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　　1、可靠性设计技术类型和讲解126.1 可靠性热设计6.2 电磁防护设计6.3 机械防振设计6.4 其他可靠性设计技术3 可靠性热设计采用冷却、加热或恒温等措施，保证电子设备及元器件在规定的温度范围内正常工作的一种可靠性设计方法。热设计(1) 设备长期在过高的温度下工作，会引起元件参数的变化；热设计的必要性材料绝缘性能变坏磁芯参数变化电容器容量、电阻器的阻值变化(2) 电子设备中的许多元器件的工作失效率均随温度按指数 规律上升。4 可靠性热设计6.1.1 热设计基础傅里叶定律是导热的基本定律。导热一维导热计算公式为：Q热量； k物体的导热系数；S垂直于导热方向上物体的截面积；导热路径长度（壁厚）；

　　2、tw1，tw2壁面两侧温度；Rt导热热阻。5 热设计基础提高接触表面的光洁度，增加接触压力，在接触界面涂一薄层导热纸或加一层延展性好、导热系数高的材料薄片。接触热阻导热发生在相互接触的两个物体表面时，由于实际接触面间的不平整等原因，在接触截面产生一附加热阻。影响接触热阻的主要因素接触界面接触点的数量、形状、大小及分布规律，接触界面的几何形状，间隙中介质的种类，接触表面的硬度、氧化程度和清洁度，接触压力，接触材料的导热系数等。减小接触电阻、提高导热能力的方法：6 热设计基础接触压力 (N cm-2)7 热设计基础对于二维或多维的导热问题，可用有限差分法或有限元法求解。举例：一块电源印制板，其上装

　　3、有两个功率晶体管和两个功率电阻，印制板垂直安装在温度为70的冷板上，用有限差分法求解各个安装点的温度。8 热设计基础以元件安装中心为节点，将印刷版分割成四个矩形小单元。假设所有热量均流向中心节点。节点1：节点2、3、4：9 热设计基础6.1.1.2 对流换热对流换热是流体与另一物体表面相接触时，两者之间的换热过程，它是流体的对流与导热联合作用的结果。换热强度取决于流体流动的动力、流体流动状态、换热面的几何形状和位置、流体的物理性质等。对流换热计算（牛顿冷却公式）：对流换热系数；S流体与壁面的接触面积；tw壁面温度；tf冷却流体温度10 热设计基础对流换热控制微分方程的分析解和比拟解，迄今只能解

　　4、决少数工程实际问题，大部分问题仍要靠实验的方法来解决。通过量纲分析整理实验数据，可得出各种对流换热过程的准则方程，进而求出该过程的对流换热系数。对流换热各准则方程中的准则数及其物理意义11 热设计基础(1) 自然对流换热参与换热的流体的运动完全是由流体各部分温度不均匀所造成的浮升力而引起的流体流动现象。其换热准则方程为：脚标m表示确定流体物理性质参数的定性温度为tm=(tw+tf)/2，tw为壁面温度，tf为流体温度，C和n为常数。12 热设计基础(1) 自然对流换热对于Pr的流体，式中C和n的取值可参照下表。13 热设计基础(2) 强迫对流换热强迫对流换热准则方程随换热的场所及流动状态而异，

　　5、见下表。表中脚标f表示确定流体物理性质参数的温度（定性温度）取流体的平均温度，脚标w表示取壁面温度，l是管长，d为管道直径或当量直径。14 热设计基础例6-1某调制管的结构尺寸如图所示。其损耗功率为22W，玻壳允许温度为100，环境温度为60 ，假设由辐射散走的热量为，试计算强迫风冷的空气流速。(已知流体导热系数kf10-2W/(m ), 运动粘度Vf10-6m2/s)15 热设计基础例6-1某调制管的结构尺寸如图所示。其损耗功率为22W，玻壳允许温度为100，环境温度为60 ，假设由辐射散走的热量为，试计算强迫风冷的空气流速。(已知kf10-2W/(m ), Vf10-6m2/s)实验及考试

　　6、相关事项16实验时间及地点时间：第15周的周一、周三两天(四个半天)地点：电机楼罗克韦尔实验室(电机楼20025)周一上午(0)周一下午(13)周三上午(0)周三下午(20)上午：7:4511:30下午：13:4517:30实验及考试相关事项17考试时间及地点时间：第17周的周三下午：13:4515:45地点：待定公共邮箱账号：密码：(课程PPT及相关通知会发至公共邮箱，方便同学下载)答疑时间：16周周三下午：13:4517:00答疑地点：电机楼20023可靠性分析报告（大作业）要求：18目标：根据自己的毕业设计题目或针对自己感兴趣的电气系统、装置，采用本课程相关的理论和方法对其进行可靠性分析

