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摘 要：本文论述了小型电子组件中减振器设计和选用的基本原则和方法，根据相关的设计准则对减振器在某电子组件中的应用及其效果进行了分析，证明了减振器应用的有效性。
关键词：电子组件;减振器;应用
1 引言
在机载、弹载、星载等平台中大量安装了各种小型电子组件，在其寿命周期内，面临着恶劣的机械环境，各种机械力和干扰形式都有可能造成危害，其中危害最大的是振动，低频大振幅、高频小振幅、长时间振动、应力水平过高均会缩短结构或元器件的疲劳寿命。
为了提高电子组件在振动环境下的可靠性及寿命，需要进行振动控制设计。振动控制的常用方法包括消除振源、结构刚性化、隔离、去耦、阻尼减振等，其中性价比较高的方法是采取措施将产品与振源进行隔离，使振源传递给产品的振动得以减弱甚至消除。在工程中，采用能够减弱振动和冲击传递的减振器进行振动隔离是减弱振动冲击对产品干扰的一种主要措施。
2 减振设计的准则和方法
2.1 减振设计的基本原则
电子组件的减振设计应根据力学环境条件、自然环境条件、体积质量、结构特点、寿命及可靠性要求开展，应尽量采用成熟技术，以尽可能小的结构质量和体积满足振动控制要求;振动控制结构应便于安装使用、布局合理，具备较高的可靠性和良好的维修性。
2.2 减振设计的方法
电子组件产品减振设计方法分为整体隔振和局部隔振。
整体隔振常用的有阻尼器隔振、阻尼底板隔振、阻尼器和阻尼底板复合隔振、三向阻尼隔振、隔振器和阻尼器综合隔振等结构形式。整体隔振在宽频带振动激励下，有良好的抑制共振峰的能力和良好的高频隔振性能及一定缓冲效果，适用于复杂结构、不规则外形结构以及刚性结构，不适用于质量很小的产品。其中阻尼器隔振系统（如图1）因其设计计算、结构组成、安装使用相对简单，阻尼器易于加工成形，有较好的通用性、较高的减振效率而得到广泛应用，其余几种结构形式因结构相对复杂，应用相对较少。
局部隔振是对部件级和一些敏感的电子元器件的振动控制，常用的方法有阻尼印制板、阻尼安装板、环氧树脂粘固、弹性材料灌封去耦等。局部隔振能够减小产品的结构尺寸、质量，适用于敏感元器件和部件级的振动防护。
3 减振器的选用
3.1 减振器的基本特性
隔振系统的刚度由减振器中的弹簧确定，橡胶和金属弹簧减振器因其结构紧凑、工艺成熟、适用性强、可靠性高而应用广泛。
1）橡胶减振器
橡胶减振器以橡胶作为弹性材料，其成型和制造方便，可根据需要选择三个相互垂直方向上的刚度，改变橡胶的内部构造，可以大幅度改变弹簧刚度;橡胶自身具有较大的阻尼，对高频振动（60Hz以上）的能量吸收有显著效果，在共振区时不致产生过大的振幅，不需要另加阻尼器;橡胶的阻尼比随硬度的增大而增加，长时间处于共振状态时，橡胶会发生蠕变而使阻尼失效，故橡胶减振器适合于系统偶尔发生共振的情况，也适合于静位移小而瞬时位移可能很大的冲击;橡胶在动载荷下的弹性模量比静载荷大，动刚度比静刚度大，冲击刚度比静刚度、动刚度都大，对缓冲特别有利。
2）金属弹簧减振器
金属弹簧减振器以金属作为弹性材料，材料的性能稳定，对环境条件反应不敏感，可在油污、高低温等恶劣环境下工作，不易老化;动刚度和静刚度基本相同，而且刚度的取值范围很大，适用于静态位移要求较大的减振器;金属材料几乎无阻尼（D<0.05 ），容易传递高频振动，或者由于自激振动而传递中频振动。在共振区时会产生过大的振幅，有时需另加阻尼器或在加入橡胶垫层、金属丝网等，以克服这一缺点。
3.2 减振器选用和设计的考虑因素
选用减振器的一般原则是：结构紧凑、材料适宜、形状合理、尺寸尽量小、隔振效率高，并注意以下因素：
