电子机柜隔振系统解耦分析及仿真

    使用减振器对电子机柜进行隔振时,由于结构和安装环境等多方面原因,对隔振系统进行激励时,系统存在耦合振动。耦合振动会降低隔振效果,在承受较大冲击时甚至会破坏一些敏感元件。但这些耦合振动可以通过改变减振器的安装位置、改变减振器的刚度等方式消除或者减小。垂直方向和水平方向的激励都会引起系统的耦合运动,下面分别讨论。

    1 垂直方向激励引起的耦合振动与解耦分析

    质量为m的某电子机柜,将四个减振器按机柜的几何尺寸对称布置在其底部,组成隔振系统。

    减振器的弹簧刚度沿三个坐标轴方向的分量分别为kx,ky,kz。

    1.1 当机柜的重心与长方体几何中心重合时

    以重心为坐标原点并略去系统的阻尼,则系统可简化为图1所示的力学模型。

    此时可选用特性相同的四个减振器。当系统受垂直方向ze=Azsin(wt)基础激振时,其运动方程为:

    式中:Iy—机柜关于y轴的转动惯量;

    Uy—机柜绕y轴的转角;

    a,h—弹簧沿x轴和z轴的坐标值。

    由式(1)可以看出, z方向的激励不会引起绕y轴的转动,系统的稳态振动只是沿z轴向作平移运动,即垂直方向是解耦的。

    1.2 当机柜的重心与长方体几何中心不重合时

    大部分情况下,由于内部质量分部的不均匀性,机柜重心c与长方体几何中心o不重合,但为了设备工作的可靠性,在内部结构设计中都会尽可能保证设备的质量对称性,至少也应保持对一个中剖面的对称性。不妨假设设备质量对称于xoz平面,即质量偏心只会发生在ox轴上,此时,以重心为坐标原点并略去系统的阻尼,系统可简化为图2所示的力学模型,四个减振器弹簧刚度分别为k1,k2,k3,k4。

   当系统受垂直方向ze=Azsin(wt)基础激振时,其运动方程为:

    要使系统在z方向解耦,必需满足:

EKziXi= (Kz1+Kz2)d-(Kz3+Kz4)e =0

    上式中,Kzi表示第i个弹簧的z向刚度,Xi表示第i个弹簧沿X轴的坐标值。

    当四个减振器按机柜的几何尺寸对称支撑在其底部时,d与e值不相等,要通过调整四个弹簧的刚度来实现解耦。另外,可以将四个减振器对称于质心C布置在机柜底部,即使得d=e,这时可以在四个弹簧的刚度相同的情况下保证系统垂向的解耦[1]。因为质心C与形心O的距离偏差一般较小,只要调整好弹簧的原长度,使它们在静平衡时高度相同,就不会影响系统的稳定性。