　　7、，并提交相应的分析报告。要有相应的背景介绍和国内外现状分析；内容要与可靠性的方向相关，如典型系统的可靠性框图建立、可靠性预计、分配、故障模式分析、可靠性设计等；提交报告时间为最后一堂理论课(第14周周三5-6节)。上堂课内容回顾19潜在通路分析主要表现形式分析方法构建系统网络树失效分析技术六种重要的失效模式及其判断潜在电路、潜在时间、潜在标志、潜在指示弹性形变、屈服失效、疲劳断裂、腐蚀、磨损、蠕变故障诊断技术诊断对象诊断过程诊断分类20 热设计基础(3) 辐射换热辐射：物体以电磁波方式向外传递能量的过程。黑体：落在物体上的所有辐射能量全部被吸收而没有反射和穿透。普朗克定律：描述了黑体在不同温度

　　8、下辐射能按波长分布的规律。Eb黑体在单位时间内单位表面积向半球空间所有方向发射的全部波长的辐射能的总量，称为黑体辐射力；C02K4，称为黑体辐射系数；T黑体的热力学温度。21 热设计基础(3) 辐射换热物体间的辐射换热量可用网络法进行计算，即把辐射换热系统模拟成相应的电路系统。图示为两个灰体表面间的辐射换热网络，它是在辐射势差Eb1-Eb2之间用两个表面热阻(1-1)/1S1、(1-2)/2S2和一个空间热阻1/S112串联起来的等效电路，其中S和分别是物体的表面积和表面黑度，12是两个表面间的辐射角系数。两个物体表面间的辐射换热量Q12，等于温度T1、T2下的两个黑体本身辐射之差 (Eb1-

　　9、Eb2)除以系统的总热阻，即22 热设计基础(4) 传热热量传递的三种基本形式：导热、对流和辐射。电子设备的传热过程总是几种传热形式并存。可用类似电路中电阻网络的热阻网络法计算对流-导热-对流组成的串联传热过程对流、辐射导热对流、辐射的复合传热过程对流、辐射组成的并联传热过程23 冷却方法的选择根据电子设备（或元器件）的热特性（发热功率、散热面积、允许工作温度、环境温度等）及可靠性指标，确定其合理的冷却方法，用较少的成本获得高可靠性的电子设备。热设计目的热设计的基本原则保证冷却系统具有良好的冷却功能，使设备内的元件都能在规定的热环境中正常工作；尽量减少热回路中从发热元件表面到最终散热对象（如散

　　10、热器等）之间的热阻；保证冷却系统工作的可靠性；冷却系统要具有良好的适应性；冷却系统要便于维护；冷却系统的设计要有良好的经济性。24 冷却方法的选择冷却方法的选择电子设备冷却方法选择的依据是热设计参数，包括设备（元件）的总发热量、设备（元件）的允许温升、设备的工作场所环境条件、结构尺寸、其他特殊要求。下图是根据设备的允许温升和热流密度，确定散热方法的选择图由图可知，当温升为600C时，自然散热的表面热流密度小于2，因此这种散热方法不可能提供1W/cm2的热流密度。如果用强迫通风冷却，则传热能力可提高一个数量级。若采用碳氟有机液沸腾冷却，则可提供相当高的传热能力，且有很高的介电特性，可使大多数功率

　　11、元件直接浸入工作液，其热流密度将超过10W/cm2，而温升则小于100C。25 电子设备的自然冷却 在自然散热状态下，电子设备内部的热量首先通过对流、辐射、传导等传向机壳，然后再由机壳通过对流和辐射将热量传至周围介质。因此，要改善电子设备的自然冷却效果，关键是要提高设备内部电子元器件向机壳的传热能力和机壳向外界的散热能力。 1. 机壳的热设计机壳内外表面涂漆（即提高黑度）、机壳开通风孔，均能降低内部元器件的温度；机壳内表面和外表面涂漆的冷却效果比表面光亮、且开通风孔的效果好；机壳内、外表面均涂漆的冷却效果比单面涂漆的效果好；在机壳内、外表面均涂漆的基础上，合理地改进通风孔结构，加强对流，可以得

