng)用中，往往是應(yīng)用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)理論以及模擬試驗(yàn)。從本質(zhì)上講，這種方法可以提供某些電子設(shè)備與機(jī)械設(shè)備有效的置信級限沖擊譜以及設(shè)備在船舶上確定這些模擬的最大響應(yīng)，然后將各模態(tài)的最大響應(yīng)迭加起來，產(chǎn)生一個(gè)偏于保守的沖擊響應(yīng)估算值。沖擊的頻譜分析通過沖擊試驗(yàn)的頻譜分析，可以知道儀器設(shè)備的固有頻率，為防止共振提供依據(jù)。例外的是若對打擊樂器進(jìn)行沖擊頻譜分析，則是對該樂器音質(zhì)、音色

20、的評價(jià)提供依據(jù)，在此，我們也可以利用它們的沖擊譜圖來介紹如何分析沖擊譜特性。沖擊譜分析（見圖9圖14）。圖9 上扭A6(側(cè)音)三維圖譜圖10 上扭A6音高圖圖11 下甬F3（側(cè)音）三維圖譜圖12 下甬F3 音高圖圖13 中甬A4(隧音)三維圖譜圖14 中甬A4音高圖23防振要求從環(huán)境保護(hù)角度上講，噪聲與振動(dòng)同屬于環(huán)境污染。振動(dòng)源就是噪聲源，聲振是兩個(gè)屬性不同而又不可分割的物理現(xiàn)象。從工程應(yīng)用角度上講，控制振動(dòng)源的振動(dòng)，對噪聲控制也是有作用的。所以采用有效控制措施，保護(hù)電子儀器設(shè)備的安全、可靠同樣是工程技術(shù)人員的責(zé)任，防振要求正是表明了這種目的。如何防振，我們將通過第三章的實(shí)例介紹進(jìn)行說明。3電

21、子設(shè)備的防振設(shè)計(jì)電子設(shè)備的防振設(shè)計(jì)，可以從兩個(gè)方面去考慮，其一是指電子設(shè)備自身應(yīng)達(dá)到承受某種量級的振動(dòng)或沖擊而不影響正常使用；其二是采取有效措施防止電子設(shè)備所在環(huán)境的振動(dòng)影響其正常使用。前者是對電子設(shè)備自身技術(shù)性能要求；后者則是對電子設(shè)備的保護(hù)。對振動(dòng)的有效控制大體分為四個(gè)方面,一是制定相應(yīng)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、條例、規(guī)范，以限制環(huán)境振動(dòng)的量級；二是電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備控制自身的振動(dòng)或烈度；三是對這些設(shè)備所處的環(huán)境振動(dòng)加以有效控制；四是電子設(shè)備具備一定的抗振、抗沖擊能力。以上四個(gè)方面是互補(bǔ)的，可見，振動(dòng)控制是一項(xiàng)系統(tǒng)控制工程。31抗振設(shè)計(jì)的基本方法抗振設(shè)計(jì)就意味著對振動(dòng)的有效控制?；痉椒ㄊ抢酶粽瘢p

22、振）技術(shù)、阻尼減振技術(shù)。311隔振技術(shù)隔振就是在機(jī)械設(shè)備（振動(dòng)源）與基座之間安裝隔振器，形成彈性支撐而改變振源與基座之間的阻抗，使振源的振動(dòng)得到有效隔離。在儀器設(shè)備（電子設(shè)備）與基座之間安裝彈性支撐，可以減小環(huán)境振動(dòng)對儀器設(shè)備的影響程度。隔振器的種類很多，就船舶而言，原則上采用橡膠型隔振器、鋼質(zhì)彈性體隔振器、空氣彈簧隔振器，或上述隔振器的組合使用。其中橡膠型隔振器中還包括：圓筒型、平板型、剪切型、雙板型、保護(hù)型等型式隔振器。這些隔振器都是適用于船舶動(dòng)力設(shè)備和各種機(jī)械設(shè)備的隔振和緩沖，其中剪切型、保護(hù)型、平板型適用于電子儀器設(shè)備和儀表的隔振和緩沖。隨著船舶的振動(dòng)控制技術(shù)不斷發(fā)展，近幾年來又研制了

