如何避免机械设备不受振动的干扰方案解析图（如何避免机械设备不受振动的干扰方案解析视频）

我们许多人都观察到设备受到过度振动的影响，包括异常磨损、安装松动和组件损坏。可以通过传统方法使机械设备免受振动影响，例如使用额外的固定装置将组件锁定到位或使用防振装置隔离敏感区域。然而，在电子设备中，可能有数千个小型易碎元件。当今的汽车是相对恶劣的冲击和振动环境的典型代表，其中装有各种电子设备，从大功率电机控制到自动驾驶辅助系统再到信息娱乐设备。最新的驱动系统甚至在轮毂中安装了复杂的电子设备，这是受机械“环境应力”影响的最恶劣的环境。

在车辆和许多其他消费产品中，电子设备通常对安全至关重要，因此必须高度可靠，同时保持尽可能低的成本。然而，为了实现抗振动损坏，传统的“过度工程”的航空航天方法并不可行，必须找到使批量生产的设备能够满足相关规范的解决方案。

标准的制定

为了验证设备是否得到充分的防振保护，我们必须首先为自己设定可接受的标准。这是一项艰巨的任务，因为振动本质上通常是随机的，并且随条件和时间而变化。在某些环境中，例如在工业中，振动效应通常源自旋转机械，并且可以在一定程度上量化，但在其他领域，例如汽车，它们受到牵引系统和路面等多种来源的影响。汽车原始设备制造商在标准化粗糙表面测试轨道上拥有详尽的测试制度，但预计电子子系统及其组件已经过评估并证明不受某些标准的影响。根据定义，随机振动无法标准化，因此常见的技术是应用正弦激励并将其扫描到监测的频率范围内，以找到设备的机械共振。然后将振动输入设置为这些频率并保持一段时间以确定是否会发生故障。连续正弦扫频振动激励也是“扫频（经过验证的）耐久性”概念的基础。 IEC 60068-2-6: 2008 是正弦振动测试方法的标准，它还提供了一些推荐的测试级别和持续时间。

振动测试等级

纯正弦振动的强度可以用三种数学相关的方式表示：最大幅度或位移、最大速度和最大加速度。图1 显示了标准化为1 Hz 的量之间的关系，这是由于速度是位移随时间的变化率，而加速度是速度随时间的变化率。

图1：正弦曲线的位移、速度和加速度之间的关系

当正弦波过零时出现最大速度，而最大加速度出现在波形的峰值处。记住正弦的导数是余弦，即90 度相移，进一步的导数是另一个90 度相移，有助于形象化这一点。图1中的三个图是等效的，因此任何图都可以用来定义特定频率下的振动强度，并且可以方便地引用常数、加速度作为规范。然而，对于恒定加速度，位移随着频率的降低而增加，并且在某一点上维护测试设备变得不切实际，因此通用规范要求恒定位移振动达到指定的“交叉”频率，然后从该频率加速到恒定速率下的最大频率。

IEC 60068-2-6: 2008 主要涉及术语和方法的定义，但也提供了一些推荐的测试条件。例如，扫描速率指定为指数、一个倍频程或每分钟倍频，容差为+/- 10%。应从任意设定值中选择该范围内的较低频率； 0.1、1、5、10、55 或100Hz，上限频率应从10、20、35、55、100、150、200、300、500、1000、2000 或5000 Hz 中选择。标准中的表格显示了测试持续时间，通常是重复100 次10Hz 至5,000Hz 扫描，大约需要30 小时。在10Hz 以下，通常指定恒定的位移幅度，而在10Hz 以上则指定恒定的加速度。然而，如果该频率下所需的幅度超出了测试设备的能力，则可能需要更高的交叉频率。如果发现共振，标准建议停留时间为10 分钟、30 分钟、90 分钟或1 小时。

IEC 60068-2-6: 2008没有规定确切的振动强度级别和扫描周期数，但给出了标准示例，如表1所示。交叉频率设置为58Hz至62Hz。低于交叉频率，使用振幅或位移规格，高于交叉频率，使用加速度。加速度以m/s2 表示，将其转换为“g”并除以10 以获得近似值。

表1: 符合IEC 60068-2-6: 2008 的应用类别的振动强度和扫描周期数示例

电容器需要防振

在所有常见电子设备中，电容器通常最容易因振动而损坏，尤其是高值电解电容器。电容器可以较高且直径较小，以减少其占地面积。典型的通孔引线类型的性能相对较差，通常最大额定值为10g 或约100m/s2，在10 至55Hz 的扫描频率范围内峰峰值位移为1.5mm。虽然这对于非关键商业设备来说是可以接受的，但公路车辆、建筑设备和农业机械等其他应用通常需要更高的额定值。松下已经提供FK、FKS、FP、FN、FT、TC、TCU、TP 和TQ 系列表面贴装铝电解电容器，以及ZA、ZC、ZE、ZK、ZKU 和ZA、ZC、ZE、ZK、ZKU 和导电聚合物混合铝电解电容器。 ZS系列。电容器解决了这个问题。这些系列中的元件具有高振动能力，包括更厚的内部连接、高的塑料基板“壁”以及更多带有辅助触点的支撑端子。

图2：松下抗振贴片电容

抗振型可承受294m/s2（30g）的冲击，在52000Hz振动激励下峰峰值位移为5mm，显着提高其性能。对X、Y、Z 轴进行了两个小时的测试，没有出现任何故障。这些部件的高振动规格还辅以汽车AEC-Q200 兼容性和高耐用性，通常在105C 下为10,000 小时，在125C 下为4000 小时，在145C 下为145C，具体取决于系列，时间为2000 小时。

导电聚合物混合铝技术完善了高振动规格

在使用高F 值的应用中，组件的物理尺寸很大，并且许多设备通常并联连接，因此电容器遭受振动损坏的风险最大。例如，逆变器或电机控制器中的直流链路连接或大功率AC-DC 和DC-DC 转换器中的输出滤波器。然而，在这些应用中，特别是在高开关频率下，电容值本身通常不是关键参数，只要它高于大容量能量存储的最小值即可。更重要的是器件的等效串联电阻(ESR) 以及由此产生的纹波电流处理能力。通过电容器ESR 的高频纹波电流会产生纹波电压，这通常对转换器的性能至关重要。

“标准”电解电容器可以具有良好的ESR 和纹波电流额定值，但松下导电聚合物混合铝型可提供更好的小尺寸额定值，并具有更好的纹波电压性能。例如，在12V DC总线应用中，如果规格要求最小为1500F，总ESR为3毫欧，纹波电流为11A，则可以使用四个16mm x 25mm标准电解电容器或三个松下ZS系列导电聚合物混合型尺寸为10mm x 16.5mm，体积仅为20%，重量仅为几分之一（图3）。松下的抗震特性以及降低的高度、体积和重量大大提高了抗震能力。

图3：案例研究，使用标准和导电聚合物电容器的直流总线应用

综上所述

抗振性至关重要的应用变得越来越普遍，为此，松下提供了电容器抗振装置。加速度和位移的规格通常可以满足最苛刻的要求，而松下的导电聚合物混合铝技术可以生产更小、更轻的设备。与标准电解类型相比，该技术还具有更好的稳定性、使用寿命、可靠性、安全性和生命周期成本。