　　12、到很好的冷却效果。26 电子设备的自然冷却 在自然散热状态下，电子设备内部的热量首先通过对流、辐射、传导等传向机壳，然后再由机壳通过对流和辐射将热量传至周围介质。因此，要改善电子设备的自然冷却效果，关键是要提高设备内部电子元器件向机壳的传热能力和机壳向外界的散热能力。 2. 通风孔面积计算通风孔的形状、大小应根据人机工程学及换热原理进行选择；通风孔的位置要对准发热元件，使冷却空气直接流过发热元件，进出孔要远离，切忌气流短路而影响冷却效果；通风孔的面积与通风孔散掉的热量之间的关系：S0进风孔或出风孔的面积，cm2；Q设备内部总功耗，W；Qd机壳表面自然对流散热量，W；Qf机壳表面辐射散热量，W；

　　13、H机箱高度（或进出风孔中心距离），cm；t设备内部空气温度t2与外部空气温度t1之差，。27 电子设备的强迫风冷强迫通风冷却系统设计的重点：合理控制和分配气流，使其按照预定的路径通行。注意事项：元件排列时，应将不发热和发热量小的元件排列在冷空气的入口，耐热性差的元件排列在离入口最近处，其余元件可按耐温高低，以递增的顺序逐一排列；各元件在单元内排列时，应力求对气流的阻力最小；整机通风系统的进、出风口应尽量远离，以避免气流短路。整机的通风形式：抽风、鼓风和抽风与鼓风串联等。整机通风的风量由热平衡方程计算：Qf通风量，m3/h；Q整机总损耗功率,W；cp空气的比定压热容,J/(kgK)；空气密度,k

　　14、g/m3；t空气出口与进口温差,0C。28 电子设备的强迫风冷进行通风管道设计时应注意以下问题：尽量缩短通风管道，以降低风道的阻力损失；尽可能采用直的锥形风道；风道的截面尺寸最好和风机的出口一致，以免因截面变换而引起压力损失；风道的截面尺寸应能保持所需的雷诺数；进风口的结构设计原则是：尽量使其对气流的阻力最小；起到滤尘的作用。29 电子设备的强迫风冷强迫冷却系统的通风机轴流式风机：风量大、风压低离心式风机：风量小、风压高若一个风机的风量不够，可采用两个风机并联，此时，其风压是每个风机的风压，而风量为各风机风量之和；若风压不够，则可串联使用，这时，风量基本上等于每台风机的风量，风压相当于各风机压

　　15、力之和。30 电子设备的强迫风冷设计通风冷却系统时应考虑的结构因素：抽风的冷却效果比吹风形式好，因此在机箱风阻相同的情况下，尽可能采用抽风冷却形式；在冷却气流流速不大的情况下，元件应按叉排方式排列，这样可提高气流的紊流程度，增加散热能力；设备中发热区的中心线，应与入风口的中心线相一致或略低于入风口的中心线，以提高冷却效率；大型机柜在强迫通风时，机柜缝隙的漏风将直接影响散热效果。从试验效果看，有缝隙存在时：（1）抽风形式的冷却效果比鼓风形式好；（2）缝隙小的效果比缝隙大的效果好。31 其他冷却方式电子设备的其他冷却方法有：液体冷却（直接或间接液体冷却）；半导体制冷；静电制冷；射流冷却；热管传热等

　　16、。第六章 可靠性设计技术326.1 可靠性热设计6.2 电磁防护设计6.3 机械防振设计6.4 其他可靠性设计技术33 电磁防护设计任何电子设备工作时，都将对其周围环境产生一定的电磁辐射，自然界本身也产生一定的电磁环境（如地磁、雷电、宇宙射线等）。电磁兼容性电子系统与周围其他电子系统之间相互兼容的能力；电子系统在自然界的电磁环境中按照设计要求正常工作的能力。电磁防护设计的主要任务： 要求设备既能抑制其他设备的干扰，又能抑制自然界电磁作用的干扰，同时还要求减少设备本身对其他设备的干扰。34 电磁防护设计构成电磁干扰必须具备三个基本条件： 存在干扰源； 有相应的传输介质（耦合途径）； 有敏感的接收

　　17、单元（扰源）。对电子设备进行电磁防护设计（兼容性设计），需要明确干扰源的性质、干扰源与扰源之间的耦合形式和防护设计的具体指标等。35 耦合方式耦合 一般指的是设备（电路）与设备（电路）之间电的联系，耦合起着把电磁能量从一个设备（电路）传送到另一设备（电路）中去的作用。干扰信号有两种基本耦合方式：传导耦合：简称来自“路”的干扰，包括电路性传导耦合、电容性传导耦合及电感性传导耦合；辐射耦合：简称来自“场”的干扰，包括近场感应耦合及远场辐射耦合。36 耦合方式(1) 电路性传导耦合电路性传导耦合也称为共阻抗耦合，当两个电路回路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路回路的电流在该公共阻抗上形成的电

