《電子設(shè)備振動分析(第3版)》內(nèi)容簡介:電子設(shè)備現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)表明,其使用故障大都表現(xiàn)為由振動和沖擊應(yīng)力引起的機(jī)械故障!峨娮釉O(shè)備振動分析(第3版)》首先分析了振動、沖擊和聲噪聲載荷對電子設(shè)備結(jié)構(gòu)要素,特別是PCB的動態(tài)影響,繼而介紹了延長PCB疲勞壽命的倍頻程規(guī)則、緩沖和阻尼特性,闡述了電子設(shè)備的耐振動、沖擊設(shè)計技術(shù),特別是電子機(jī)箱的設(shè)計技術(shù)。分析了制造方法對設(shè)備可靠性的影響,以及振動夾具設(shè)計對振動試驗特性的影響。最后介紹了環(huán)境應(yīng)力篩選技術(shù)在提高電子設(shè)備可靠性特性中的應(yīng)用。
《電子設(shè)備振動分析(第3版)》內(nèi)容深入淺出,點(diǎn)面結(jié)合,其設(shè)計方法的基本應(yīng)用范例很多,工程實(shí)用性很強(qiáng),既可作為高等院校的教學(xué)參老書又可供廣大工程技術(shù)人員作為設(shè)計參考的工具書。
作者:(美國)戴夫•S.斯坦伯格(Dave S.Steinberg) 譯者:王建剛
符號表
第1章引言
1.1振動源
1.2定義
1.3振動表達(dá)式
1.4自由度
1.5振動方式
1.6振動節(jié)點(diǎn)
1.7耦合方式
1.8緊固件
1.9飛機(jī)和導(dǎo)彈用電子設(shè)備
1.10艦船和潛艇用電子設(shè)備
1.11汽車、卡車和牽引車用電子設(shè)備
1.12石油勘探用電子設(shè)備
1.13計算機(jī)、通信和娛樂用電子設(shè)備
第2章簡單電子系統(tǒng)的振動
2.1無阻尼單彈簧——質(zhì)量系統(tǒng)
例題:懸臂梁的固有頻率
2.2單自由度扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)
例題:扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的固有頻率
2.3串聯(lián)彈簧和并聯(lián)彈簧
例題:彈簧系統(tǒng)的諧振頻率
2.4頻率和加速度與位移的關(guān)系
例題:粱的固有頻率應(yīng)力
2.5有黏滯阻尼的強(qiáng)迫振動
2.6傳輸率作為頻率的函數(shù)
例題:建立諧振頻率與動態(tài)位移的關(guān)系式
2.7無阻尼多彈簧——質(zhì)量系統(tǒng)
例題:系統(tǒng)的諧振頻率
第3章元件引線和焊點(diǎn)的振動疲勞壽命
3.1引言
3.2安裝在PCB上的元件的振動問題
例題:TO——5晶體管引線的振動疲勞壽命
3.3TO——5晶體管焊點(diǎn)的振動疲勞壽命
3.4引線振動問題的建議
3.5振動期間變壓器內(nèi)采用動態(tài)力驅(qū)動式的引線
例題:變壓器引線中的動態(tài)力和疲勞壽命
3.6PCB和元件產(chǎn)生的引線應(yīng)變之問的相對位移
例題:PCB位移時可靠性的多種影響
第4章電子部件的梁結(jié)構(gòu)
4.1勻質(zhì)粱的固有頻率
例題:梁的固有頻率
4.2非均勻橫截面
例題:帶有非均勻截面箱體的固有頻率
4.3復(fù)合梁
第5章排架、框架和圓弧狀元件引線
5.1裝在電路板上的電子元件
5.2有側(cè)向栽荷和鉸接端的排架
5.3應(yīng)變能——有鉸接端的排架
5.4應(yīng)變能——有固定端的排架
5.5應(yīng)變能——有鉸接端的圓弧
5.6應(yīng)變能——有固定端的圓弧
5.7應(yīng)變能——消除引線應(yīng)變的圓弧
例題:增加引線的橫偏繞曲來提高疲勞壽命
第6章印制電路板與平板