（1）電子组件的支撑大多采用几何对称布置，而其重心往往会由于内部布局不平衡的原因而偏离几何对称轴;选用减振器时需考虑各支撑部位的重力大小，以确定每个减振器的实际承载量，使安装减振器后，其安装平面与承载面平行;
（2）减振器的总刚度应满足隔振系数的要求，使各支撑部位的减振器刚度对称于系统的惯性主轴;
（3）减振器应能有效隔离高频振动，降低共振峰值，并应有一定的阻尼作用，使组件在共振时的响应不超过其中元器件所允许的振动量级;
（4）减振器的总阻尼要考虑系统通过共振区时对振幅的要求，安装减振器后系统的一阶谐振频率应远离设备中敏感元器件的敏感频率，同时要考虑频率较高时对振动衰减的要求;
减振器应尽量选用标准产品，对于无标准产品可用的特殊场合，可根据需要自行设计减振器，要着重考虑系统固有频率和减振器刚度、系统通过共振区的振幅、系统使用环境条件和使用期限等要求。
4 减振系统的设计
电子组件减振系统的设计过程主要包括：
a）设计输入要求
（1）组件的物理数据：包括外形结构、安装尺寸、重量和重心位置、振动量级、需要达到的减振效率、内部易损零部件的位置、允许承受的振动量级及固有频率。
（2）环境条件：机械环境如使用平台、振源方向、激振频带、实际工况频率、位移和加速度振幅、冲击脉冲形式;气候环境如温度、湿度、盐雾、霉菌等;
（3）减振器资料：减振器的安装尺寸、许用载荷范围、安装方式、动态性能、阻尼比、寿命等。
b）减振系统设计
（1）根据组件结构选择减振器的支承位置和方式，安装减振器的设备支承面应是整个结构最刚强的部位之一。
（2）减振器支承理想的布置方式是将减振器安装在产品的重心平面。若重心较高，可将重量大的零部件尽量移至底部或在底部增加大质量块，也可增加产品支承面的尺寸和减振器的间距。 （3）根据能够承受的振动量级选择隔振系统的固有频率，在激振頻率带宽内，系统响应的最大值应不大于内部零部件能够承受的振动量级，确定系统应达到的最小衰减量，即减振效率的最小值;尽可能使固有频率远离实际工况中经常出现的激振频率。
（4）求弹簧刚度：根据固有频率计算减振器承载方向的弹簧刚度kz，包括平衡产品重量所需的静变形。
（5）选用或设计减振器：根据求出的弹簧刚度和刚度比选择减振器，除性能需达到设计要求外，还应考虑是否满足其他环境的要求，基本的原则是如果使用时温差不大，基本处于常温状态且油类、溶剂污染以及潮湿、霉菌的侵蚀等不至于使性能产生明显的改变，则可选用橡胶减振器，否则应选用金属型减振器。
（6）试验验证：电子组件由于组成复杂，难以精确地描述内部各零部件结构关系的力学模型。在设计时的模型存在较大误差，应对减振系统进行机械环境模拟试验，以验证设计的有效性。当试验中发现某些结构在某个频率上不正常，应将其视作“危险频率”，分析出现的原因，并对系统参数或结构进行修正。
5 小型电子组件中减振器的应用案例
某型号电子组件需要承受恶劣的力学环境和自然环境，其中的主要元器件为电磁继电器，是力学敏感元器件，容易在振动条件下发生失效，需考虑减振设计。遵循前述的减振系统设计和减振器的选用原则和方法，根据其结构特点及环境条件要求，选用了合适的减振器并对其性能进行分析和验证。
5.1 设计要求
减振器负载：采用4点支撑，每个产品安装4组减振器，质量不大于4kg;
减振器安装孔尺寸：φ15;安装螺钉：M5;
减振器的谐振频率：安装减振器后的负载上所测得的X、Y、Z三个方向的一阶谐振频率不高于400Hz;
减振器的放大倍数及减振效率：在随机振动条件下，谐振点放大倍数小于4，保证减振效率在60%以上;在冲击条件下，减振器的放大倍数小于2.5。
贮存温度：-55℃～+65℃;贮存时间：15年;工作温度：-45℃～260℃;
随机振动条件：见表1;
三防要求：耐湿热、盐雾、霉菌。
5.2 减振器的选用