23、新型的隔振器鋼絲繩隔振器，是用多股不銹鋼鋼絲繩制成。具有隔振與隔沖擊的特點(diǎn)；它是利用材料軟化剛性的特點(diǎn)，既振動(dòng)幅值越大，剛度越低，隔振效果越明顯；適合惡劣環(huán)境下長期使用。利用隔振器降低振動(dòng)能量的振動(dòng)隔離技術(shù)，是振動(dòng)控制中應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。在船舶行業(yè)內(nèi)，利用隔振器隔振的技術(shù)已經(jīng)日益完善，也取得了良好的效果?，F(xiàn)將隔振器在選用時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題提示如下： eq oac(,1)對振動(dòng)源應(yīng)做必要的頻譜分析，如果振動(dòng)源有數(shù)個(gè)頻率成份時(shí)，可對頻率最低的或振動(dòng)能量最強(qiáng)的頻率進(jìn)行頻率進(jìn)行隔離，可以產(chǎn)生良好而有效的結(jié)果； eq oac(,2)注意將振動(dòng)力頻率與支撐系統(tǒng)的固有頻率控制在一個(gè)良好范圍內(nèi)，因?yàn)楫?dāng)振動(dòng)

24、力頻率與支撐系統(tǒng)固有頻率的比等于1時(shí)，則振動(dòng)傳遞率最大，傳遞力有放大現(xiàn)象，此時(shí)的隔振系統(tǒng)處于共振狀態(tài)；當(dāng)兩者的比值等于時(shí)，傳遞率等于1，則振動(dòng)傳遞力不放大，此時(shí)隔振系統(tǒng)沒有隔振效果；當(dāng)兩者的比值大于時(shí)，傳遞率小于1，傳遞力有衰減，也就具有一定的隔振效果； eq oac(,3)在同一個(gè)隔振系統(tǒng)中，應(yīng)盡可能使用同規(guī)格、同型號的隔振器，如果機(jī)電設(shè)備的形狀或質(zhì)量不對稱而不得不采用不同規(guī)格型號的隔振器時(shí)，則應(yīng)使各隔振器的支撐點(diǎn)受力均勻、靜壓縮量的位移保持一致，以保持機(jī)電設(shè)備在振動(dòng)時(shí)處于水平狀態(tài)； eq oac(,4)不要盲目選擇非標(biāo)準(zhǔn)化或剛度較大的隔振器，因?yàn)檫@種選擇會(huì)破壞良好的彈性支撐或彈性聯(lián)接而產(chǎn)生

25、不良后果，因?yàn)閯偠仍酱?，隔振效果越?。?eq oac(,5)機(jī)電設(shè)備的基座是傳遞振動(dòng)的結(jié)構(gòu)件，而隔振裝置的隔振效果與基座結(jié)構(gòu)存在著密切關(guān)系。也就是說隔振系統(tǒng)固有頻率越低，基座阻抗就應(yīng)越大，隔振效果就會(huì)越好。 eq oac(,6)懸臂型基座應(yīng)直接安裝在加強(qiáng)安裝板架的垂向加強(qiáng)筋上，因?yàn)榧訌?qiáng)筋的阻抗至少比基座安裝平板的阻抗大3倍，對電子設(shè)備最適用； eq oac(,7)不要使用超過保質(zhì)期的隔振器，應(yīng)選用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的隔振器； eq oac(,8)在對隔振效果進(jìn)行評價(jià)時(shí)，一般是用測量的方法。測量方法有插入損失法和振級落差法兩種。由于插入損失法實(shí)施比較困難，我們建議使用振級落差法。測量振動(dòng)加速度或振動(dòng)加