6.1不同類型的印制電路板
6.2電路板邊緣條件的變化
6.3印制電路板傳輸率的估算
6.4利用三角級數(shù)估算固有頻率
6.5利用多項式級數(shù)估算固有頻率
例題:印制電路板的諧振頻率
6.6瑞利法導(dǎo)出固有頻率方程
6.7電路板中的動態(tài)應(yīng)力
例題:PCB中的振動應(yīng)力
6.8印制電路板上的加強(qiáng)肋
6.9用螺釘固定到電路板上的加強(qiáng)肋
6.10在兩個方向有加強(qiáng)肋的印制電路板
6.11用肋加固平板和電路板的正確應(yīng)用
6.12快速估算電路板要求的肋間距的方法
6.13有不同支撐的不同形狀PCB的固有頻率
例題:帶三點(diǎn)支撐的三角形PCB的固有頻率
第7章用以延長PCB的疲勞壽命的倍頻程準(zhǔn)則、緩沖和阻尼
7.1PCB與其支撐結(jié)構(gòu)之間的動態(tài)耦合
7.2松動的邊緣導(dǎo)向件對插入式PCB的影響
7.3對倍頻程準(zhǔn)則的動態(tài)計算機(jī)研究的描述
7.4前向倍頻程準(zhǔn)則的反復(fù)應(yīng)用
7.5反向倍頻程準(zhǔn)則必須具有輕量的PCB
例題:裝有繼電器的PCB的振動問題
7.6建議的繼電器的糾正措施
7.7使用減振器減小PCB的位移和應(yīng)力
例題:增加減振器以提高PCB的可靠性
7.8使用阻尼控制PCB的傳輸率
7.9材料的阻尼特性
7.10使用黏彈性材料的約束分層阻尼
7.11為何PCB上的加固肋常常比阻尼更好
7.12具有PCB黏彈性阻尼器的問題
第8章電子設(shè)備正弦振動故障預(yù)防
8.1引言
8.2振動疲勞壽命估算
例題:電子系統(tǒng)的鑒定試驗
8.3電子元件引線應(yīng)力消除
8.4為正弦振動環(huán)境設(shè)計的PCB
例題:確定PCB的理想諧振頻率
8.5器件位置和布局對PCB壽命的影響
8.6楔形壓板對PCB諧振頻率的影響
例題:有邊緣楔形壓板的PCB的諧振頻率
8.7松動的PCB邊緣導(dǎo)向件的影響
例題:有松動的邊緣導(dǎo)向件的PCB的諧振頻率
8.8過諧振點(diǎn)的正弦掃頻
例題:正弦掃描期間累積的疲勞循環(huán)數(shù)
第9章電子設(shè)備隨機(jī)振動設(shè)計
9.1引言
9.2隨機(jī)振動中的基本故障模式
9.3隨機(jī)振動的特性
9.4正弦振動和隨機(jī)振動之間的差異
9.5隨機(jī)振動輸入曲線
例題:確定輸入均方根加速度水平
9.6隨機(jī)振動單位
9.7隨機(jī)振動輸入曲線的形狀
例題:求取傾斜PSD曲線的輸入RMS加速度
9.8分貝數(shù)與斜率之間的關(guān)系
9.9求取PSD曲線下面積的積分方法
9.10求取PSD曲線上的各點(diǎn)
例題:求取PSD值
9.11利用基本對數(shù)求取PSD曲線上的各點(diǎn)
9.12概率分布函數(shù)
9.13高斯(正態(tài))分布曲線
9.14利用三段技術(shù)確定隨機(jī)振動故障的關(guān)系
9.15瑞利分布函數(shù)
9.16單自由度系統(tǒng)對隨機(jī)振動的響應(yīng)
例題:隨機(jī)振動疲勞壽命估計
9.17PCB對隨機(jī)振動的響應(yīng)
9.18PCB的隨機(jī)振動環(huán)境設(shè)計
例題:求取PCB諧振頻率的希望值
9.19相對運(yùn)動對器件疲勞壽命的影響
例題:器件疲勞壽命
9.20考慮輸入PSD而不考慮輸入RMS加速度的原因
9.21連接器磨損和表面摩擦腐蝕
例題:確定連接器的近似疲勞壽命
9.22多自由度系統(tǒng)
9.23隨機(jī)振動的倍頻程規(guī)則
例題:機(jī)箱和:PCB對隨機(jī)振動的響應(yīng)
例題:電子機(jī)箱的動態(tài)分析
9.24確定正零交越數(shù)
例題:確定正零交越數(shù)
