振动环境下轨迹球故障问题分析和解决措施_压电振动问题解决思路
振动环境下轨迹球故障问题分析和解决措施由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“压电振动问题解决思路”。
振动环境下轨迹球故障问题分析和解决措施
陈祖豪
（中国电子科技集团公司第三十二研究所，上海）
摘要：本文针对长时间振动试验中轨迹球出现的故障，从计算机系统的连接关系和轨迹球的工作原理等方面进行了详细分析，定位了故障点，根据轨迹球的结构特点，画出了故障树，采用各种测试方法，找出了故障原因，提出了整改办法和措施，有效解决了问题。
关键词：振动试验
轨迹球
Analysis and solution of the problem of trackball fault in vibration
environment
CHEN Zu-hao
（THE 32ND RESEARCH INSTITUTE OF CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION，SHANGHAI）
Abstract： This paper is aimed at the fault of the trackball in the long time vibration test ,From the detailed analysis of the connection of the computer system and the working principle of the trackball , the fault point is located.According to the structural characteristics of the trackball, the fault tree is drawn.The cause of the failure is found out by various testing methods.The rectification measures have been put forward to solve the problem effectively.Keywords：vibration test
trackball
一、引言
计算机系统显控台在进行可靠性振动试验中的第四个循环（88小时）时，发现系统出现操作故障，现象为操作滚动轨迹球时，显示屏上的光标没有跟随移动，但轨迹球左、中、右按键可以正常操作。使用USB鼠标代替轨迹球对显控台进行操作，显控台可以正常工作，因此判定为轨迹球故障。为了分析故障原因，我们从键盘上拆下轨迹球，通过各种分析、测试的方法找出了故障原因，采取整改措施，有效解决了问题。
二、问题分析
键盘轨迹球与计算机的连接关系如图1所示。计算机外电缆 1键盘部分内电缆 2.1轨迹球内电缆 按键2.2轨迹球部分 键盘轨迹球图1 键盘轨迹球与计算机的连接关系示意图
其中轨迹球由机械传动和电路控制板两部分组成，机械传动部分如图2所示。
转轴轴承光栅壳体球体
图2 轨迹球机械传动部分组成图
当用手滚动球体时，球体带动转轴转动，进而带动转轴末端的光栅旋转。光栅位于电路板的发光二极管和感光器的中间位置（如图3所示）。当转轴带动光栅旋转时，导致二极管发出的光束不断被遮挡，因此感光器可以接收到光线脉冲。电路控制板上的处理器芯片读取来自发光二极管和感光器的脉冲信号并将其转换为计算机可以识别的数据，然后通过线缆把数据发送给计算机，计算机做出响应，在显示屏上显示光标位移。
图3 光栅和发光二极管/感光器示意图
根据轨迹球的构造及工作原理，可以得出轨迹球故障的故障树如图4所示。
轨迹球光标无法移动A 轨迹球电路控制板故障B 轨迹球机械传动部分故障 图4 轨迹球光标无法移动故障树
根据轨迹球的工作原理进行分析，造成光标无法移动的原因有以下几个： a)轨迹球电路控制板故障，导致无法读取或处理光标移动信息； b)轨迹球机械传动部分故障，导致光栅不能正常旋转。
拆开存在故障的轨迹球进行观察分析，发现轨迹球内部存在大量的“粉末”（如图5所示）。“粉末”主要分布在轴承周围，并且有一部分已经散落到电路板的发光二极管和感光器上（如图6所示）。而在正常情况下，轨迹球内部是不应该出现“粉末”的。
