臺灣博碩士論文加值系統

攜帶式電子裝置如汽車CD音響、行動電話、筆記型電腦…等，因環境之外在應力如振動、衝擊等之影響時時存在，故多有抗振設計。其抗振效果之良窳，直接影響產品之品質及可靠度。而電子產品內之抗振動元件主要為彈簧及阻尼所組成。因此，本研究設計由不同彈簧及阻尼所組成之抗振系統，探討其抗振效果之差異。為精確掌握其中之彈簧的彈性係數及阻尼系統之阻尼比，研究先以實驗方式測得此兩參數，再由不同之彈簧及阻尼系統之組合，分析出不同之抗振系統特性。為評估其抗振效果，首先量測出各抗振系統之結構自然頻率，再由衝擊實驗測得各系統於不同衝擊頻率下之加速度響應值。依此衝擊響應據以探討抗振系統之自然頻率與阻尼值比對抗振系統在受衝擊下加速度響應值之影響。由衝擊響應圖顯示，衝擊加速度主要是取決於抗振系統之結構自然頻率，結構自然頻率與輸入衝擊波頻率之比值愈接近1，其加速度比值也愈大。此外，阻尼對降低外力衝擊效應並無顯著效果，但對一次衝擊後，衝擊能量之吸收卻有極佳之助益。最後，本研究之量測與試驗方式亦運用於實際之車用音響，對其抗振設計進行效果研究，驗證了本設計載具之實用性。因此，本研究之系統，將可廣為應用於類似之電子裝置的抗振設計。

Most of the portable electronic products, such as the automobile compact disk player, mobile phone and notebook computer…etc., all are subjected to external vibrations and shock excitations inevitably. It is then always equipped with the shock and vibration resistant design on these products. The performance of the shock-resistant design directly dominates the quality and reliability of the products. However, the spring and damper are the major components in the anti-shock design of these kinds of electronic products. Therefore, in this study, a general purpose design carrier is developed for investigating the shock resistant effects with various combinations of the spring and damper.

The spring constants and the damping ratios are measured firstly and some of the design groups with these spring and dampers are tested for their performance. The natural frequencies of the system are measured before the test. It is then checked in the shock test for the responses under shock pulses of different frequencies. The results indicate that the structural frequency dominates the shock response of the system. If the frequency is close to the input frequency of the shock pulse, the most severe response will be observed. Besides, the damper has not have much effect in reducing the magnitude of shock response but it does help in suppressing the shock response within a limited short time.

Finally, a real automobile compact disk player is tested to check the effect of its shock-resistant design through the developed method. It reveals that the results are consistent with those of the developed system. It is believed that the developed shock-resistant carrier has practical application value in the anti-shock design electronic products.

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號說明 XIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目標與方法 3
第二章 理論背景 6
2.1基本振動元件─線性彈簧元件 ( Linear Spring ) 6
2.2基本振動元件─線性阻尼元件 ( Linear Damper) 7
2.3單自由度無阻尼系統自由振動分析 10
2.4單自由度質塊-彈簧-阻尼系統 11
2.5自由振動分析 11
2.6電子裝置受衝擊的影響 15
2.7衝擊的分析 15
2.8掉落衝擊試驗的半正弦衝擊波 18
2.9單自由度系統在衝擊波下的響應 19
第三章 實驗方法與步驟 20
3.1 實驗流程 20
3.2 實驗模組 21
3.3 實驗儀器與設備 27
3.3.1 衝擊試驗機 27
3.3.2 加速規 28
3.3.3 頻譜儀 28
3.3.4 微拉力試驗機 29
3.4實驗步驟 30
3.4.1 彈簧係數的量測 30
3.4.2自然頻率的量測 31
3.4.3阻尼比的量測 31
3.4.4 衝擊加速度的量測 32
第四章 實驗模組的測試 33
4.1 模組彈簧系統彈性係數量測 33
4.2 模組量測阻尼系統阻尼比量測 38
4.3 模組結構自然頻率量測量測 40
4.4 模組衝擊加速度量測 42
4.5 輸入衝擊波頻率的量測與計算 44
4.6 不同模組於相同衝擊條件的衝擊響應 46
4.7 不同衝擊條件各模組的衝擊響應 47
4.8 具阻尼系統之各模組的衝擊響應 60
第五章 汽車CD音響實物的實驗 62
5.1 汽車CD音響抗衝擊抗振動結構 60
5.2 汽車CD音響自然頻率的量測 61
5.3 汽車CD音響阻尼比的量測 62
5.4 汽車CD音響衝擊值的量測 63
第六章 實驗結果與分析 71
6.1 相同彈簧係數與阻尼比量測點不同的衝擊試驗 71
6.2相同彈性係數的衝擊試驗 75
6.3阻尼值對衝擊響應值之影響 78
6.4抗振模組與汽車CD音響實驗結果之驗証與設計建議 79
第七章 結論與未來展望 81
參考文獻 82

