1.7 机械因素影响

电子设备在使用、运输和存放过程中，不可避免地会受到机械振动、冲击和其他形式的机械力作用，如果结构设计不当，就会导致产品的损坏或无法工作。

为了防止或减少振动与冲击对产品的影响，必须全面了解产品工作时周围的环境，正确地分析产品受振动和冲击的情况，正确设计减振缓冲系统，以保证产品的性能指标。

1.7.1 机械因素

电子设备在运输和使用过程中会受到干扰机械力的形式包括振动、冲击、离心力和机构运动所产生的摩擦力等。在电子设备工作的场所，这些对产品构成影响和干扰的机械力通常统称为产品的机械环境。根据机械环境对产品的作用性质，可将其分为4种类型。

（1）周期性振动

这是指机械力的周期性运动对产品产生的振动干扰，并引起产品作周期性往复运动。产生这一干扰的主要原因是运载工具的发动机振动，例如，汽车、舰船、飞机和导弹等发动机工作时产生的强烈振动；产品内部的电动机、风机和泵产生的振动等。表征周期性振动的主要参数有振动幅度和振动频率。

（2）非周期性干扰（碰撞和冲击）

这是指机械力做非周期性扰动对产品的作用，其特点是作用时间短暂，但加速度很大。根据对产品作用的频繁程度和强度大小，非周期性扰动力又可以分为：

① 碰撞。产品或元件在运输和使用过程中经常遇到的一种冲击力，例如，车辆在坑洼不平道路上的行驶、飞机的降落以及船舶的抛锚等。这种冲击作用的特点是次数较多，具有重复性，波形一般是正弦波。

② 冲击。产品或元件在运输和使用过程中遇到的非经常性的、非重复性的冲击力。例如，撞车或紧急刹车、舰船触礁、炸弹爆炸和产品跌落等，其特点是次数少，不经常遇到，但加速度大。例如，舰船在一般环境条件下受到的加速度冲击并不大，但在炸弹或鱼雷爆炸时，它受到的冲击加速度可达1000～5000g（g为重力加速度）。

表征碰撞和冲击的参数有波形、峰值加速度、碰撞或冲击的持续时间和碰撞次数等。

（3）离心加速度

这是指运载工具进行非直线运动时产品受到的加速度。例如，飞机在急剧转弯时，除受到振动和冲击等机械力的作用外，还受到离心加速度作用。一般地说，受离心力作用最大的是机载电子设备，而地面或水面一切移动产品都不超过它。

离心力所造成的破坏是严重的。如具有电接触点类的电器产品、继电器和开关等，当离心力作用方向恰好与电接触点的开、合方向一致时，若离心力大于电接触点间的接触压力，触点将自动脱开或闭合，将造成系统误动作、信号中断或电气线路断路等故障。

（4）随机振动

这是指机械力的无规则运动对电子产品产生的振动干扰。随机振动在数学分析上不能用确切的函数来表示，只能用概率和统计的方法来描述其规律。随机振动主要是外力的随机性引起的，例如，路面的凹凸不平使汽车产生随机振动，海浪使船舶产生随机振动和火箭点火时由于燃烧不均匀引起部件的随机振动等。

1.7.2 机械因素的危害

恶劣的机械环境将直接影响到电子产品的可靠性。为评价电子产品对机械环境的承受能力，通常是根据产品的使用场合，将作用于产品或系统的机械环境条件划分成不同的严酷程度对产品进行环境试验，以检查产品或系统在机械环境中可能出现的失灵、失效以及可靠性下降。

振动、冲击、碰撞、惯性力和离心力作用于电子产品时，将产生不良的影响，甚至产生严重的后果，主要表现在以下几个方面：

① 机械性损坏。对冲击来说，由于在很短时间内冲击能量转化为很强的冲击力，超过产品所能承受的强度极限，从而导致元、器件或结构件破坏。如电阻器和电容器引线断裂、印制电路板导线脱落、多层印制电路板分离、结构件开裂，以及玻璃和陶瓷等脆性材料断裂等；如电真空器件、阻容元件、螺钉和螺母等因振动造成的短路、断裂和松落等，使产品的电性能变化，工作失效。

② 电性能变化和工作点变化。如可变电容片因谐振使电容量变化、电感回路因磁芯移动而造成回路失谐、高频电路的导线因位移使电容量发生变化，以及因振动或谐振而产生机械噪声干扰电子产品正常工作等。

③ 电连接和电接触失效。由机械振动引起弹性零件变形，使电位器、波段开关和接插件等接触不良或完全开路；又如使电接触元件接触不良或失效，接插件从插座中跳出，接触器和继电器接触簧片抖动或误动作等。

④ 其他。腐蚀加重、涂覆层破坏、振动冲击使晶间腐蚀和应力腐蚀加重；金属件（特别是电镀金属中）的氢脆和内应力变化加剧，油漆涂覆层剥落，使腐蚀物落入其他零部件而引起电性能变化等。

实践证明，电子产品由于振动而引起的损坏大大超过冲击所引起的损坏，而惯性力和离心力引起的损坏只有在特殊的情况下才产生。在上述机械因素的影响下，从电子产品的失效和损坏类型来看，统计资料表明：阻容元件损坏占50%以上；电真空件损坏占20%；紧固件连接的松脱约占11%；电连接失效占11%左右。为此，在结构设计和装配工艺上应采用有效的减振和缓冲措施，以提高产品工作的可靠性。

关于振动和冲击的隔离见第5章的相关内容。