被动隔振系数:
振动来自根底,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根底振幅之比〔或是振动速度幅值、加速度幅值的比值〕,可用下式计算:
η=xO/ UO
={[1+4ξ2〔f/fo〕2]/[1-〔f/fo〕2]2+4ξ2〔f/fo〕2}0.5 〔1〕
式中 xO——物体的垂向振幅(m);
UO——根底的垂向振幅(m)。
式中 f――振动力的频率〔HZ〕;
k――隔振器的刚度〔N/m〕;
m――物体的质量〔kg〕;
g——重力加速度〔 9.8m/s2〕;
ξ——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汽车减震器价格〕及阻尼比ξ有关。
当f/fo <<1时,隔振系数η=1。此时振动力变化缓慢,且其几乎等值传递到根底上。
当 f/fo =1时,隔振系数η为最大,振动力有放大现象,此时系统处于共振状态;η值随ξ增大而减小,所以,对于启、停频繁的设备,为防止设备在启动或停机过程中经过共振区域时产生过大的共振,减振器选用时应考虑阻尼大一些的。
当f/fo =时,隔振系数η=1,振动力等值传递,此时系统无隔振效果;
当f/fo>时,隔振系数η<1,振动力减值传递,此时系统有隔振效果。
因此,要使隔振系统有效果,必须使η<1,即必须使频率比f/fo>。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。
阻尼在共振区内,阻尼可以抑制传递率的幅值,使物体的振幅不至于过大;在非共振区,阻尼反而使传递率增大。
因此,隔振应强调以下几点:
当f/fo ≈1时,发生共振,应力求防止;
不管阻尼大小,只有f/fo>,才有隔振效果;
一般情况下,建议把频率比f/fo取为2.5~4.5。
隔振系统中控制振动及其传递主要有三个根本因素:隔振器的刚度k、被隔离物体质量m及系统支承即隔振器的阻尼比ξ。它们各自的影响简述如下:
①刚度k——隔振器的刚度越大,隔振效果越差,反之隔振效果越好。因为:
f0=(k/m)0.5/2π (2)
k越大,f0越大,f/fo越小,η就越大〔在隔振区〕隔振效果差;
k越小,f0越小,f/fo越大,η就越小〔在隔振区〕隔振效果好。
因此,就隔振而言,刚度k应尽可能小;必须指出的是,过小的刚度k可能无法承受质量m,就像一个重物将一根弹簧压扁了,无法起到隔振作用,对于一个设计正确的隔振系统,支承的刚度计算既要考虑隔振效果的实现,同时还要兼顾其承载能力。
②质量m——被隔离物体的质量m使支承系统保持相对静止,物体质量越大,在确定振动力的作用下物体振动越小。同样从式(2)看出,m越大,那么f0越小,在隔振区η就越小,隔振效果好。增大质量还包括增大隔振底座的面积,以增大物体的惯性矩,可减小物体的摇晃,但质量往往是确定的,增加是有限的。
③阻尼比ξ——隔振系统的支承阻尼有以下的作用:在共振区减小共振峰值,抑制共振振幅;
但是,在隔振区,随着ξ的增大,η也变大,隔振效果变差。因此阻尼的作用有利也有弊,设计时应特别注意。
2.2隔冲
冲击是一种急剧的瞬间作用。例如飞机的起飞和着陆,火车、汽车的启动与停车,物体的起吊与跌落等都能产生较大的冲击。在冲击发生时,虽然时间相当短,但作用十分强烈。冲击作用下,电子设备的零部件的冲击应力超过其最大允许值时将导致设备损坏,有时也会因屡次冲击作用形成疲劳积累,使设备发生疲劳破坏。因此,对冲击的作用也必须进行隔离。
由能量定理可知:当外来冲击能量一定时,假设冲击力作用的时间愈长那么设备所受的冲击力愈力小,冲击加速度也愈小。因此假设能延长冲击力作用的接触时间,就可减轻电子设备所受冲击作用的影响。
电子设备大都属于被动隔冲,在支撑基座与电子设备之间装一减振器进行冲击隔离,当外界冲击力作用在支撑基座上时,由于减振器中的弹性元件和阻尼元件产生变形,吸收能量并延长冲击力作用的接触时间,使传递给设备的冲击力减小了很多,到达缓冲的目的。减振器
的刚度越小,阻尼越大,那么冲击力的作用接角时间愈长,减振器的变形愈大,设备受到的冲击力也就愈小,缓冲的效果愈好。
2.3机柜背部隔振器设计思路
当设备机柜的高度较高时(一般在1.2米以上),就要考虑在机桓背部上方加装背部隔振器来减小设备机柜的摇晃。背部隔振器的垂向刚度应趋于零,如无法满足时,应不高于底部隔振器垂向刚度的0.1倍。
3减振器选用原那么
(1)使用条件
原环境条件:因橡胶减振器有一定的使用温度范围,过冷会硬化,过热那么软化,大多数橡胶减振器遇油及光照易老化,当温度范围超出0~80℃或存在油类介质或光照条件下不宜使用橡胶减振器。
外形尺寸:了解设备的外形、重心位置特别是可以供安置减振器的空间大小,将为选用减振器的类型、数量提供尺寸依据。
〔2〕参数条件
减振器的主要参数包括阻尼比、刚度〔或频率〕、额定负荷等。
阻尼比ξ:从减振原理分析看出,阻尼的作用是控制和减少共振振幅,由于设备起动与停止要都要经过〔γ=1〕共振区,尽管时间很短,但系统阻尼过小时也会产生较大振动。虽然在隔振区阻尼比越小隔振效果越好,但这仅对激振频率为单一频率才适合。当振源较复杂,有多种频率时,必须从多方面防止共振,阻尼比夜莺适中选大一些。从缓冲的角度讲,选用较大的阻尼比也是有利的,综合考虑,减振缓冲系统以选用较大的阻尼比为宜。
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