我国军工汽车行业的发展,军用车载电子设备的发展也倍受人们关注。由于军用汽车在行进过程中,承受来自发动机工作和运输过程中更加复杂的路况等多种形式产生的机械力,倍受振动和冲击的作用,对车载电子设备的危害极大。根据调查显示,由于振动引起的电子设备故障占到电子设备总故障率的百分之八十以上。如此高的占比说明了振动对于车载电子设备的危害是最大的,必须加以重视。本文通过对车载电子设备的工作环境进行分析,进行车载电子设备的隔振系统设计,希望对促进我国车载电子设备的安全可靠和发展做出积极贡献。
1、汉龙航空科技设备针对车载、机载电子设备隔振系统设计
车载电子设备由于受到来自于各方面的机械力,对其本身的危害是巨大的。危害方式主要是由于设备在某一个激振频率下产生振幅很大的共振,这样的情况最终会导致因为振动加速度超过设备所能承受的极限加速度而损坏,直接导致车载电子设备的损坏。所以在进行车载电子设备的隔振系统设计时,要充分考虑车载电子设备在各激振频率下的响应值小于设备所能承受的极限,对电子设备进行最大意义上的保护,使其更加安全可靠。
2车载电子设备隔振器的设计原理
通常来讲,对车载电子设备进行隔振系统设计,就是通过在车载电子设备上加装隔振器来实现减振。将电子设备与隔振器看成是一个系统,在车体传来振动信号与频率时,首先经过减振器的作用,对振动信号进行减弱,之后再传递给车载电子设备,这样经过减振器的作用,传到电子设备上的振动信号和振动频率都会降低,从而达到保护电子设备的目的。在电子设备上加装减振器不但对于车载电子设备的性能和安全是一个保护,同时也是对于整车的性能和安全是一个保护,能够提高乘车的安全性和舒适性,通过减弱振动信号与频率,保护车体不受振动困扰,使整车的安全可靠得到一个保障。
隔振就是通过在设备或器件上安装减振装置,隔离或减少它们与外界间的机械振动传递。在电子设备与基础之间安装弹性支承即减振器,以减少基础的振动对电子设备的影响程度,使电子设备能正常工作或不受损坏;这种对电子设备采取隔离的措施,称为被动隔振。一般情况下,仪器及精密设备的隔振都是被动隔振。
被动隔振系数:振动来自基础,其运动用U=Uosin(ωt)表示,也是周期振动。被动隔振也可用隔振系数η表示其隔振效果,它的含义是被隔离的物体振幅与基础振幅之比(或是振动速度幅值、加速度幅值的比值),可用下式计算:
η=xo/Uoξ——减振器的阻尼比(橡胶减振器的阻尼比为0.02~0.15)。从η的表达式可以看出,隔振系数η与频率比(f/fo)及阻尼比ξ有关。
当f/fo当f/fo>2时,隔振系数η
因此,要使隔振系统有效果,必须使η2。在电子设备的减振设计中一般取频率比f/fo为2.5~4.5,也就是说要获得满意的隔振效果,应该使隔振支承系统的固有频率为振动力频率的1/2.5~1/4.5。
3. 车载电子设备隔振器的设计过程
3.1 设计准备阶段
在车载电子设备减振器的设计准备阶段,首先要了解车载电子设备的工作数据、车辆和隔振器三种的详细资料,知道各部分之间的组合联系,确保对所要设计的减振器的工作环境、工作状态和性能有个整体的把握。
(1)充分对车载电子设备的外形结构进行严格意义上的掌握,了解安装图纸和安装尺寸。对于车载电子设备的质量、重心和性能有个整体的了解,了解车载电子设备的支撑点的位置和数量,对于减振器的安装有个整体的布局和规划,充分了解车载电子设备的工作环境和工作状态。
(2)对电子设备的使用及工作环境有个整体的把握,了解设备的工作温度极限,对于湿度的要求、对于油污、太阳辐射的要求等等。还要掌握车载电子设备受到振动的方向、频率,实际工况、产生的位移和振幅加速度等方面的要求,知晓各个频率值的产生与传播。
(3)了解隔振器的工作环境,根据车载电子设备的大小尺寸和安装位置,确定隔振器的尺寸,确保采用科学合理的安装方式进行隔振器的安装和使用。对隔振器的静刚度和动态性能有个整体的了解与把握。比如与温度、频率、载荷等变化的关系。对隔振器的寿命包括疲劳极限等有个充分的了解,在具体的工作中,知晓车载电子设备的使用条件,并且应该设有标准的电子设备所承受的条件和等级指标。在合适的隔振系统选用合适的隔振器,对于车载电子设备的保护达到一个标准合理的范围。
3.2 设计的具体方法和步骤
在对车载电子设备隔振器的设计过程中,鉴于此系统的隔振必须综合考虑多种情况在内的状况,尤其是包括耦合振动在内的情况,所以隔振系统设计颇为复杂。车载电子设备的隔振系统,是具有六个度的隔振系统,也就是沿三个坐标轴的平移振动和绕三个坐标轴的旋转振动。通过此类振动幅度与振动信号,隔振器要进行充分的试验以满足多种情况在内的综合减振需求。
3.2.1 电子设备隔振器合理支撑布局的设计
对车载电子设备隔振器的安装位置和设备的最佳支撑点进行充分的实验论证,确保设备在动静载荷状态下不会发生弯曲变形等情况,并且隔振器的布置间距不易与电子设备过大,应与车载电子设备密切接触,才能充分发挥减振器的作用,使电子设备的振动降低到最小。同时,考虑到安装减振器的支撑点的载荷如果相差比较多,那么在选择减振器的时候,就要选择同一型号不同刚度的减振器,来满足车载电子设备的减振需求。
同时,在减振器的安装方式上也要避免耦合的布置,将减振器的布置方式选择为在电子设备的重心平面。当配置分别于xoz、yoz两个惯性主轴平面对称时,那么电子设备减振系统就会沿着z轴运动,也就是耦合运动。这种情况出现的时候,可以通过改变刚度布局来实现解耦。当两支点的间距过小时,可以通过对a、c或者b、c进行减弱耦合运动,改善车载电子设备的在行驶中的稳定性。把平时电子设备的激振充分考虑到内,为获得理想的减振效果,就要在减振设计过程中采用2.5~4.5,在系统设计过程中,应远离激振频率。
3.2.2 电子设备隔振器载荷设计
在对车载电子设备选择隔振器的时候,首先要对车载电子设备的工作状态有个全面充分得了解,对于需要满足的要求进行研究论证,确保隔振器的使用能够解决车载电子设备的振动问题。其次对于隔振器的额定载荷的选择应该大于电子设备的质量。一般比例在百分之五饭百分之十之间。再次车载电子设备隔振器的布局安排应该科学合理,让隔振器的各向刚度关于设备各向质心平面对称。并且电子设备在车辆正常使用过程中,主要来自于垂直方向上的振动,所以车载电子设备隔振器的承载能力和布局安排主要来自于垂直方向的隔振与缓冲。
首先对电子设备所受的载荷要进行全面的分析,试验在最大振动下电子设备减振器所要承受的振动,并且对其工作性能进行合理分析,为减振器的载荷设计积累经验,不断让减振器在真实情况下进行试验,检查它在真实状况中的表现,使其符合实际要求,满足车载电子设备的实际需要。