机载电子设备振动分析

　　1　引　言

　　某机载电子设备的外型如图1所示。由于设备在机上的安装空间限制,该设备的安装采用整机刚性安装方式。由于该机载设备的突出问题是扫频振动,因此,本文针对该设备中的薄弱环节———晶振模块单元,通过建立振动模型,采用计算机仿真辅助设计,力图寻找出晶振模块抗振的有效方法。

　　2　晶振模块的隔振方案

　　晶振模块的隔振方案如图1所示。图1中的晶振模块由八个减振器悬挂于机箱中,其中X、Y、Z三个坐标方向上的最大空间间隙分别为±10mm、±22mm、±10mm。晶振模块的振动为扫频振动。振动条件为(单振幅):

　　3　振动模型建立

　　由于该晶振模块的振动是由设备外壳(简称整机外壳),经过减振器传递上来,因此,该隔振系统的振动模型可建立如图2所示(只讨论垂直方向)。图2中的X为作用于设备外壳上的振动输入信号;Y为晶振模块的振动输出信号;m为晶振模块的质量;X,Y的正方向为图2中所示。

　　3.1　模型1

　　参看图2,当输入信号X为整机外壳相对于固定参照物的加速度函数;输出信号Y为质量m相对于固定参照物的加速度函数时,系统的微分方程为:

式中:m———晶振模块质量,kg;

　　B———隔振系统阻尼系数,N.s.m^-1;

　　k———隔振系统刚度系数,N.m^-1;

　　将式(1)进行拉氏变换,得:

式中:ωn———隔振系统无阻尼自然频率(=2×3.14×fn);

　　fn———频率,Hz;

　　ξ———隔振系统阻尼比。

　　则系统响应函数变为:

　　2　模型2

　　参看图2当输入信号X为整机外壳相对于固定参照物的加速度函数;输出信号Y为质量m相对于整机外壳的位移函数时,系统的微分方程为:

　　3.3　仿真模型

　　因此,由模型1系统响应函数、模型2系统响应函数可得到计算机的仿真模型如图3所示:

　　4　仿真分析

　　(1)　假设隔振系统的无阻尼自然频率ωn为200Hz,系统阻尼比ξ为0.4。此时,相当于硬装方案。通过仿真可以看到:在282.843Hz以上的频段(即282.843-2000Hz),隔振系统才对加速度输入信号起衰减作用。在282.843Hz以下的频段(即10-282.843Hz),隔振系统对加速度输入信号反而起放大作用。例如:输入信号频率为200Hz、幅值为3 g的正弦信号,则加速度输出信号的幅值为4.781g,大于3g,隔振系统对加速度起放大作用。