【正文】 于說明隔振的基本原理，但是對(duì)于許多實(shí)際問題則是過于簡化了。彈性支承的質(zhì)量發(fā)生單向位移的條件與許多實(shí)際應(yīng)用的要求是不符的。一般地說，必須按照給定的力和位移以及彈性約束所規(guī)定的限制，考慮在所有方向上的運(yùn)動(dòng)自由度。 由于電子設(shè)備自身的固有頻率fn1，隨著抗振設(shè)計(jì)水平的提高而不斷增大，對(duì)于中大型電子設(shè)備，其一階固有頻率在鉛垂向可達(dá)20Hz以上，水平橫向可達(dá)10Hz以上；對(duì)于小型電子設(shè)備其一階固有頻率在鉛垂向可達(dá)30Hz以上。不過，扭轉(zhuǎn)頻率一般較低?，F(xiàn)在，隨著結(jié)構(gòu)、工藝材料等的技術(shù)發(fā)展，隔振器的固有頻率fn2則可達(dá)到2～5Hz，兩者的比值(fn1／fn2)也越來越大。所以，在工程中，往往把電子設(shè)備加裝隔振器后所組成的隔振系統(tǒng)簡化為單質(zhì)體多自由度系統(tǒng)來討論。這種簡化盡管有一定局限性，但對(duì)工程振動(dòng)分析而言，還是較為合理的。 在討論多自由度線性振動(dòng)系統(tǒng)的有關(guān)章節(jié)中，介紹了矩陣解耦的問題，即將矩陣[M]和[K]轉(zhuǎn)換成對(duì)角陣和的模態(tài)變換。盡管這種變換是為了簡化求解系統(tǒng)特征值而在數(shù)學(xué)上所作的處理，而實(shí)際上，真實(shí)的系統(tǒng)并沒有真正解耦。但是，它給我們指明了解耦設(shè)計(jì)的基本原理：使剛度矩陣和質(zhì)量矩陣同時(shí)為對(duì)角陣，即系統(tǒng)的剛度中心與質(zhì)量中心重合。 電子設(shè)備隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是避免或抑制系統(tǒng)的共振——抗共振設(shè)計(jì)和避免或減少耦合振動(dòng)——解耦設(shè)計(jì)，即工程中的隔振器選擇(或設(shè)計(jì))與布局。抑制共振的方法，主要是附加適當(dāng)阻尼和將共振頻率設(shè)計(jì)在激勵(lì)頻帶之外。 本節(jié)著重介紹單質(zhì)體多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)特點(diǎn)以及隔振系統(tǒng)工程解耦設(shè)計(jì)的基本原理和工程設(shè)計(jì)方法。 ３．２．１ 耦合振動(dòng)和解耦設(shè)計(jì) 如前所述，只有隔振系統(tǒng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣同時(shí)都為對(duì)角線矩陣時(shí)，系統(tǒng)的各階固有振動(dòng)才是解耦的。其物理意義是：當(dāng)一個(gè)坐標(biāo)方向上的振動(dòng)方式必然引起其它坐標(biāo)方向的振動(dòng)時(shí)，則稱它們之間是耦合的；反之，則它們之間是解耦的。 在工程中，解耦的方法是通過修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如重新布置元器件、結(jié)構(gòu)件的位置)和選配隔振器的參數(shù)或安裝位置，使質(zhì)量中心與剛度中心重合來實(shí)現(xiàn)的。1） 彈性耦合與解耦方法 取質(zhì)量中心C為坐標(biāo)原點(diǎn)O，可使質(zhì)量矩陣為對(duì)角線矩陣。動(dòng)微分方程為 = 0 () 彈性耦合系統(tǒng)當(dāng),則剛度矩陣不為對(duì)角陣，必然有z和間的耦合，而這種耦合振動(dòng)是通過彈性元件進(jìn)行的，故稱為彈性耦合。 解耦的條件是使 。若時(shí)(質(zhì)心C在幾何形心)，則有。此時(shí)，應(yīng)選用剛度相同的隔振器。若時(shí) (質(zhì)心不在幾何形心)，使這便是正剛度調(diào)配法，此時(shí)應(yīng)注意選配合適的隔振器剛度。2) 慣性耦合與解耦 由于電子設(shè)備是由許多離散質(zhì)量的構(gòu)件組成，因此其質(zhì)心偏離幾何中心的情況是絕對(duì)存在的。，假設(shè)設(shè)備關(guān)于YOZ平面對(duì)稱，故可將其簡化為平面問題來討論。 取剛度中心為坐標(biāo)原點(diǎn)()。由于，并且系統(tǒng)慣性力為,及慣性力矩分別如下： 其運(yùn)動(dòng)微分方程為 配重法解耦系統(tǒng) + = () 由于耦合是系統(tǒng)慣性力相互作用引起的，故稱為慣性耦合。慣性解耦方法可采用配重法和剛度適配法。 (1) 配重法 配重法是通過對(duì)電子設(shè)備加裝配重，把質(zhì)量中心C調(diào)配到剛度中心O，使兩者重合。 在CO延長線C’點(diǎn)處加裝質(zhì)量m1，如圖()，使,其微分方程為 + = () (2) 正剛度適配法和負(fù)剛度適配法 在船載和地面電子設(shè)備中，一般對(duì)電子設(shè)備的自重要求不高。在沒有合適的隔振器選用時(shí)，可采取上述方法來減少耦聯(lián)振動(dòng)的有害影響。對(duì)于導(dǎo)彈、航空、航天器上的電子設(shè)備，由于對(duì)其自重要求很嚴(yán)，一般不允許增加重量，或在設(shè)備的空間不允許加配重時(shí)，便不能用配重法。