第10章電子設(shè)備的聲噪聲效應(yīng)
10.1引言
例題:確定聲壓級
10.2電子設(shè)備中的麥克風(fēng)效應(yīng)
10.3聲噪聲試驗的發(fā)生方法
10.41/3倍頻程帶寬
10.5確定聲壓譜密度
10.6對聲噪聲激勵的聲壓響應(yīng)
例題:暴露于聲噪聲中的薄金屬面板的疲勞壽命
10.7確定聲加速度譜密度
例題:聲噪聲分析的替代方法
……
第11章電子設(shè)備沖擊環(huán)境設(shè)計
第12章電子機(jī)箱的設(shè)計與分析
第13章制造方式對電子設(shè)備可靠性的影響
第14章振動夾具和振動試驗
第15章電子設(shè)備的環(huán)境應(yīng)力篩選
參考文獻(xiàn)
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3.1 引言
有各種各樣的類型、尺寸和材料的電子元件可用于有引線和無引線的安裝,以及用于通孔安裝和表面貼裝。這些元件大多數(shù)將最終裝在印制電路板上,包括從攝像機(jī)和洗衣機(jī)到電話和航天飛機(jī)的每一種電子設(shè)備中。有些類型的電子設(shè)備將用于具有很安靜的環(huán)境的、帶空調(diào)的家庭和辦公室。而其他設(shè)備將用于具有較高振動和沖擊的軍用大綱。電子設(shè)備是否正在工作,或者在實(shí)現(xiàn)什么樣的功能,或者設(shè)備如何使用并不重要——在所有情況下,買主或用戶想的是價廉、可靠,設(shè)備的部件易于使用更為重要。它們有時在用有時不用。運(yùn)氣似乎常常在電子產(chǎn)品的質(zhì)量中起主要作用。運(yùn)氣好的話它們可維持好多年,運(yùn)氣差的話它們只能維持幾周。令人滿意的話買主會是一個再次光顧的買主。一個優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品常常會吸引回頭客,即使產(chǎn)品的價錢稍稍高于其他競爭者。
大多數(shù)電子線路故障在本質(zhì)上是機(jī)械故障。這些機(jī)械故障有許多發(fā)生在元件引線和焊點(diǎn)中。多年來大量軍用試驗和經(jīng)驗已經(jīng)證明:大約有80%的機(jī)電故障是由某些類型的熱條件引起的,而約20%的故障是由某些類型的振動和沖擊引起的。本章致力于調(diào)查和評價正弦振動,以及它對不同類型的元件和印制電路板(PCB)上的電氣引線和焊點(diǎn)的疲勞影響。
3.2 安裝在PCB上的元件的振動問題
電子元件通常是使用焊料連接到PCB上的?梢允褂玫牟煌倪B接方法包括浸焊、波峰焊和紅外、蒸汽箱、烤箱焊,甚至還有手工焊。共熔焊料是63%的錫和37%的鉛的混合物。它具有約183℃的熔解溫度。用于通孔器件的波峰焊使用大約230℃的焊接溫度,以在帶引線的電鍍通孔中獲得正確的毛細(xì)作用。大多數(shù)半導(dǎo)體電子元件的額定溫度低于200qc左右。而某些類型的電容的額定溫度只有85%的環(huán)境溫度。當(dāng)這些元件用波峰焊焊接到PCB上時,來自焊料的熱量可能從金屬引線直接導(dǎo)人硅半導(dǎo)體芯片,導(dǎo)致它們出現(xiàn)故障。解決這一問題的方法常常是抬高元件在PCB上的高度。較長的引線會增加熱流通道到溫度敏感芯片的長度。這就增加了熱阻,這樣到芯片的溫升就降低了。這樣,熱問題是解決了,但它又引起了下文所述的振動問題。
例題:TO-5晶體管引線的振動疲勞壽命
TO-5晶體管裝在0.25in高的塑料套管上后再裝在PCB的上面。高安裝的目的是要降低波峰焊接操作期間導(dǎo)入三根引線的過多的熱量,這種熱量會引起晶體管中的電氣故障。較長的引線降低了溫升,從而解決了熱問題。但這樣高的晶體管引線能夠在高達(dá)2000Hz的頻率上經(jīng)受30min的4.0G峰值正弦振動的定頻鑒定試驗要求而完好嗎?
解:尋找晶體管的響應(yīng)和引線的疲勞壽命。