隔振系统结构设计论文范文

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1设备热设计电子设备的热设计是指

依据设备内部热耗的情况，具体如表1所示，通过估算，自然散热不能满足该设备的散热需求，需考虑采用强迫风冷的方式冷却，设备自带风扇提供风源。从表1同时可以看出，该电子设备的主要散热集中在2个功放芯片上（中放芯片和末放芯片），根据该设备的散热特点，最终选择了局部强迫风冷和自然散热相结合的热设计方式。由于设备尺寸限制和模块热耗特点，该电子设备选择了一款体积小风力足的EBM风机。该设备的热设计主要集中在功放芯片散热上，通过去掉安装架及不必要的结构简化模型如图2所示。采用热仿真软件flotherm计算［2］，计算模型如图2所示，计算结果如图3~图6。由仿真分析可知，使用常规风冷散热，难以解决设备内部2个功放芯片散热问题，由于扩散热阻的存在，散热器基板温差最大可达100℃。如果使用均温板（即毛细散热腔VC板），则可降低基板温差，提高散热利用效率。按保守的均温板导热系数（1000W（/m•K））［3］，保守的最大热流密度（100W/cm2）进行仿真计算，其安装面温度可控制在110~120℃左右，该设备的器件结温/壳温要求及计算结果对比如表2所示，考虑到所设定均温板的数值偏保守，通过表2可以看出，采用强迫风冷加均温板的方案解决设备散热问题是可行的。

2设备振动强度及减重设计

由于设备装机位置处环境条件要求严格，根据以往工程经验看，设备振动条件相对其它设备非常恶劣，再加上设备本身要求有很高的可靠性和耐久性，该设备倾向于选择加装隔振系统。首先简化设备模型、约束处理、网格划分和设置材料参数，在不装隔振系统情况下，对设备进行模态分析。得出1阶模态：470.8Hz、2阶模态：702.Hz、3阶模态：875.6Hz、4阶模态：1043Hz。通过模态分析可以看出，设备的1阶和2阶模态频率和结构件容易产生共振，对设备结构件和内部器件的结构强度和刚度容易造成损坏［4］，这样就更加论证了需要加隔振系统的方案。根据设备的振动条件定制了所需的隔振器，隔振器主要参数是：固有频率为70Hz；最大共振放大率小于3；单只公称载荷为1.5kg；隔振器单只重量为130g。同时为满足设备的装机要求，还设计了设备安装架，安装架通过4个底部隔振器安装于飞机平台，而整机则通过安装架后面的导销，前面的锁紧装置固定在安装架上，以实现快速拆卸，其整体结构形式如图7所示。

根据设计的隔振系统再次对安装了隔振器的设备进行了模态分析，结果如表3和图8所示。从表3和4图8可以看出，安装减振器后，设备的前3阶模态以减振器3个方向的平动振动为主，第4阶模态以减振器的水平扭振为主，其它低阶模态主要集中在安装架上。扭振的发生与设备重心位置及减振器的安装位置密切相关，如果减小减振器的安装平面位置与系统重心的相对尺寸，就可以避免扭振的发生。从仿真分析来看，该振动设计能够满足设备振动需求。当然除了满足振动设计以外，设备还需要满足装机重量要求。目前综合考虑刚度-密度比、加工性和成本等多方面因素，设备结构材料主要采用5A06铝。从整体看，该设备为LRU设备，设备采用安装架固定方式，结构设计必须受到接插件、冷板和减振器装配及安装诸多特殊要求的限制，结构优化设计余量很小，该设备在满足上述设计要求的前提下，尽量削减所有非重要承力部件（其中外部结构强度和电磁屏蔽要求，预留2.5mm左右薄板。设备内部有3处需要考虑电磁屏蔽要求，隔板厚度暂设定为3mm）。在此基础上完成结构设计后，对设备进行了随机振动响应分析，通过对设备内部标准差位移和标准差加速度的对比分析，经过几次耦合设计，最终设计出一个既满足振动设计又尽可能轻的电子设备。

3结语

在机载电子产品的结构设计中，热设计、振动强度及减重设计已成为设计的重点和难点，它们设计的好坏已成为产品是否成功的关键因素。本文阐述了一种机载功率放大设备的结构设计，对热设计、振动强度和减重设计进行了重点阐述，通过多次改进设计并结合仿真分析和试验验证得到最后的设计参数，为同类的机载电子设备的结构设计提供借鉴。

作者：王彦斌单位：西南电子技术研究所