原创 电子设备的振动与噪声防护

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1）k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1：Wn=（k/m开平方）公式输不进去，抱歉；

公式2：W/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。

若Wn<< />，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，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，但振动幅度也不是很大，把机器拆开，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0Hz—10Hz—100Hz这样的过程，停机时得经历100Hz—10Hz—0Hz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W_n1.和竖向振动固有频率W_n2之间，使W>W_n1>W_n2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，再有高深的我也搞不懂了，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。