根据减振器设计输入要求，结合电子组件的结构形式、重量、安装位置等实际情况选用了JZP1068-3型金属弹簧减振器，其金属弹簧由不锈钢丝经过螺旋成型拉长，相互缠绕模压而成，具有类似橡胶的弹性，如图2所示。金属减振器材料全部选用不锈钢材料，但却具有金属和橡胶共同的特点，不易老化，可以很好的工作在高温、低温、腐蚀性介质等环境中，对温度不敏感，在高低温下减振效率几乎不受影响，贮存寿命长。改变金属丝的材料、直径及密度等物理参数，可以使减振器具有不同的刚度及阻尼减振性能。
5.3 试验验证
将减振器安装到电子组件上进行随机振动试验验证，对内部电磁继电器的振动响应进行监测，试验谱形图如图3所示。
试验的激励均方根加速度值为21.3g，继电器上的响应最大均方根加速度值为8.3g，减振效率不小于61%，一阶谐振频率为275Hz，谐振点放大倍数为2.56，减振器的减振效率、一阶谐振频率、谐振点放大倍数满足设计输入要求。
6 结束语
本文论述了小型电子组件中减振设计的准则和方法、减振器选用和设计的考虑因素、介绍了隔振系统设计的过程，对某型号电子组件的减振器选用及其减振效果进行了分析，证明了其有效性。随着军用电子组件应用平台向着高超声速、高机动性、高轨道发展，所面临的力学环境越发恶劣，振动控制对可靠性越来越重要。电子组件的振动控制是一项复杂的工程，大量电子器件以及机械结构的组装使得结构动力学特性的计算和模拟非常困难，通过深入研究和应用振动控制特别是减振器设计方面的理论和工程设计方法，加强计算机仿真技术的应用，并结合实际产品试验技术及试验数据的研究，产品的设计水平和使用可靠性可得到更进一步的提高。
参考文献
[1] 邱成悌， 赵惇殳. 电子设备结构设计原理[M]. 南京： 东南大学出版社， 2005.
[2] SJ 20436-94 机载电子设备隔振系统结构设计及技术要求.北京：机械电子工业部，1994.
[3] 赵保平.航天产品常见振动问题及对策[J].航天器环境工程，2008（03）.
[4] 刘棣华.现代电子控制设备的阻尼减震[J].电子机械工程.1985（03）：21-29.
关键词：电子组件;减振器;应用
1 引言
在机载、弹载、星载等平台中大量安装了各种小型电子组件，在其寿命周期内，面临着恶劣的机械环境，各种机械力和干扰形式都有可能造成危害，其中危害最大的是振动，低频大振幅、高频小振幅、长时间振动、应力水平过高均会缩短结构或元器件的疲劳寿命。
为了提高电子组件在振动环境下的可靠性及寿命，需要进行振动控制设计。振动控制的常用方法包括消除振源、结构刚性化、隔离、去耦、阻尼减振等，其中性价比较高的方法是采取措施将产品与振源进行隔离，使振源传递给产品的振动得以减弱甚至消除。在工程中，采用能够减弱振动和冲击传递的减振器进行振动隔离是减弱振动冲击对产品干扰的一种主要措施。
2 减振设计的准则和方法
2.1 减振设计的基本原则
电子组件的减振设计应根据力学环境条件、自然环境条件、体积质量、结构特点、寿命及可靠性要求开展，应尽量采用成熟技术，以尽可能小的结构质量和体积满足振动控制要求;振动控制结构应便于安装使用、布局合理，具备较高的可靠性和良好的维修性。
2.2 减振设计的方法
电子组件产品减振设计方法分为整体隔振和局部隔振。
整体隔振常用的有阻尼器隔振、阻尼底板隔振、阻尼器和阻尼底板复合隔振、三向阻尼隔振、隔振器和阻尼器综合隔振等结构形式。整体隔振在宽频带振动激励下，有良好的抑制共振峰的能力和良好的高频隔振性能及一定缓冲效果，适用于复杂结构、不规则外形结构以及刚性结构，不适用于质量很小的产品。其中阻尼器隔振系统（如图1）因其设计计算、结构组成、安装使用相对简单，阻尼器易于加工成形，有较好的通用性、较高的减振效率而得到广泛应用，其余几种结构形式因结构相对复杂，应用相对较少。