表目錄
表4.1第一組彈簧實驗數據整理表 35
表4.2第二組彈簧實驗數據整理表 35
表4.3第三組彈簧實驗整理表 35
表4.4第四組彈簧實驗整理表 35
表4.5第二組4條彈簧組並聯實驗數據整理表 36
表4.6彈簧組並聯實驗與理論等效K值整理表 37
表4.7各阻尼液的阻尼比 ( Damping Ratio ) 39
表4.8模組彈性係數與結構自然頻率整理表 41
表4.9模組輸出之加速度與頻率和輸入之加速度與頻率比值整理表 52
表4.10阻尼比RC0.369之模組加速度及頻率比值整理表 56
















圖目錄
圖1.1 研究步驟流程圖 5
圖2.1 並聯彈簧圖 6
圖2.2 串聯彈簧圖 7
圖2.3 黏滯阻尼之衰減圖 8
圖2.4 遲滯阻尼關係圖 9
圖2.5 庫倫阻尼系統之位移曲線圖 10
圖2.6 單自由度無阻尼系統位移響應曲線圖 10
圖2.7 單自由度質塊-彈簧-阻尼系統圖 11
圖2.8 典型之過阻尼系統之位移響應圖 12
圖2.9 典型之臨界阻尼系統之位移響應圖 13
圖2.10 次阻尼系統位移響應之解析圖 14
圖2.11 典型之次阻尼系統之位移曲線圖 14
圖2.12 單自由度、雙自由度質塊彈簧阻尼系統圖 16
圖2.13脈衝波的形式圖 17
圖2.14 單一自由度衝擊波之動態特性圖 18
圖2.15典型之半正弦衝擊波 19
圖2.16不同阻尼比的半正弦衝擊波響應圖 19
圖3.1 振動系統圖 21
圖3.2 初始模組設計 22
圖3.3 初始模組剖面圖 22
圖3.4 初始模組實體圖 23
圖3.5 新模組設計圖 24
圖3.6 新模組實體圖 24
圖3.7 可變阻尼零件圖 25
圖3.8 阻尼器剖面圖 25
圖3.9 新模組剖面圖 26
圖3.10 模組零件圖 26
圖3.11 衝擊試驗機 27
圖3.12 加速規 28
圖3.13 頻譜儀 29
圖3.14 微拉力試驗機 29
圖4.1量測彈簧彈性係數設置圖 33
圖4.2液體三( L孔)之曲線嵌合圖 ( Curve Fitting ) 39
圖4.3量測模組自然頻率設置圖 40
圖4.4衝擊試驗擺置及量測結果圖 42
圖4.5彈性係數K5.03無阻尼系統的4次衝擊加速度圖 43
圖4.6衝擊加速度平均圖 43
圖4.7衝擊試驗機底座各種不同衝擊膠塊擺置圖 44
圖4.8 K7.55模組150mm衝擊加速度圖 45
圖4.9 K7.55、K11.26、K15.03模組150mm衝擊加速度圖 46
圖4.10等效K值3.31模組之衝擊擺置及結果圖 48
圖4.11等效K值1.38 模組之衝擊擺置及結果圖 49
圖4.12等效K值5.04 模組之衝擊擺置及結果圖 49
圖4.13等效K值5.48 模組之衝擊擺置及結果圖 50
圖4.14 K4.59、K3.12、K0.89不同模組50mm之衝擊反應比較圖 51
圖4.15無阻尼系統之衝擊反應比例圖 52
圖4.16 K11.26模組3組不同阻尼比之衝擊反應圖 53
圖4.17 K5.56模組3組不同阻尼比之衝擊反應圖 54
圖4.18阻尼比Rc0.369不同3組模組之衝擊反應圖 55
圖4.19阻尼比Rc0.369阻尼系統之衝擊反應比例圖 57
圖4.20阻尼比Rc0.124至Rc0.159阻尼系統之衝擊反應比例圖 58
圖4.21阻尼比Rc0.196至Rc0.248阻尼系統之衝擊反應比例圖 58
圖4.22阻尼比Rc0.369至Rc0.392阻尼系統之衝擊反應比例圖 59
圖5.1 汽車CD音響抗衝擊抗振動結構圖 60
圖5.2 量测汽車CD音響自然頻率設置圖 61
圖5.3 汽車CD音響阻尼系統曲線崁合圖 62
圖5.4 量測汽車CD音響衝擊值設置圖 63
圖5.5 汽車CD音響4次衝擊加速度圖 64
圖5.6 汽車CD音響衝擊加速度平均圖 65
圖5.7 底座擺置4顆長型綠色膠塊15mm之衝擊波圖 66
圖5.8 底座擺置3顆長型紅色膠塊15mm之衝擊波圖 67
圖5.9 底座擺置3顆大半圓型白色膠塊25mm之衝擊波圖 67
圖5.10底座擺置4顆小半圓型白色膠塊25mm之衝擊波圖 68
圖5.11底座擺置3顆大半圓型白色膠塊15mm之衝擊波圖 68
圖5.12底座擺置4顆小半圓型白色膠塊15mm之衝擊波圖 69
圖5.13汽車CD音響Amplification / Frequency圖 70
圖6.1 測試點示意圖 71
圖6.2 測試點1、2、3、4之衝擊加速度圖 72
圖6.3 測試點5、6、7、8之衝擊加速度圖 73
圖6.4 測試點9之衝擊加速度圖 74
圖6.5 測試點1、5、9之衝擊加速度比較圖 75
圖6.6 等效K值相同彈簧位置不同之A、B組擺設圖 76
圖6.7 相同等效K值衝擊加速度比較圖 76
圖6.8 等效K值相同彈簧位置不同測試點相同之A、B組擺設圖 77
圖6.9 等效K值相同彈簧位置不同測試點相同之衝擊反應圖 78
圖6.10 K11.26模組不同阻尼比之衝擊加速度比較圖 79
圖6.11實驗模組與音響實物實驗結果比較圖 80

