电子设备振动和噪声的成因和解决方法

噪声来源于振动解决好了振动问题噪声问题也会迎刃而解所以本文表面是探讨振动和噪声两个问题其实是同一个问题。

振动的两个基本指标是振幅和频率解决振动问题就围绕着这两个概念展开要么降低振幅要么调整振动频率点。

频率可分为固有频率Wn和激励频率W固有频率源于产品的结构特征由质量、质量分布、质心位置、刚度等多个因素和多个因素间的相互作用所确定。固有频率计算公式为(公式1k是物体的刚度m是物体的质量。激励源的频率点应避开固有频率Wn。当Wn=W的时候就发生了谐振谐振时候的振幅最大。

公式1Wn=k/m开平方);

公式2W/Wn>1.414

当频率比(公式2)即进入隔振区使振动传递系数小于1才有减振和隔振效果。在机械质量m已确定的情况下降低其可降低固有频率。

Wn<<w />< />既增大衰减率又远离“共振区”。例如当阻尼比<0.1频率比为3.6时就可衰减90%的振幅。

有了以上的理论基础下面是几个基于上面理论的解决办法。

1从振动发生源上处理

从振动源上处理:既然是激励频率落进了1.414Wn的范围内那就想办法使激励频率提高常见办法有:

如果是步进电机就对步数细分通过细分改驱动脉冲的步进频率加倍使步与步之间的差距缩小;

如果有减速器、传送带、传送齿轮就通过改变主动轮与从动轮的半径比值改变传动比这样被驱动的终端要想保持原来的速度主动轮的转速势必要加快转速和激励频率成正比例激励频率提高后面的震动感应固有频率未变两个频率错开震动自然减弱;

2从振动传递路径上处理

如果振动源是不可避免的那就在传递路径上加隔振措施处理从原理上看刚性越强解决办法如下:

传动轴用弹性联轴器这样避免了轴和轴不同心的转动下力矩传递不受损失且轴和轴不对心而带来的相互周期性刚性位移也可改观这种周期性相对位移是震动和噪声的根源;

传动之间用皮带轮柔性连接振动源与支撑件基座间加缓冲减震材料或装置;

弹簧悬挂振动源对缓冲减震很有作用但会有三个问题需要克服一是启停时机器会抖动二是不能传递力矩因为弹簧本身是不能传递扭矩的三是运输时要考虑固定装机后还要拆去比较麻烦;

设计导振措施把振动导走振动仍在但离我们较远了。常见的是大发电机在固定在地面的时候在基座四周挖沟孤零零的形成一个沟里的地桩振动从地下传出去到了楼房的时候再通过楼房地基往上返会把振动减弱好多。

3对振动感应系统的处理

振动源解决不了传播路径解决不了或者解决成本太高可以在受震动点改进虽然这个办法不是首选具体的方法如下:

在满足强度要求的情况下选用低刚度材料制作构件(特别是制作支承件)是一种减振的有效途径。Wn降低远离了激励源频率W;对自行式机械将刚性悬挂改为弹性悬挂;对固定设备将弹性件、阻尼件和质量件构成串和并联、先串后并或先并后串等多种形式组合系统的弹性支承装置都能按照我们的预定要求使系统的等效刚度低于原有的刚度从而达到减振的目的。

加重固定基座的质量降低固有频率点;

注意单纯依靠降低刚度、降低固有频率来提高减振性能有时并不可取。一是随着刚度的降低系统设备的静态位移也会增加会使空间布置、弹性尺寸、结构设计带来困难。二是对于不同工作要求的设备通常有一个最低刚度的限制值,超声探伤仪尤其是有力矩传递、力传递的时候单纯降低刚度也不是办法。

另外可以实施结构的合理布局分析预计到产品使用中将处于既有竖向振动又有俯仰角振动等耦合振型时注意结构的合理性质量对称分布的可能性并确定出振幅为零点结构上的“节点”以便对振动敏感的机械仪表、仪器或驾乘操作者坐椅能设置在“节点”或其附近。

4共鸣空腔的处理

有时候会遇到一种情况把机器装起来噪声很大,数字超声波探伤仪但振动幅度也不是很大把机器拆开,磁粉探伤仪噪声明显减小这个现象是共鸣共鸣的产生是类似音箱效果的共振处理的办法是把空腔破坏掉空腔内的传播介质是空气在空腔中波动空气波激励机壳产生轻微振动尤其是对开模具的注塑壳壳内有电机等传动装置时容易产生这种现象。

针对其产生机理实施反向工程设计破坏其空腔和空气震动传播的路径破坏壳体薄壁的震动解决的办法是在机箱中加空气隔板或海绵挡住空气的震动传播;另外是在壳体上加筋使壳体的刚性增强这样即使有震动空气传到壁上也不会产生壳体的微小变形产生震动进而成为共鸣。

5注意的问题

通过调整频率点的方式实现减震时机器启停的过程会出现瞬间加速或减速这样激励频率会经过固有频率点例如步进电机支撑机构固有频率10Hz步进电机的频率100Hz正常工作状态下100Hz的激励频率肯定不会引起共振但启动时得经历0Hz10Hz100Hz这样的过程停机时得经历100Hz10Hz0Hz的过程所以会出现启停过程的震动如果机器设计要求较高不能不考虑这个影响。

振动规律表明具有多种振动多种振型并且总是以最低的固有频率所对应的振型为主。在既有竖向振动又有俯仰振动的耦合振型时为避免产生剧烈的俯仰振动(因人和设备对俯仰振动耐受力更低破坏性更大)在激励频率W、俯仰角振动固有频率Wn1.和竖向振动固有频率Wn2之间使W>Wn1>Wn2成立实践证明有利于系统动态特性。

设备的弹性支承能实现震动隔离但布置不当则易引起耦合振动。当弹性支承对称布置于设备的四个角处当质心处于受到竖向干扰力作用时设备只作竖向方向振动并不会引进其他型式的振动当干扰力大小位置不变弹性支承各顶点与质心几乎在同一平面但是由四个弹性支承沿纵向布置不对称时设备会伴随竖向作上、下振动的同时还作沿质心横轴的俯仰振动。这种多个方向同时发生的振动称为耦合振动。如果在沿横轴方向的支承布置也不对称那么就会引起共振型同时出现的耦合振动。多一种振型就多一个固有频率也就多了一次引起共振的机会。这对设备的正常运转不利也使弹性支承装置的设计和使用带来很多的困难。

激励频率的产生一是来自自身一是来自外界。自身的激励频率在多数工况下要么是工作任务要求所确定的(如在某一确定的转速下工作)要么是随机的无法控制的(如自行式设备由地面不平引起的激振)。由于旋转的不平衡会使旋转机械形成故障例如风机转子烟气粉尘粘在叶片上引起风机的不平衡运转在工艺上过滤粉尘、烘干等措施都可以削减振动。

以上是震动和噪声的常见问题和解决思路再有高深的就得找振动测试仪实地测一下确认频率和振幅顺藤摸瓜逐步往外延伸测量跟踪到振动源然后再分析找到在哪个环节解决问题的简便而经济的办法。

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