　　18、压就会影响到另一个电路回路。最简单的电路性传导耦合模型如图所示。Z12是回路1和回路2的公共阻抗，当回路1有电压V1作用时，该电压经Z1加到公共阻抗Z12上，如果回路2开路，由回路1耦合到回路2的电压为：37 耦合方式(1) 电路性传导耦合电路性传导耦合也称为共阻抗耦合，当两个电路回路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路回路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路回路。地线电流流经公共地阻抗Z的耦合，地电流I1被I2所调制，故一些干扰信号由电路2经Z耦合到电路1。电子设备中常用公共电源给不同电路供电。公共电源有内阻，高电平电路的输出电流流经电源变换为电压，耦合到其他电路成为干扰电压。对

　　19、这种由电源内阻形成的耦合，可采用稳压电源或电阻、电容组成的去耦电路来消除干扰。38 耦合方式(2) 电容性耦合电容性耦合亦称为电场耦合，是通过导线间的电容使某一电路对另一电路形成电力线交链，从而在信号电路中引入了干扰。图为电场耦合作用示意图。G为具有交变电压VG的干扰源，在其附近有一受感器S通过阻抗Zs接地，干扰源对受感器的电场感应作用等效为分布电容CJ，从而形成了由VG,CJ和Zs构成的回路，在感受器上产生的干扰电压Vs为：干扰源角频率。一般有jCJZS/(2)时，称该干扰场为远场；反之，称为近场；当场源是高电位小电流时，称近电场；当场源为低电位大电流时，称近磁场。电磁屏蔽是利用由良导体制成

　　20、的屏蔽体，通过对外来电磁波的反射、吸收来达到衰减电磁能量、减小辐射干扰的目的。44 屏蔽效能计算屏蔽的有效性采用屏蔽效能SE来进行度量，定义为屏蔽前（电场强度E、磁场强度H）后（电场强度E、磁场强度H ）空间某点场强之比：对于电路，屏效可用屏蔽前后电路某点上的功率、电流和电压之比来定义，也可由外界耦合到某个关键器件上的干扰与器件所产生的噪声之比来定义：由于屏效的量值范围很宽，为便于表达，通常用分贝来计量：45 屏蔽效能计算(1) 低频磁屏蔽的屏效低频磁屏蔽主要利用高磁导率的屏蔽体对干扰磁场的分路作用。由磁路分析法可得到屏蔽效果的近似计算公式。H0屏蔽盒外磁场强度；H1屏蔽盒内磁场强度；r=s/

　　21、0相对磁导率；s屏蔽材料的磁导率；0空气的磁导率。46 屏蔽效能计算(2) 电磁屏蔽的屏效高频电磁场从空气进入金属板时要产生反射，由于反射，抵消了一部分电磁能量，使干扰场受到衰减，称之为反射损耗；高频电磁波在金属板内传播时，所引起的感应涡流将部分电磁能量以热损耗的形式耗散掉，这一效应称为吸收损耗；金属板总的屏效为吸收损耗和反射损耗之和。电磁屏蔽效果的计算公式：r/(2)平面波：r/(2) 电场：r/(2) 磁场：47 屏蔽效能计算图为后铜板的电磁屏蔽效果的计算实例。A为吸收损耗；RE电场的反射损耗；RH为磁场的反射损耗；Rp为平面波的反射损耗。后铜板，在频率为10MHz时，其屏蔽效果可达100

　　22、dB。48 屏蔽效能计算例6-2一长方形屏蔽盒的尺寸为120mm25mm50mm，材料为铜，铜盒厚度为，求该铜屏蔽盒在频率为1MHz使得电磁屏蔽效能。49 电磁屏蔽结构为减小剩余电容，电屏蔽体的形状最好设计为盒形。通过适当的屏蔽盒结构设计，进一步减小剩余电容。 (1) 改善电接触的结构在屏蔽盒的侧壁铆装导电梳形簧片，使其与盖紧密接触，减小接触电阻；将盒与盖直接焊接在一起；盒与盖之间用螺钉连接时，螺钉数越多，接触改善的效果越好；机柜门的四周做有凹槽，并在其中填装导电弹性衬垫。50 电磁屏蔽结构为减小剩余电容，电屏蔽体的形状最好设计为盒形。通过适当的屏蔽盒结构设计，进一步减小剩余电容。(2) 双层