局部隔振是对部件级和一些敏感的电子元器件的振动控制，常用的方法有阻尼印制板、阻尼安装板、环氧树脂粘固、弹性材料灌封去耦等。局部隔振能够减小产品的结构尺寸、质量，适用于敏感元器件和部件级的振动防护。
3 减振器的选用
3.1 减振器的基本特性
隔振系统的刚度由减振器中的弹簧确定，橡胶和金属弹簧减振器因其结构紧凑、工艺成熟、适用性强、可靠性高而应用广泛。
1）橡胶减振器
橡胶减振器以橡胶作为弹性材料，其成型和制造方便，可根据需要选择三个相互垂直方向上的刚度，改变橡胶的内部构造，可以大幅度改变弹簧刚度;橡胶自身具有较大的阻尼，对高频振动（60Hz以上）的能量吸收有显著效果，在共振区时不致产生过大的振幅，不需要另加阻尼器;橡胶的阻尼比随硬度的增大而增加，长时间处于共振状态时，橡胶会发生蠕变而使阻尼失效，故橡胶减振器适合于系统偶尔发生共振的情况，也适合于静位移小而瞬时位移可能很大的冲击;橡胶在动载荷下的弹性模量比静载荷大，动刚度比静刚度大，冲击刚度比静刚度、动刚度都大，对缓冲特别有利。
2）金属弹簧减振器
金属弹簧减振器以金属作为弹性材料，材料的性能稳定，对环境条件反应不敏感，可在油污、高低温等恶劣环境下工作，不易老化;动刚度和静刚度基本相同，而且刚度的取值范围很大，适用于静态位移要求较大的减振器;金属材料几乎无阻尼（D<0.05 ），容易传递高频振动，或者由于自激振动而传递中频振动。在共振区时会产生过大的振幅，有时需另加阻尼器或在加入橡胶垫层、金属丝网等，以克服这一缺点。
3.2 减振器选用和设计的考虑因素
选用减振器的一般原则是：结构紧凑、材料适宜、形状合理、尺寸尽量小、隔振效率高，并注意以下因素：
（1）電子组件的支撑大多采用几何对称布置，而其重心往往会由于内部布局不平衡的原因而偏离几何对称轴;选用减振器时需考虑各支撑部位的重力大小，以确定每个减振器的实际承载量，使安装减振器后，其安装平面与承载面平行;
（2）减振器的总刚度应满足隔振系数的要求，使各支撑部位的减振器刚度对称于系统的惯性主轴;
（3）减振器应能有效隔离高频振动，降低共振峰值，并应有一定的阻尼作用，使组件在共振时的响应不超过其中元器件所允许的振动量级;
（4）减振器的总阻尼要考虑系统通过共振区时对振幅的要求，安装减振器后系统的一阶谐振频率应远离设备中敏感元器件的敏感频率，同时要考虑频率较高时对振动衰减的要求;
减振器应尽量选用标准产品，对于无标准产品可用的特殊场合，可根据需要自行设计减振器，要着重考虑系统固有频率和减振器刚度、系统通过共振区的振幅、系统使用环境条件和使用期限等要求。
4 减振系统的设计
电子组件减振系统的设计过程主要包括：
a）设计输入要求
（1）组件的物理数据：包括外形结构、安装尺寸、重量和重心位置、振动量级、需要达到的减振效率、内部易损零部件的位置、允许承受的振动量级及固有频率。
（2）环境条件：机械环境如使用平台、振源方向、激振频带、实际工况频率、位移和加速度振幅、冲击脉冲形式;气候环境如温度、湿度、盐雾、霉菌等;
（3）减振器资料：减振器的安装尺寸、许用载荷范围、安装方式、动态性能、阻尼比、寿命等。
b）减振系统设计
（1）根据组件结构选择减振器的支承位置和方式，安装减振器的设备支承面应是整个结构最刚强的部位之一。
（2）减振器支承理想的布置方式是将减振器安装在产品的重心平面。若重心较高，可将重量大的零部件尽量移至底部或在底部增加大质量块，也可增加产品支承面的尺寸和减振器的间距。 （3）根据能够承受的振动量级选择隔振系统的固有频率，在激振頻率带宽内，系统响应的最大值应不大于内部零部件能够承受的振动量级，确定系统应达到的最小衰减量，即减振效率的最小值;尽可能使固有频率远离实际工况中经常出现的激振频率。
（4）求弹簧刚度：根据固有频率计算减振器承载方向的弹簧刚度kz，包括平衡产品重量所需的静变形。
