电子设备振动分析与抗振设计

刘雅霖

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

外部环境的多变以及电子设备辅助设施的不合理，会影响电子设备的使用质量，导致设备自身的电性能明显下降，在运行的过程中特别容易出现共振的问题，甚至出现由于零部件老化失效造成的振动疲劳，导致电子设备疲劳损伤的情况，直接使电子设备运行失效，会对设备运行质量造成更加严重的影响。为了避免这样的情况发生，要进一步优化电子设备的结构，加强对抗振设计的改善，用科学的办法对设备振动进行分析，规范抗震设计。对电子设备全面的管理和科学的控制方法有利于提高设备的使用质量[1]。

1 影响电子设备振动产生的原因

1.1 外部环境

由于外部环境的不确定，影响电子设备运行的因素有两个方面：（1）电子设备的激振，由于设备在运行的过程当中不停地出现颠簸的状态，将力直接作用在电子设备本身而发生的振动就是激振现象。例如，将设备安置在车辆当中，车辆在行驶过程中不停地颠簸，就是电子设备的振动状态。所以，受外部不确定性因素的影响，便会出现各种各样的震动现象。（2）位移激振，与激振刚好相反，位移激振是通过弹簧和阻力之间相互作用，将力直接转移到了电子设备上，会出现干扰电子设备实际运行的行为[2]。

1.2 设备内部

影响电子设备振动的内部原因和整体的内部设计有着密不可分的关系。如果设计整体不合理，在运行中就会发生内部零件的弯曲和变形，形成耦合振动，对设备的正常运行造成干扰，使整个运行系统都发生变化。

影响电子设备振动的一个重要因素是连接刚度的设计，如果刚度设计达不到设备运行所需要的标准，就会造成因外部环境的振荡所产生的连接问题，严重影响到了电子设备运行的稳定性，环境因素如果也达不到设备运行的要求，就会出现由于电子设备运行颠簸剧烈而造成的设备运行中断，造成电子设备内部系统紊乱，无法继续进行工作。除此之外，电子设备内部所用的零部件，例如，螺丝规格、数量等，也是影响电子设备振动的原因。

2 电子设备中的抗振设计

2.1 电子设备加固设计

（1）电子设备刚度设计：在电子设备的设计过程中，为了提升设备的抗扭、抗弯刚度，需要在设计过程中对横截面的尺寸和形状进行适当的选择，并且要特别注意设备中各个零件能够承造的力度，让底板和骨架之间相互协调，满足对刚度的要求，才能避免设备在投入使用运行时出现错误。在耦合振动作用之下，设备沿着垂直轴向方向运行，设备机柜、机箱容易发生弯曲变形，导致弯扭耦合现象的发生。下面以机柜为例，进行简单的分析，弯曲耦合振动的固有频率可以表现为：

其中，EI表示设备的弯钢度，I表示柜机的长度，M表示柜机的质量，Im表示柜机的转动惯量，fr表示固有频率的扭转振动，fz表示固有频率，2GJ/1=Km表示抗扭抗度。由公式（1）可知，想提升机柜的固有频率，就需要尽可能减少M和I，也就是质量和长度，或者提高EI，就是提升抗弯刚度，在质量和长度一定的情况之下。所以，公式表明了电子设备提高抗弯抗扭刚度的重要性[3]。

（2）电子设备连接刚度设计：电子设备加固设计不光体现在设备刚度的设计上，同时应注意连接刚度的设计。通过多次结合实际情况进行试验，对螺钉的数量和质量进行控制，保证其符合电子设备抗振设计的要求，根据设备实际情况，对螺钉适用设备的位置进行比对，提升设备连接的加固作用。在抗振设计过程中，螺纹紧固剂需要在螺钉固定后进行运用，避免设备使用过程中因为螺钉脱落造成不必要的麻烦，提高稳定性的同时也增加安全性。通过对连接刚度的设计，能够很好地对电子设备内部起到控制作用，提升设计刚度。

2.2 电子设备隔振设计

使用隔振器进行抗振，在电子设备抗振过程中能够有效减少振荡对电子设备的影响，从而使振波到达设备之后有缓冲的时间，可以非常有效地提升电子设备的使用质量，能够减少电子设备的振动幅度和振动频率，有效避免因震动快、频率高带来的不利影响，如图1所示。将4个相同的1.2 m以上机柜均安装在机柜设置的最底部，在其两侧装上两个隔振器。目前，安装隔振器已经基本上实现了流程的标准化，能够达到有效减振的效果。但是耦联自由度在此种系统当中极其容易发生，造成局部共振情况的发生。

图1 背架式隔振系统力学模型

通俗地讲，耦联共振指的就是两个或者两个以上的电子设备之间具有关联性，两者之间能够互相影响，并且紧密配合。所以，为了电子设备能够具备更好的隔震效果，需要加强对该系统的进一步设计[4]。

2.3 电子设备抗振与解耦设计

电子设备共振现象是在设备运行过程当中无法避免的，只能通过设计尽量减少共振现象的发生。所以要对系统进行抗共振设计，通过降低隔震传递率的方式将设备共振进行控制，保证设备文件运行。进行抗振设计时，想要隔震系统的设计能够发挥最好的效果，就要对系统内部进行数据清零，才能保证隔振器刚度和隔振器本身保持在同一个水准上，并且能够稳健地相互运行。尽量把干扰降低到最小，才能够对电子设备进行解耦，在合理控制住振幅地情况之下进行解耦设计以及抗振设计。

2.4 隔振器质量测试和型号选择

隔振器从设计到安置，再到后期的使用运行，都需要对隔振器型号进行严格的选择，无论是隔振器性能，还是质量，都需要进行仔细的筛选，因为隔振器的稳定性能对电子设备运行是否具有稳定性有极大的影响。

无谐振峰减震器是我国使用比较多的一个减震器品牌，不仅能够减少电子设备的固有频率，还能够通过对周围环境的监测和振荡，使整个运行过成出现无振的情况，这是由于该振动器将摩擦阻尼技术与刚度拟合技术相结合，能将两者的性能相互协调，利用科学分析后的有效数据进行调节，最后结合实际情况进行设计。在设备运行过程中，可以根据实际情况，对不同电子设备的不同特性进行分别分析，有助于提升隔振器的使用效果[5]。

2.5 电子设备隔振效果测试

电子设备隔振器安装过后对其效果进行测试，是必不可少的一个步骤。首先，需要模拟外部环境的真实情况，先对设备安置效果进行测试；其次，随时记录下测试的真实数据，对不合理的地方进行修改，修改过后继续进行测试。多次反复地实验，能够确保实验的科学性，最大限度地保证隔振器的效果，保证电子设备稳定的运行。

3 结语

文章对电子设备振动的外部环境因素和设备内部进行分析，了解了环境对设备具有很大的影响，在改变不了外部环境的基础上，为了保证设备运行的稳健性，只能从设备内部环境的建设方面入手。这就需要加强对电子设备的抗震处理，对震动进行科学的分析，明确震动产生的原因以及掌握设备运行的内部原理，进行合理的抗震设计，提升电子设备运行的稳健性，提升技术进步支持下电子设备运行的可靠性，为我国电子设备的全面发展打下了坚实的基础，为后期运行的稳定性提供了数据支持和技术基础。