　　23、门盖结构机箱可采用双层门，屏蔽盒可采用双层盖。与单层盖的耦合等效电路相比，多了一次衰减，因而可提高屏效。但每层盖依然要采取改善电接触的措施，两层盖中央应避免直接接触。(3) 分盖结构把干扰源与扰源在盒内分隔开后，将上面的盒盖分成两个，分别进行固定，其屏蔽效果比单盖的好。51 低频磁屏蔽结构对低频磁场的屏蔽作用是通过屏蔽盒的高导磁性能，即低磁阻来实现的。在设计时应仔细考虑屏蔽盒上的接缝与孔洞的处理，以减小它们对屏蔽效果的影响。(1) 合理布置接缝与磁场的相对方位当磁场方向垂直于接缝时，磁通流经接缝的磁阻较大，若磁场平行于接缝，则接缝的磁阻不起作用。因此，接缝相对磁场的方位应是磁通不流经或大部

　　24、分不流经接缝为宜。不正确正确52 低频磁屏蔽结构对低频磁场的屏蔽作用是通过屏蔽盒的高导磁性能，即低磁阻来实现的。在设计时应仔细考虑屏蔽盒上的接缝与孔洞的处理，以减小它们对屏蔽效果的影响。不正确正确(2) 减小接缝磁阻低频磁屏蔽盒一般由钣金工艺制作，因此盒与盖之间的配合精度不高，允许盒与盖的接缝处有一定的间隙。为减小接缝磁阻，常采用增加盒与盖的套入高度及用螺钉连接使盒与盖靠紧的结构。对盒本身的接缝，可用导磁材料密焊。53 低频磁屏蔽结构对低频磁场的屏蔽作用是通过屏蔽盒的高导磁性能，即低磁阻来实现的。在设计时应仔细考虑屏蔽盒上的接缝与孔洞的处理，以减小它们对屏蔽效果的影响。(3) 正确布置通风孔通

　　25、风孔的布置原则是：除满足热设计的要求外，应尽可能少地减小导磁截面积和不增加导磁回路的长度，即尽量不增加屏蔽的磁阻。54 低频磁屏蔽结构对低频磁场的屏蔽作用是通过屏蔽盒的高导磁性能，即低磁阻来实现的。在设计时应仔细考虑屏蔽盒上的接缝与孔洞的处理，以减小它们对屏蔽效果的影响。(4)双层磁屏蔽为了解决屏蔽效果与屏蔽盒体积和质量的矛盾，在要求屏蔽效果更高时，应采用双层屏蔽结构，这样就能在屏蔽盒体积和质量增加不多的情况下，显著提高屏蔽效果。采用该结构时应注意：通过内外层屏蔽盒的引线，应在两层之间加滤波电路；内外层屏蔽盒间只能采用一点连接（可采用扁铜条或短铜杆），使内外层上的电流相互隔开，不产生耦合。55

　　26、 接地设计所谓“地”，一般是指电路或系统的零电位参考点或直流电压的零电位点。电子设备中任何电路的电流都需经过地线形成回路，而地线或接地平面总有一定的阻抗，该公共阻抗使两接地点间形成一定的电压，而引起接地干扰；同时，恰当的接地给高频干扰信号形成了低阻通路，抑制了高频信号对其它电子设备的干扰。为抑制地线产生的共阻抗耦合干扰，常用“三套法”和“四套法”接地技术56 接地设计“四套法”是指设备内按信号大小及噪声源情况分别设置四套接地通道：敏感信号地与小信号地；不敏感信号地及大信号地；干扰源地；金属构件地。将“四套法”中的某两类地合并，便形成“三套法”接地系统。57 接地设计 信号地线是指信号电路的地线、或有信号电流流通的地线。交流电源的地线不能作为信号地线；图a)为共用地线串联一点接地，大多使用在各电路的电平相差不大的场合；图b)为独立地线并联一点接地，其优点是完全消除了公用地电流的耦合，消除了电路间的噪声串扰；缺点是地线较多，结构复杂，且随着频率增加，地线阻抗、地线间的电感及电容都会增大，因此这种接地方式不适用于高频；图c)是多点接地，该方式降低了地线阻抗，可用于高频段。第六章 可靠性设计技术586.1 可靠性热设计6.2 电磁防护设计6.3 机械防振设计6.4 其他可靠性设计技术第六章 可靠性设计技术596.3.1 振动与冲击对电子设备产生的危害设备在某一激振频率作用下产生共振，最后因振

　　28、动加速度超过设备的极限加速度而损坏设备，或者由于冲击所产生的冲击力超过设备的强度极限而使设备破坏；长期振动或多次冲击会使设备疲劳破坏；振动引起弹性零件变形，使具有触点的元件可能产生接触不良或完全开路的问题；机械振动会使防潮和密封措施受到破坏，使螺钉、螺母松开甚至脱落，使指示仪表指针不断抖动，引起读数不准。第六章 可靠性设计技术606.3.2 隔振设计隔振是将弹性元件（如减振器）正确的安装在设备与支承结构之间，这样可在一定频率范围内减小振动的影响，是防护电子设备受到振动与冲击的一种重要方法。根据隔振要求不同分类积极隔振（或主动隔振）消极隔振（或被动隔振）61 隔振设计(1) 积极隔振当研究对象本