26、速度級均可以方便的達(dá)到評價(jià)要求。312阻尼減振技術(shù)物體振動(dòng)受三個(gè)參數(shù)的影響，即與勢能有關(guān)的剛度、與動(dòng)能有關(guān)的質(zhì)量、與能量消耗有關(guān)的阻尼。振動(dòng)控制中，通過改變剛度和質(zhì)量可以避免共振；采用隔振技術(shù)可以減小振動(dòng)能量的傳遞；提高機(jī)械零件的加工精度、減小活動(dòng)零部件的互相摩擦和增強(qiáng)其潤滑機(jī)制，可以減小振動(dòng)能量。但如何改變金屬結(jié)構(gòu)的自身阻抗能力，或者無法使用隔振技術(shù)的情況下，尤其是薄板結(jié)構(gòu)以及寬頻帶隨機(jī)激勵(lì)等場合，則采用增加部件或結(jié)構(gòu)的阻尼來控制振動(dòng)是非常有效的。一般金屬結(jié)構(gòu)的損耗因子都很小，特別是大量采用焊接工藝也大大減小了系統(tǒng)的連接阻尼，這對振動(dòng)能量在結(jié)構(gòu)中的傳遞起到了暢通無阻的作用。增加部件或結(jié)構(gòu)的阻

27、尼，最方便最有效的辦法就是在部件表面粘貼或涂刷高分子粘彈性阻尼材料。當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，阻尼材料產(chǎn)生拉伸壓縮變形，把振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，起到抑止振動(dòng)的作用，阻尼可以使共振峰下降；在非共振區(qū)，阻尼可以有效降低振幅，使結(jié)構(gòu)振動(dòng)在傳播過程中逐漸衰減，達(dá)到減振目的。另外也可以有效降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)的聲輻射而同時(shí)又獲得降低空氣噪聲的作用。阻尼減振技術(shù)按工程應(yīng)用可以分為三類：第一類利用阻尼器件作為機(jī)電設(shè)備、管路等系統(tǒng)的隔振和抗沖擊裝置；第二類是利用附加的阻尼材料控制金屬結(jié)構(gòu)的板、梁中的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。如自由阻尼結(jié)構(gòu)、約束阻尼結(jié)構(gòu)、復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)；第三類則是利用夾板層、非金屬阻尼材料等組成的結(jié)構(gòu)性材料。下面我們重點(diǎn)介紹第二類。3

28、121自由阻尼結(jié)構(gòu)自由阻尼結(jié)構(gòu)就是將高分子粘彈性阻尼材料直接粘貼在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)表面上。當(dāng)結(jié)構(gòu)被激振動(dòng)時(shí)，隨著基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層的彎曲振動(dòng)，自由阻尼層產(chǎn)生交變的拉壓變形，粘彈性阻尼材料內(nèi)部產(chǎn)生交變的拉壓應(yīng)力和應(yīng)變，由于應(yīng)變滯后于拉壓應(yīng)力，導(dǎo)致振動(dòng)能量的耗損。自由阻尼層結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，對薄壁薄板結(jié)構(gòu)有很好的效果。在實(shí)際應(yīng)用中，要求自由阻尼層和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)達(dá)到一定的厚度比。人們?yōu)榱颂岣咦枘嵝Ч植恢率棺杂勺枘岷穸仍黾犹螅谧枘釋优c基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間粘合一種抗剪剛度極大而抗變剛度極小的材料，作為自由阻尼層的中間墊高層。這種材料可以使用硬質(zhì)泡沫塑料或鋁蜂窩板，形成有隔離層的自由阻尼結(jié)構(gòu)，由于墊高層使得阻尼層的拉壓