因此，在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必需從元器件、結(jié)構(gòu)件的布局開始，盡量考慮到使質(zhì)量分布均勻，即使有偏重現(xiàn)象也應(yīng)使偏心距e設(shè)計(jì)得最小。這一點(diǎn)對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員而言是必須引起高度重視的。一旦偏心已經(jīng)客觀存在，則可用剛度適配法來解耦。 (a)正剛度適配法 正剛度適配法正好與配重法相反，是把剛度中心移到質(zhì)量中心使之重合。采用正剛度適配法已在彈性耦合的解耦中討論過了，但在本節(jié)中，隔振器的剛度應(yīng)滿足 (b)負(fù)剛度適配法 由于隔振器設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已有負(fù)剛度隔振器產(chǎn)品。我們可以采用引入負(fù)剛度特性的彈性元件，使隔振系統(tǒng)的剛度中心與質(zhì)量中心重合。假設(shè)在CO連線的延長線上某點(diǎn)C’加裝一負(fù)剛度隔振器一。((a))，使之滿足 () 負(fù)剛度法解耦系統(tǒng)在解耦設(shè)計(jì)時(shí)，若一的安裝位置根據(jù)結(jié)構(gòu)條件確定為后，可按下式確定一 ()由于引入負(fù)剛度隔振器后，可以既不增加設(shè)備的自重，又不占有設(shè)備內(nèi)部空間而達(dá)到解耦的目的，并且還可以降低系統(tǒng)的固有頻率。因此，它無疑是一種很有發(fā)展前途的新技術(shù)。３．２．２ 隔振系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)基本要求隔振緩沖系統(tǒng)是用來減弱或避免強(qiáng)烈的振動(dòng)沖擊環(huán)境對(duì)電子設(shè)備造成有害影響的技術(shù)措施。首先對(duì)電子裝備內(nèi)部薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，再輔之以隔振緩沖系統(tǒng)是目前工程中應(yīng)用較為普遍的、經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)計(jì)方法。 隔振系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的目的，是在保證隔振緩沖系統(tǒng)效果的前提下，提高隔振系統(tǒng)和隔振器的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化和成套匹配等技術(shù)水平。其基本要求如下：1）動(dòng)態(tài)特性規(guī)范化在三軸向的共振傳遞率小，最好具有無諧振峰特性()。彈簧特性應(yīng)為線性，否則會(huì)引起非線性亞諧、超諧共振，降低隔振系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 耦聯(lián)振動(dòng)小，最好具有解耦特性，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性．在規(guī)定的振動(dòng)沖擊條件下，隔振系統(tǒng)應(yīng)具有隔振與緩沖兩種功能．其動(dòng)態(tài)特性應(yīng)向理論動(dòng)態(tài)特性逼近（）。在顛振、沖擊激勵(lì)下，隔振緩沖系統(tǒng)輸出的加速度應(yīng)小于外激勵(lì)加速度，并且還必須小于設(shè)備的許用加速度。因此，GJB510 “無諧振峰隔振器總規(guī)范”規(guī)定；無諧振峰隔振器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)必須滿足： 隔振傳遞率 ； 沖擊傳遞率 ； 平均碰撞傳遞率 。2）隔振器安裝方式標(biāo)準(zhǔn)化 隔振器的安裝方式和組合形式不僅確定了隔振器的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性，同時(shí)也確定了隔振器的彈性阻尼特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。因此，隔振器安裝方式的標(biāo)準(zhǔn)化是隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)和隔振器設(shè)計(jì)的先決條件。 軍用電子設(shè)備常用的隔振器安裝方式如圖3．18所示。圖中，電子設(shè)備的質(zhì)心與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，在分析時(shí)，可使隔振系統(tǒng)關(guān)于慣性解耦．圖3．18中的(a)，(b)，(c)為重心平面安裝隔振系統(tǒng)，其中(a)，(b)適用于機(jī)載電子設(shè)備，(c)適用于郵電、通信等電信單元模塊比較簡單，并采用框架式機(jī)柜的電子設(shè)備。 圖3．18電子設(shè)備安裝方式 站直式壁掛隔振系統(tǒng) (d)是底部安裝隔振系統(tǒng)，適用于支撐底平面較大，重心較低的中、小型電子設(shè)備。圖3. 