　　29、身是有振源的机器，为了减小它对周围仪器及建筑物的影响，将其与基础或支承结构隔离开。积极隔振系数：表示系统激振力对外界的隔离P传递力幅值；H激振力幅值62 隔振设计(2) 消极隔振当基础或支承结构本身是振源时，要将设备与振动的基础相隔离。消极隔振系数：表示系统对外界振动位移的隔离B设备振动幅值；H支撑结构幅值63经推导，积极隔振和消极隔振的隔振系数的表达式均为D系统的阻尼比，D=实际阻尼系数/临界阻尼系数；频率比，=激振频率/固有频率=/0按上式确定的曲线称为隔振系数曲线。它表示阻尼比D和频率比变化时对应的变化规律。图中E表示隔振效率，E=1-，由图有:(1)当1，E为负值，隔振无效；(2)当1

　　30、时，值很大，阻尼很小时，共振(3)=2时，=1，减振与不减振临界点(4)2时，2为隔振区(5)越大，越小，E越高。但5以后E提高甚微，故一般将频率比取=2.55的在范围内。 隔振设计64 隔振设计隔振设计的主要任务是选择和设计适当的减振器，进行合理的布置，使系统的固有频率尽可能低于激振频率，即满足2的条件。减振器的安装要求：应使系统能稳定地工作，力求六个自由度之间的振动不要耦合，并尽量使六个固有频率能相互接近。减振器的配置需满足以下条件：当设备从其平衡位置沿坐标轴平行移动一距离时，各减震器对设备的作用力的合力通过设备的重心；当设备绕某坐标轴转一微小角度时，各减震器作用力合成一力偶，力偶作用平面

　　31、与该轴垂直。65 隔振设计66 隔振设计采用双层隔振时，设外部激励频率、设备质量m2、中间质量m1均已知，根据隔振要求，隔振系数1,2也是已知的。当这些参数确定后，可由下式确定每层减振器的总刚度：k1为第一层减振器的总刚度，k2为第二层减振器的总刚度。质量比为=m2/m1。只要上式总是有解的。67 冲击隔离设计冲击隔离设计用减振器最大限度地储存（以位移能的形式）冲击作用时的能量，冲击结束后又将此能量以系统的固有频率释放出来。通过这一装置，使较尖锐的冲击波以较缓和的形式作用在设备上，从而起到保护设备的作用。冲击隔离设计的主要方法 阶跃速度法采用这种设计方法的前提是：冲击的持续时间与冲击隔离系统的

　　32、固有周期的比值小于或等于。68 冲击隔离设计 (1) 阶跃速度的计算设冲击激励以支承结构的加速度zs形式给出时，则其相应的阶跃速度为：若冲击激励是以力Us(t)的形式给出，则阶跃速度为m设备的质量69 冲击隔离设计 (2) 隔冲系数隔冲系数定义为设备的最大加速度zm与冲击脉冲加速度峰值zp之比，即a=zm/zp隔冲系数a与冲击脉冲无量纲持续时间r的关系曲线称为冲击响应频谱，简称冲击频谱。根据数学推导，设备的最大加速度zm和减振器的最大相对变形m成正比，即 zm= 2mr为有效冲击持续时间，矩形脉冲r = ，半正弦脉冲r =2 /，正矢脉冲和三角形脉冲r = /2。70 冲击隔离设计 (3) 冲

　　33、击减振器的设计利用冲击脉冲频谱可确定减振器的弹簧特性。当加速度脉冲波形不是图中的理想波形时，可根据实际脉冲波形的面积A（即积分值）、加速度脉冲最大值zp和作用时间 ，用一理想冲击加速度脉冲来代替，然后用zm/zpzm/zp，即响应加速度最大值小于最大允许加速度zm为判据，从冲击脉冲频谱图查得r的范围，以此确定固有频率的上限U 。在使用线性弹簧时，用设备的允许最大加速度zm和弹簧最大允许变形m决定固有频率的下限：71 冲击隔离设计设备的重量为200N，在其安装支承位置受到的脉冲强度为zp =270m/s2，A=2m/s。设备的最大允许加速度zm=22g，弹簧最大允许变形m，求线性冲击减振器的弹性