1.D. S. Steinberg, “Vibration Analysis for Electronic Equipment”, John Wiley & Sons, New York, 1988.
2.E. Suhir, “Nonlinear Dynamic Response of a Printed Circuit Board to Shock Loads Applied to its Supported Contour”, Transactions of ASME: Journal of Electronic Packaging, Vol.114, December 1992.
3.S. E. Randall, D. M. Halsted and D. L. Taylor, “Optimum Vibration Absorbers for Linear Damped System”, Transaction of the ASME: Journal of Mechanical Design, Vol.103, pp.908-913, October 1981.
4.丁文鏡，“減振理論”，清華大學出版社，北京，1988。
5.許文茂，“如何運用吸振器改善機械振動”，機械工業雜誌，pp.160-180，1991。
6.E. Suhir, “Maximum Displacement and Maximum Acceleration of a One-Degree-of-Freedom Linear System During Drop Tests: Effect of Viscous Damping”, International Technical Memorandum, March 1993.
7.E. Suhir, “Shock-Excited Vibrations of a Conservative Duffing Oscillator with Application to Shock Protection in Portable Electronics”, International Journal Solids Structures, Vol.33, No.24, pp.3627-3642, 1996.
8.T. L. Wong, K. K. Stevens and G. Wang, “Experimental Modal Analysis and Dynamic Response with Surface Mount Electronic Component”, Journal of Electronic Packaging, Vol. 113, pp.244-249, 1991.
9.R. F. Kelyie and K. J. Falter, “Guidelines for the Use of Approximations in Shock Response Analysis of Electronic Assemblies”, Transactions of ASME: Journal of Electronic Packaging, Vol.115, pp.124-130, March 1993.
10.黃鐳迪，“薄殼產品落地試驗之研究”，私立中原大學，機械工程研究所博士論文，2003。
11.藍先進，“電路板衝擊試驗與有限元素模擬分析”，私立元智大學，機械工程研究所碩士論文，2004。
12.王栢村，“振動學”，全華科技圖書股份有限公司，台北，2002。
13.邱昭智， “以單轉子模式分析高速主軸系統特性與氣浮軸承參數之鑑別研究”，私立元智大學，機械工程研究所碩士論文，2003。
14.林國基，“應用機械振動學”，曉園出版社，台北，1984。
15.M. L. Tsai, “Test Severity Studies Between Free Fall Drop Table Shock and Shaker Shock”, Proceeding of the 3rd R.O.C. Symposium on R & M, 1999.
16.雷添壽、黃廷合，“機械工程實驗(一)”，全華圖書出版社，台北，1992。
17.C. M. Harris, “Shock and Vibration Handbook”, McGraw Hill, New York, 1987.
18.黃忠良，“衝擊工學”，復漢出版社，台南，1989。
19.吳三靈，“實用振動試驗技術”，兵器工業出版社，北京，1993。
20.S. J. Ham and S. B. Lee, “Experimental Study for Reliability of Electronic Packaging under Vibration”, Experimental Mechanics, Vol.36, No.4, pp339-344, 1996.
21.史波池，“機械設計”，高立出版社，台北，2002。
22.林奕男，“懸臂樑結構尺寸與自然頻率及阻尼比關係之研究”，國立中興大學，機械工程研究所碩士論文，2004。
23.C. T. Sun and Y. P. Lu, “Vibration Damping of Structural Elements”, Prentice Hall, New Jersey, 1995.
24.H. W. Markstein, “Designing Electronics for High Vibration and Shock”, Electronic Packaging and Production, pp.40-43, April 1987.
25.李方澤、劉馥清、王 正，“工程振動測試與分析”，高等教育出版社，北京，1992。
26.楊裕州，“電路板上PBGA元件之振動疲勞壽命試驗與可靠度分析”，私立元智大學，機械工程研究所碩士論文，2003。
27.戴璟信， “汽車導航系統儲存裝置抗振性之分析”，私立輔仁大學，電子工程研究所碩士論文，2004。
28.入江敏博，賴耿陽(譯)，“機械振動學概論”，復漢出版社，台南，1982。
29.林浩妃，“液晶顯示面板振動行為之探討”，國立清華大學，動力機械工程研究所碩士論文，2002。
30.林銘威、林家宇、胡傑翔、韓昌穆，“電子裝置抗振動設計之載具製作與分析”，私立元智大學，機械工程學系專題報告，2006。
31.陳永昌，“剛性彈體正向撞擊力之量測”，國立台灣大學，應力研究所碩士論文，1991。