（5）选用或设计减振器：根据求出的弹簧刚度和刚度比选择减振器，除性能需达到设计要求外，还应考虑是否满足其他环境的要求，基本的原则是如果使用时温差不大，基本处于常温状态且油类、溶剂污染以及潮湿、霉菌的侵蚀等不至于使性能产生明显的改变，则可选用橡胶减振器，否则应选用金属型减振器。
（6）试验验证：电子组件由于组成复杂，难以精确地描述内部各零部件结构关系的力学模型。在设计时的模型存在较大误差，应对减振系统进行机械环境模拟试验，以验证设计的有效性。当试验中发现某些结构在某个频率上不正常，应将其视作“危险频率”，分析出现的原因，并对系统参数或结构进行修正。
5 小型电子组件中减振器的应用案例
某型号电子组件需要承受恶劣的力学环境和自然环境，其中的主要元器件为电磁继电器，是力学敏感元器件，容易在振动条件下发生失效，需考虑减振设计。遵循前述的减振系统设计和减振器的选用原则和方法，根据其结构特点及环境条件要求，选用了合适的减振器并对其性能进行分析和验证。
5.1 设计要求
减振器负载：采用4点支撑，每个产品安装4组减振器，质量不大于4kg;
减振器安装孔尺寸：φ15;安装螺钉：M5;
减振器的谐振频率：安装减振器后的负载上所测得的X、Y、Z三个方向的一阶谐振频率不高于400Hz;
减振器的放大倍数及减振效率：在随机振动条件下，谐振点放大倍数小于4，保证减振效率在60%以上;在冲击条件下，减振器的放大倍数小于2.5。
贮存温度：-55℃～+65℃;贮存时间：15年;工作温度：-45℃～260℃;
随机振动条件：见表1;
三防要求：耐湿热、盐雾、霉菌。
5.2 减振器的选用
根据减振器设计输入要求，结合电子组件的结构形式、重量、安装位置等实际情况选用了JZP1068-3型金属弹簧减振器，其金属弹簧由不锈钢丝经过螺旋成型拉长，相互缠绕模压而成，具有类似橡胶的弹性，如图2所示。金属减振器材料全部选用不锈钢材料，但却具有金属和橡胶共同的特点，不易老化，可以很好的工作在高温、低温、腐蚀性介质等环境中，对温度不敏感，在高低温下减振效率几乎不受影响，贮存寿命长。改变金属丝的材料、直径及密度等物理参数，可以使减振器具有不同的刚度及阻尼减振性能。
5.3 试验验证
将减振器安装到电子组件上进行随机振动试验验证，对内部电磁继电器的振动响应进行监测，试验谱形图如图3所示。
试验的激励均方根加速度值为21.3g，继电器上的响应最大均方根加速度值为8.3g，减振效率不小于61%，一阶谐振频率为275Hz，谐振点放大倍数为2.56，减振器的减振效率、一阶谐振频率、谐振点放大倍数满足设计输入要求。
6 结束语
本文论述了小型电子组件中减振设计的准则和方法、减振器选用和设计的考虑因素、介绍了隔振系统设计的过程，对某型号电子组件的减振器选用及其减振效果进行了分析，证明了其有效性。随着军用电子组件应用平台向着高超声速、高机动性、高轨道发展，所面临的力学环境越发恶劣，振动控制对可靠性越来越重要。电子组件的振动控制是一项复杂的工程，大量电子器件以及机械结构的组装使得结构动力学特性的计算和模拟非常困难，通过深入研究和应用振动控制特别是减振器设计方面的理论和工程设计方法，加强计算机仿真技术的应用，并结合实际产品试验技术及试验数据的研究，产品的设计水平和使用可靠性可得到更进一步的提高。
参考文献
[1] 邱成悌， 赵惇殳. 电子设备结构设计原理[M]. 南京： 东南大学出版社， 2005.
[2] SJ 20436-94 机载电子设备隔振系统结构设计及技术要求.北京：机械电子工业部，1994.
[3] 赵保平.航天产品常见振动问题及对策[J].航天器环境工程，2008（03）.
[4] 刘棣华.现代电子控制设备的阻尼减震[J].电子机械工程.1985（03）：21-29.