　　34、特征（即求弹簧的刚度）。例6-3r为有效冲击持续时间，矩形脉冲r = ，半正弦脉冲r =2 /，正矢脉冲和三角形脉冲r = /2。72 阻尼减振技术阻尼减振是将阻尼材料涂覆或粘贴在振动部件上，或用粘弹性材料作为芯层镶嵌在振动部件（基层）与覆盖层（约束层）之间，在部件振动时，它们能消耗大量的振动能，从而达到降低振幅或加速度的目的。结构阻尼：由材料自身内摩擦和结合面之间的摩擦等引起的阻尼，它包括：系统阻尼：结合面之间的摩擦阻尼；内摩擦阻尼：由材料的内耗引起。系统阻尼和内摩擦阻尼的损耗因子均比较小，难以达到明显的减振要求，因此不得不采用外加阻尼，形成复合阻尼结构。73 阻尼减振技术 (1) 自由阻尼

　　35、结构把粘弹性材料粘贴或喷涂在需减振的结构件上（如下图a)所示）。它通过粘弹性材料的延伸及剪切吸收振动能量。各层间粘接剂的厚度应控制在。自由阻尼结构计算简便，工艺简单，但受温度变化的影响大，低频时效果差。 (2) 约束阻尼结构约束阻尼是在振动部件（基层）上贴上阻尼材料，称为阻尼层；然后在它上面再覆盖一层金属材料，称为约束层。基层和约束层统称为结构层。结构层提供强度，而由阻尼层吸收振动能量。第六章 可靠性设计技术746.1 可靠性热设计6.2 电磁防护设计6.3 机械防振设计6.4 其他可靠性设计技术75 其他可靠性设计技术 6.4.1 降额设计降额就是降低元器件或机械零部件所承受的应力。合理的降

　　36、额可以大幅度地降低元器件或零部件的失效率。对设备有影响的应力：时间、温度、湿度、腐蚀、机械应力（振动或冲击）、电应力（电压、电流、频率等）。当元件或部件的工作应力高于额定应力时，失效率增加；反之，一般都要下降。76电阻器的降额方法：减小降额系数S（工作功率/额定功率），通常取；环境温度应低于600C，最好低于450C；当S时，因工作时发热量过低，失效率反而提高，因此电阻器的降额不可过低。电容器降额系数S定义为电压应力比（工作电压/额定电压），其基本失效率比电阻器大约高1个至3个数量级；温度小于500C时，基本失效率随温度的变化不明显；当温度大于500C时，每增加100C，基本失效率约增大10%

　　37、15%；因此，一般电容器的使用温度应低于500C，降额系数S低于为宜，但对电解电容，不要使S为零；金属化纸介电容的S取较为合理；小型云母电容因常出现低电平失效，所以交流运用时应注意S不能过低。 降额设计77半导体器件的降额方法：将其工作功耗限制在额定功耗一下，降额系数小于，温度小于500C，锗管的温度应尽可能低一些，硅管可适当高一些。电感器当热点温度从250C升到500C时，基本失效率增加不多，但增加到750C以上时最多可增至9倍以上，所以降额应使热点温度不大于750C，最好在500C以下，最高工作温度不应超过1300C，工作电流降额因子取最合理；在湿热环境中，降额因子不应过小，否则对驱散潮气

　　38、不利。继电器继电器的降额主要指接点工作电流的降额；对于纯电阻负载的额定电流，降额系数S应小于才能保证接通负载的瞬间电流不大于额定值；对于电感性负载应有S；在脉冲开关工作时应考虑设计接点保护电路。 降额设计78接插件接插件的降额设计主要考虑两个因素：工作环境温度对接插件中嵌入材料的影响；电流通过接点时，火花、发热对接点寿命的影响。接插件接点负载电流的降额方法可参考继电器接点在不同负载下的降额方法进行设计；使用中低频多接点接插件时，可采用多点并联工作方式，这样既可降额，又有冗余功能。多因素的综合降额一般可使元器件的失效率下降12个数量级，但有的降额设计还需要其他可靠性设计技术来保障。 降额设计79

　　39、 动态设计电子设备中所使用的任何元件、部件或分系统的参数必然有一定的制造误差随着工作时间的增长，其特征参数值也会发生变化（参数漂移）系统功能波动为了减小或克服这种失效或故障，应改变过去那种认为元器件及机械部件的特性参数不变的静态设计思想，在设计上使参数漂移对系统的影响降至最低，即采用动态设计（又称容差设计）的方法。系统故障80 动态设计 (1) 工作状态设计先采用正交表或其他组合方法，通过分析各种元器件参数的搭配，寻找一组能使电路（系统）性能最优的参数搭配。根据网络拓扑学的理论，利用计算机辅助网络分析，计算各个元器件的参数变化对电路（系统）参数的影响程度。在上述分析的基础上，最后确定系统的最佳

