電子設備振動分析與抗振設計

劉雅霖

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

外部環境的多變以及電子設備輔助設施的不合理，會影響電子設備的使用質量，導致設備自身的電性能明顯下降，在運行的過程中特別容易出現共振的問題，甚至出現由于零部件老化失效造成的振動疲勞，導致電子設備疲勞損傷的情況，直接使電子設備運行失效，會對設備運行質量造成更加嚴重的影響。為了避免這樣的情況發生，要進一步優化電子設備的結構，加強對抗振設計的改善，用科學的辦法對設備振動進行分析，規范抗震設計。對電子設備全面的管理和科學的控制方法有利于提高設備的使用質量[1]。

1 影響電子設備振動產生的原因

1.1 外部環境

由于外部環境的不確定，影響電子設備運行的因素有兩個方面：（1）電子設備的激振，由于設備在運行的過程當中不停地出現顛簸的狀態，將力直接作用在電子設備本身而發生的振動就是激振現象。例如，將設備安置在車輛當中，車輛在行駛過程中不停地顛簸，就是電子設備的振動狀態。所以，受外部不確定性因素的影響，便會出現各種各樣的震動現象。（2）位移激振，與激振剛好相反，位移激振是通過彈簧和阻力之間相互作用，將力直接轉移到了電子設備上，會出現干擾電子設備實際運行的行為[2]。

1.2 設備內部

影響電子設備振動的內部原因和整體的內部設計有著密不可分的關系。如果設計整體不合理，在運行中就會發生內部零件的彎曲和變形，形成耦合振動，對設備的正常運行造成干擾，使整個運行系統都發生變化。

影響電子設備振動的一個重要因素是連接剛度的設計，如果剛度設計達不到設備運行所需要的標準，就會造成因外部環境的振蕩所產生的連接問題，嚴重影響到了電子設備運行的穩定性，環境因素如果也達不到設備運行的要求，就會出現由于電子設備運行顛簸劇烈而造成的設備運行中斷，造成電子設備內部系統紊亂，無法繼續進行工作。除此之外，電子設備內部所用的零部件，例如，螺絲規格、數量等，也是影響電子設備振動的原因。

2 電子設備中的抗振設計

2.1 電子設備加固設計

（1）電子設備剛度設計：在電子設備的設計過程中，為了提升設備的抗扭、抗彎剛度，需要在設計過程中對橫截面的尺寸和形狀進行適當的選擇，并且要特別注意設備中各個零件能夠承造的力度，讓底板和骨架之間相互協調，滿足對剛度的要求，才能避免設備在投入使用運行時出現錯誤。在耦合振動作用之下，設備沿著垂直軸向方向運行，設備機柜、機箱容易發生彎曲變形，導致彎扭耦合現象的發生。下面以機柜為例，進行簡單的分析，彎曲耦合振動的固有頻率可以表現為：

其中，EI表示設備的彎鋼度，I表示柜機的長度，M表示柜機的質量，Im表示柜機的轉動慣量，fr表示固有頻率的扭轉振動，fz表示固有頻率，2GJ/1=Km表示抗扭抗度。由公式（1）可知，想提升機柜的固有頻率，就需要盡可能減少M和I，也就是質量和長度，或者提高EI，就是提升抗彎剛度，在質量和長度一定的情況之下。所以，公式表明了電子設備提高抗彎抗扭剛度的重要性[3]。

（2）電子設備連接剛度設計：電子設備加固設計不光體現在設備剛度的設計上，同時應注意連接剛度的設計。通過多次結合實際情況進行試驗，對螺釘的數量和質量進行控制，保證其符合電子設備抗振設計的要求，根據設備實際情況，對螺釘適用設備的位置進行比對，提升設備連接的加固作用。在抗振設計過程中，螺紋緊固劑需要在螺釘固定后進行運用，避免設備使用過程中因為螺釘脫落造成不必要的麻煩，提高穩定性的同時也增加安全性。通過對連接剛度的設計，能夠很好地對電子設備內部起到控制作用，提升設計剛度。

2.2 電子設備隔振設計

使用隔振器進行抗振，在電子設備抗振過程中能夠有效減少振蕩對電子設備的影響，從而使振波到達設備之后有緩沖的時間，可以非常有效地提升電子設備的使用質量，能夠減少電子設備的振動幅度和振動頻率，有效避免因震動快、頻率高帶來的不利影響，如圖1所示。將4個相同的1.2 m以上機柜均安裝在機柜設置的最底部，在其兩側裝上兩個隔振器。目前，安裝隔振器已經基本上實現了流程的標準化，能夠達到有效減振的效果。但是耦聯自由度在此種系統當中極其容易發生，造成局部共振情況的發生。

圖1 背架式隔振系統力學模型

通俗地講，耦聯共振指的就是兩個或者兩個以上的電子設備之間具有關聯性，兩者之間能夠互相影響，并且緊密配合。所以，為了電子設備能夠具備更好的隔震效果，需要加強對該系統的進一步設計[4]。

2.3 電子設備抗振與解耦設計

電子設備共振現象是在設備運行過程當中無法避免的，只能通過設計盡量減少共振現象的發生。所以要對系統進行抗共振設計，通過降低隔震傳遞率的方式將設備共振進行控制，保證設備文件運行。進行抗振設計時，想要隔震系統的設計能夠發揮最好的效果，就要對系統內部進行數據清零，才能保證隔振器剛度和隔振器本身保持在同一個水準上，并且能夠穩健地相互運行。盡量把干擾降低到最小，才能夠對電子設備進行解耦，在合理控制住振幅地情況之下進行解耦設計以及抗振設計。

2.4 隔振器質量測試和型號選擇

隔振器從設計到安置，再到后期的使用運行，都需要對隔振器型號進行嚴格的選擇，無論是隔振器性能，還是質量，都需要進行仔細的篩選，因為隔振器的穩定性能對電子設備運行是否具有穩定性有極大的影響。

無諧振峰減震器是我國使用比較多的一個減震器品牌，不僅能夠減少電子設備的固有頻率，還能夠通過對周圍環境的監測和振蕩，使整個運行過成出現無振的情況，這是由于該振動器將摩擦阻尼技術與剛度擬合技術相結合，能將兩者的性能相互協調，利用科學分析后的有效數據進行調節，最后結合實際情況進行設計。在設備運行過程中，可以根據實際情況，對不同電子設備的不同特性進行分別分析，有助于提升隔振器的使用效果[5]。

2.5 電子設備隔振效果測試

電子設備隔振器安裝過后對其效果進行測試，是必不可少的一個步驟。首先，需要模擬外部環境的真實情況，先對設備安置效果進行測試；其次，隨時記錄下測試的真實數據，對不合理的地方進行修改，修改過后繼續進行測試。多次反復地實驗，能夠確保實驗的科學性，最大限度地保證隔振器的效果，保證電子設備穩定的運行。

3 結語

文章對電子設備振動的外部環境因素和設備內部進行分析，了解了環境對設備具有很大的影響，在改變不了外部環境的基礎上，為了保證設備運行的穩健性，只能從設備內部環境的建設方面入手。這就需要加強對電子設備的抗震處理，對震動進行科學的分析，明確震動產生的原因以及掌握設備運行的內部原理，進行合理的抗震設計，提升電子設備運行的穩健性，提升技術進步支持下電子設備運行的可靠性，為我國電子設備的全面發展打下了堅實的基礎，為后期運行的穩定性提供了數據支持和技術基礎。