29、變形增大，從而使能量損耗也增大。3122約束阻尼結(jié)構(gòu)約束阻尼結(jié)構(gòu)就是在自由阻尼層的上面再粘貼一層彈性層，就構(gòu)成了約束阻尼層，這時(shí)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層與約束層之間不允許有任何剛性聯(lián)接。當(dāng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層受彎曲振動(dòng)而使阻尼層伸長時(shí)，約束層的伸長遠(yuǎn)小于阻尼層的伸長，因此它就阻止了阻尼層的伸長；相反當(dāng)阻尼層壓縮時(shí)，約束層又阻止阻尼層的壓縮。由于約束層阻礙阻尼層的伸長和壓縮，使阻尼層上下表面各自產(chǎn)生壓縮和拉伸的不同變形，因而在阻尼層內(nèi)部產(chǎn)生剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變，由于剪切應(yīng)變滯后于剪切應(yīng)力，導(dǎo)致振動(dòng)能量的耗損。這里要注意自由阻尼結(jié)構(gòu)和約束阻尼結(jié)構(gòu)在阻尼機(jī)理方面是不同的。3123復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)當(dāng)約束阻尼結(jié)構(gòu)的約束層采用具有較

30、大剛度并且具有一定的阻尼損耗因子的材料時(shí)，則約束層一方起到阻礙阻尼層的伸長與壓縮，使其產(chǎn)生剪切變形，同時(shí)自身也在拉壓變形中消耗振動(dòng)能量。復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)是在約束阻尼層的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有更好的阻尼降噪效果。3124其它阻尼在艦船上，根據(jù)船舶機(jī)電設(shè)備及與之相連的管道系統(tǒng)采取隔振阻尼措施，還有一些離散型的阻尼器件。這些器件包括：空氣彈簧減振器、阻尼吸振器、阻尼動(dòng)力吸振器、沖擊阻尼吸振器等；還可以根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際需要采取其它的設(shè)計(jì)技術(shù)，達(dá)到阻尼隔振效果。例如：對金屬結(jié)構(gòu)的連接方式不采用焊接方法，而是采用搭接的方法，即在兩個(gè)需要連接的金屬結(jié)構(gòu)之間，增墊高分子阻尼材料并用螺栓緊固，能達(dá)到理想的隔振阻尼

31、要求。另外，對機(jī)電設(shè)備提出相關(guān)的技術(shù)要求，以降低這些振動(dòng)源自身的振動(dòng)量級。例如：根據(jù)使用需要，規(guī)定某些機(jī)電設(shè)備的振動(dòng)量級指標(biāo)（工程上用振動(dòng)烈度來評價(jià)）；提高設(shè)備的平衡性設(shè)計(jì)；提高零部件加工質(zhì)量和加工精度以減小零部件在相互運(yùn)動(dòng)中的摩擦；保持運(yùn)動(dòng)機(jī)械的良好潤滑等，這些要求在工程應(yīng)用中不能忽視。3125阻尼應(yīng)用效果評價(jià)阻尼效果的評價(jià)一般是采用插入損失測量法來評價(jià)，對于某些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或環(huán)境無法使用插入損失評價(jià)時(shí)，也可以利用模擬試驗(yàn)給出的信息或計(jì)算值來評價(jià)。32抗沖擊設(shè)計(jì)的基本方法對艦船而言，沖擊來自水中非接觸性爆炸；接觸性爆炸；空中非接觸性爆炸；自己的武器發(fā)射所產(chǎn)生的氣浪；船舶碰撞；海浪拍擊等。對于接觸性爆炸和碰撞，往往會(huì)造成嚴(yán)重破壞，在此我們不予討論。而對非接觸性爆炸所產(chǎn)生的突然施加的較大能量的沖擊波（力），使船體結(jié)構(gòu)發(fā)生的突發(fā)位移是廣泛分布的，由此而形成的振動(dòng)響應(yīng)是比較復(fù)雜的，除對船體結(jié)構(gòu)提出了抗沖擊的設(shè)計(jì)要求外，對電子設(shè)備的抗沖擊同樣也提出了要求，這就使得裝在船舶上的電子設(shè)備應(yīng)該具備一定的抗沖擊能力。321電子設(shè)備的抗沖擊設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)抗沖擊的電子設(shè)備中，一個(gè)主要的原則就是盡可能地減小設(shè)備元件的重量，盡可