隔振系統結構設計論文范文

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1設備熱設計電子設備的熱設計是指

依據設備內部熱耗的情況，具體如表1所示，通過估算，自然散熱不能滿足該設備的散熱需求，需考慮采用強迫風冷的方式冷卻，設備自帶風扇提供風源。從表1同時可以看出，該電子設備的主要散熱集中在2個功放芯片上（中放芯片和末放芯片），根據該設備的散熱特點，最終選擇了局部強迫風冷和自然散熱相結合的熱設計方式。由于設備尺寸限制和模塊熱耗特點，該電子設備選擇了一款體積小風力足的EBM風機。該設備的熱設計主要集中在功放芯片散熱上，通過去掉安裝架及不必要的結構簡化模型如圖2所示。采用熱仿真軟件flotherm計算［2］，計算模型如圖2所示，計算結果如圖3~圖6。由仿真分析可知，使用常規風冷散熱，難以解決設備內部2個功放芯片散熱問題，由于擴散熱阻的存在，散熱器基板溫差最大可達100℃。如果使用均溫板（即毛細散熱腔VC板），則可降低基板溫差，提高散熱利用效率。按保守的均溫板導熱系數（1000W（/m•K））［3］，保守的最大熱流密度（100W/cm2）進行仿真計算，其安裝面溫度可控制在110~120℃左右，該設備的器件結溫/殼溫要求及計算結果對比如表2所示，考慮到所設定均溫板的數值偏保守，通過表2可以看出，采用強迫風冷加均溫板的方案解決設備散熱問題是可行的。

2設備振動強度及減重設計

由于設備裝機位置處環境條件要求嚴格，根據以往工程經驗看，設備振動條件相對其它設備非常惡劣，再加上設備本身要求有很高的可靠性和耐久性，該設備傾向于選擇加裝隔振系統。首先簡化設備模型、約束處理、網格劃分和設置材料參數，在不裝隔振系統情況下，對設備進行模態分析。得出1階模態：470.8Hz、2階模態：702.Hz、3階模態：875.6Hz、4階模態：1043Hz。通過模態分析可以看出，設備的1階和2階模態頻率和結構件容易產生共振，對設備結構件和內部器件的結構強度和剛度容易造成損壞［4］，這樣就更加論證了需要加隔振系統的方案。根據設備的振動條件定制了所需的隔振器，隔振器主要參數是：固有頻率為70Hz；最大共振放大率小于3；單只公稱載荷為1.5kg；隔振器單只重量為130g。同時為滿足設備的裝機要求，還設計了設備安裝架，安裝架通過4個底部隔振器安裝于飛機平臺，而整機則通過安裝架后面的導銷，前面的鎖緊裝置固定在安裝架上，以實現快速拆卸，其整體結構形式如圖7所示。

根據設計的隔振系統再次對安裝了隔振器的設備進行了模態分析，結果如表3和圖8所示。從表3和4圖8可以看出，安裝減振器后，設備的前3階模態以減振器3個方向的平動振動為主，第4階模態以減振器的水平扭振為主，其它低階模態主要集中在安裝架上。扭振的發生與設備重心位置及減振器的安裝位置密切相關，如果減小減振器的安裝平面位置與系統重心的相對尺寸，就可以避免扭振的發生。從仿真分析來看，該振動設計能夠滿足設備振動需求。當然除了滿足振動設計以外，設備還需要滿足裝機重量要求。目前綜合考慮剛度-密度比、加工性和成本等多方面因素，設備結構材料主要采用5A06鋁。從整體看，該設備為LRU設備，設備采用安裝架固定方式，結構設計必須受到接插件、冷板和減振器裝配及安裝諸多特殊要求的限制，結構優化設計余量很小，該設備在滿足上述設計要求的前提下，盡量削減所有非重要承力部件（其中外部結構強度和電磁屏蔽要求，預留2.5mm左右薄板。設備內部有3處需要考慮電磁屏蔽要求，隔板厚度暫設定為3mm）。在此基礎上完成結構設計后，對設備進行了隨機振動響應分析，通過對設備內部標準差位移和標準差加速度的對比分析，經過幾次耦合設計，最終設計出一個既滿足振動設計又盡可能輕的電子設備。

3結語

在機載電子產品的結構設計中，熱設計、振動強度及減重設計已成為設計的重點和難點，它們設計的好壞已成為產品是否成功的關鍵因素。本文闡述了一種機載功率放大設備的結構設計，對熱設計、振動強度和減重設計進行了重點闡述，通過多次改進設計并結合仿真分析和試驗驗證得到最后的設計參數，為同類的機載電子設備的結構設計提供借鑒。

作者：王彥斌單位：西南電子技術研究所