　　40、工作状态。 (2) 动态补偿设计环境因素中，温度对电子元器件参数值的影响最为严重；电子元器件的特征参数值随温度的变化方式有两种：正温度系数（温度升高特征参数值增加）和负温度系数（温度升高特征参数值降低）；动态补偿设计即采用温度补偿的办法克服温度对器件特征参数的影响，如选用负温度系数的电容器来抵消正温度系数的电感器随温度的变化量，选用适当的电容器来抵消某些晶体管的参数漂移，还可采用反馈技术来补偿特征参数变化所带来的影响。81 动态设计 (5) 动态环境防护设计统计数据表明，导致电子产品参数变化的诸因素中，温度、湿度和老化占95%98%，而其中尤以温度的影响最为显著，约占60%70%。因此，在动态

　　41、环境防护设计中，应采取防止温度、湿度和老化对电子设备稳定性和可靠性影响的措施。对温度的防护可采用热设计方法，为器件的稳定可靠工作提供一个适宜的“微环境”；对湿度的防护可采取密封及三防工艺等措施；对于老化影响，除了控制库存和使用环境外，还应进行降额应用。 (6) 元器件的特征值稳定在出厂前应对电子元器件进行高温动态测试，目的是剔除那些特征参数值超过规定范围的元器件，并对正品元件通过烘烤而使其特征参数值稳定。82 冗余设计冗余设计又称余度设计或储备设计，是通过增加并联单元的数量把一个或几个替换通道安排在一个系统内来提高系统可靠性的设计方法。它主要用在系统内部完成关键任务的地方。只有当提高可靠性的其

　　42、他方法已经用尽，或当元器件及分系统的改进成本高于使用储备技术的成本时，冗余设计才是唯一有用的方法。冗余设计技术的主要类型：主动冗余：设备中的通道或部件发生故障时，不用外部电路的检测、判断及转换，设备能正常工作。包含并联，混合（串并、并串），表决；备用冗余：需要外部电路的检测、判断，并转换到另一备用通道或部件，设备才能正常工作。包含运转（热储备），非运转（冷储备）；功能冗余：当一个功能通道发生故障时，用另一功能通道代替，或一个功能通道局部发生故障时，并不影响整个功能通道正常工作。包含替代，余量83 三防设计在气候环境诸因素中，潮湿、盐雾和霉菌是最常遇到的破坏性因素。对这三方面的防护简称为“三防”

　　43、。1. 防潮设计采用密封机壳，内放干燥剂，或者采用充以干燥空气的密封循环系统以及在密封结构中安放加热装置等；对元器件进行防潮处理，如对变压器进行灌封，对元器件采用硅凝胶无壳灌封以及对某些防潮性能差的材料表面进行防潮憎水处理等；采用吸湿性小的材料和在湿热环境中性能稳定元器件；改善设备使用环境，如采用空调和安装加热、去湿装置等。84 三防设计2. 防霉设计霉菌对电子设备的直接危害是使其腐烂变质、材料性能劣化。霉菌大多数是蛋白质湿润体，可参与导电，从而造成依附材料表面漏电，绝缘电阻下降，介电损耗增大。其间接危害是霉菌代谢过程中产生酸性物质和其他离子物质，破坏了金属表面的电解平衡，引起对材料的间接侵蚀

　　44、。防霉措施主要有：控制环境条件，抑制霉菌的生长；采用防霉剂对零部件和整机进行处理；选用抗霉材料制造元器件或零部件。防霉剂的使用方法：混合法：把防霉剂和材料混合在一起，制成防霉漆或防霉材料；喷涂法：将防霉漆喷涂在零部件表面；浸渍法：用稀释防霉剂浸渍被处理零部件或材料。85 三防设计3. 防腐蚀设计金属材料最常用的防腐蚀方法是表面涂覆，就是在零部件表面涂覆一层金属或非金属覆盖层。表面按涂覆层的性质可分为三种类型：金属覆盖层：其本身应有良好的化学稳定性及某些物理性能，可采用电镀、化学镀、喷镀和热浸等方法获得此覆盖层，常用的覆盖层金属有锌、镉、铜、铬、镍、银等；化学覆盖层：用电化学方法在金属表面覆盖一层化合物膜，常用的表面处理方法有发蓝、磷化、钝化、氧化、阳极氧化等；涂料覆盖层：常用的涂料有油漆和塑料等，涂于零件表面后，使被涂表面与大气隔绝而起到保护和装饰作用。电子元器件和印制板“三防”处理常用的工艺有：浸渍、胶木化、敷形涂覆、灌封、裹复和端封等。

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