18 (e)為壁掛式側(cè)面安裝系統(tǒng)，在三軸向均會(huì)引起劇烈的耦合振動(dòng)，但它是海軍標(biāo)HJB68艦艇電子裝備機(jī)箱、機(jī)柜、顯控臺(tái)通用規(guī)范中規(guī)定的機(jī)箱隔振系統(tǒng)。嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子設(shè)備不利；如改變安裝方式則有違標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)肅性。這將使設(shè)計(jì)人員左右為難。 某研究所的電子機(jī)箱，在總體安裝空間不變的前提下，底部采用兩只GWF型隔振器，背部采用兩只阻尼器，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，隔振效果和穩(wěn)定性均有明顯改善。由此可見，安裝方式標(biāo)準(zhǔn)化是十分關(guān)鍵的問題。 圖3. 18 (f)是HJB68【6】標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的背架式隔振系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于中、大型機(jī)柜和顯控臺(tái)。是目前應(yīng)用最多的安裝形式。該系統(tǒng)對(duì)底部承載隔振器和非承載的背部隔振器的彈性阻尼特性的要求是不相同的，并且只有在兩者匹配較好時(shí)，才能獲得無共振、低耦合的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。 安裝方式和隔振器工作高度Ho標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)系統(tǒng)和隔振器的動(dòng)態(tài)特性、匹配選用及生產(chǎn)制造過程有著決定性影響，在標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種因素的互相影響，確定較為合理的安裝方式和外形尺寸。 電子設(shè)備沖擊隔離基礎(chǔ) 沖擊隔離與振動(dòng)隔離一樣，也可分為主動(dòng)和被動(dòng)沖擊隔離兩類。由于兩類沖擊隔離在原理上十分相似，并且，大多數(shù)電子設(shè)備自身是非沖擊源，故本章的重點(diǎn)放在討論被動(dòng)沖擊隔離問題，但就其沖擊隔離理論而言，并不失其一般性。 如果把沖擊激勵(lì)看成作用很短的樣本函數(shù)，利用隨機(jī)振動(dòng)的分析方法，可求得它們的自 功率譜密度函數(shù)，然而，即使把沖擊激勵(lì)簡化為矩形脈沖，其激勵(lì)的自功率譜密度函數(shù)也是超越函數(shù)。此時(shí)，求解沖擊隔離系統(tǒng)響應(yīng)方差的解析式是十分困難的。由此可見，采用頻域解析方法研究單自由度線性系統(tǒng)的沖擊隔離問題顯得非常困難；用它來研究多自由度系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)的沖擊隔離問題更是困難了。為此采用時(shí)域分析方法研究沖擊隔離問題是本章的特點(diǎn)之一。 工作在各類運(yùn)載工具上的軍用電子設(shè)備，總是受到振動(dòng)和沖擊兩種激勵(lì)環(huán)境的作用，為電子設(shè)備設(shè)計(jì)的隔離系統(tǒng)，必須同時(shí)兼有隔振與緩沖兩種功能。本章給出了兼有兩種功能的隔離系統(tǒng)的期望特性曲線和設(shè)計(jì)原則。 在評(píng)價(jià)沖擊隔離系統(tǒng)有效性時(shí)，如果電子設(shè)備的機(jī)箱或基板等不為剛體，則非剛性構(gòu)件對(duì)沖擊隔離效果的影響，也在本章作了簡要介紹。３．３．１ 沖擊隔離效果的評(píng)價(jià)指標(biāo) 1） 沖擊傳遞率 隔振器的緩沖特性是利用它的彈性元件和阻尼元件儲(chǔ)存或耗散沖擊時(shí)的能量，以減小傳遞到設(shè)備上的沖擊脈沖峰值。這使得設(shè)備中的元器件、結(jié)構(gòu)中的動(dòng)應(yīng)力低于其材料的強(qiáng)度限或屈服限，從而避免或減弱沖擊脈沖對(duì)設(shè)備的有害影響。因此，沖擊傳遞率是考核隔振器性能的重要指標(biāo)之一。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(如GB2423．5試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn))中的規(guī)定，沖擊傳遞率定義為設(shè)備受沖擊脈沖作用后的設(shè)備響應(yīng)加速度峰值與沖擊脈沖加速度峰值之比，即 () 為了消除殘余響應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，第二個(gè)沖擊 脈沖作用前，應(yīng)使設(shè)備響應(yīng)值趨于零?；蛳噜彾€(gè)沖擊脈沖的時(shí)間間隔應(yīng)不小于2秒。2）平均碰撞傳遞率 碰撞與沖擊的區(qū)別在于碰撞脈沖是連續(xù)的重復(fù)脈沖，故有時(shí)也稱碰撞為顛振；而沖擊脈沖是單個(gè)脈沖。此外，碰撞脈沖的頻譜是離散譜，沖擊頻譜是連續(xù)譜也是本質(zhì)區(qū)別的表征。盡管沖擊和碰撞有以上的區(qū)別，但兩者