图5 轨迹球内部存在大量“粉末”
图6
散落到电路板发光二极管和感光器上的“粉末”
我们按照正常的操作方法，滚动轨迹球的球体，发现此时光滑的球体无法带动转轴转动，导致光栅也没有旋转，而用手指直接转动转轴可以使光栅旋转，但显示屏上的光标还是不动；清除了发光二极管和感光器上的粉末，再用手指转动转轴进行操作，光标可以正常移动。通过上述的操作结果证明轨迹球的电路控制板是正常的，只是由于机械传动部分中的转轴没有正常转动导致的故障现象。由此可以排除故障树中的原因A，同时可以确认故障树中原因B是造成光标无法移动的主要原因。
与正常的轨迹球进行对比，发现故障轨迹球旋转转轴需要的力量明显要大于正常的轨迹球，经过分析认为是由于“粉末”渗入到转轴与轴承之间，与轴承润滑油混合在一起成泥状胶体，使轴承的摩擦力变大，导致操作滚动轨迹球的球体时，光滑的球体无法带动转轴转动，进而导致出现光标无法移动的故障。在使用酒精清除转轴与轴承间的“粉末”后，轨迹球即恢复正常功能，光标可以正常移动。
在对“粉末”的成分和塑料壳体成分进行红外光谱对比分析后，形成如图7所示的对比图，其中红色线代表的是塑料壳体的材料成分，蓝色线代表的是粉末的材料成分，从图中可以看到除了箭头所指位置外两条线的重合度非常好，说明两种材料的成分是一致的；证明粉末的成分与轨迹球的塑料壳体相同；经过仔细观察，可以发现轨迹球的壳体与轴承接触面上有明显的摩擦痕迹，说明“粉末”是由轴承从轨迹球的壳体上摩擦下来的。而箭头所指部位经过分析认为表示的是粉末中混合的轴承润滑油成分。
红色线代表壳体材料的成分蓝色线代表粉末材料的成分
图7 红外光谱分析成分对比曲线
我们分析轨迹球的内部构造，发现轨迹球内的轴承在垂直方向上，存在着较大的活动空间（如图8所示）。当进行垂直方向的振动时，轴承会在轨迹球壳体内上下跳动，与轨迹球的壳体反复摩擦；轴承是金属材质，而轨迹球壳体是ABS塑料材质，在可靠性试验中，由于存在长时间的振动应力，轴承会从轨迹球壳体上摩擦下许多细小的壳体粉末，这些粉末渗入转轴与轴承之间，与轴承润滑油混合在一起成泥状胶体，使其内部摩擦力变大，进而造成操作轨迹球时，光滑的球体无法带动转轴与光栅旋转，使得电路控制板上的发光二极管和感光器就无法获得球体的移动信息，便会出现计算机显示屏上光标无法移动的故障。
摩擦下的粉末除了会进入轴承与转轴之间使轴承的摩擦力变大之外，粉末还会向下掉落到电路控制板上，由于电路控制板上的发光二极管和感光器刚好位于轴承附近的下方，使得发光二极管和感光器上堆积了较多粉末（如图6所示）；这些粉末覆盖在发光二极管的发光区和感光器的感光区上，使得光栅在旋转时，感光器不能正常地接收到发光二极管发出的红外线，因此便不能正常的判断光栅是否旋转。当清理掉发光二极管和感光器上的粉末后，发光二极管和感光器可以正常的发出和接收红外线信息，因此电路控制板便可以恢复正常工作。
轴承滚轴轨迹球壳体光栅发光二极管/感光器电路板
图8 轴承在轨迹球内垂直方向上存在较大活动空间示意图
三、解决措施
根据上述分析结果，为了避免在振动过程中因为轴承的移动而与轨迹球的壳体摩擦产生粉末，我们采取了对轴承外圈进行加固的措施，首先设计加工专用的“卡块”安装在轴承上部（如图9所示）。加工的“卡块”采用金属材质，大小与轴承与轨迹球壳体之间的空隙基本一致（如图10所示），安装时顺着轨迹球壳体中原有的凹槽插入，刚好可以将轴承外圈卡住，同时在“卡块”的侧部设计了凸出的挂钩在左右方向上固定轴承外圈；然后用耐高、低温的硅胶将轴承外圈、“卡块”和轨迹球壳体三者粘牢；由于轨迹球的上盖板并不平整，“卡块”无法与上盖板完全接触，因此在“卡块”与上盖板之间增加一片橡胶垫片并压实，以确保“卡块”不会移位。
上述对轴承的固定措施，主要是对轨迹球内原先造成轴承振动的空隙进行填充加固，并不涉及到轨迹球的其他部件，因此不会对轨迹球的功能造成影响。
图9 加工的“卡块”与安装位置
卡块与上盖板间增加“橡胶垫片”卡块轴承在缝隙中间填充硅胶固定轨迹球壳体
图10 增加“卡块”后的剖面示意图
通过上述措施，有效保证了在进行振动试验时，轨迹球内的轴承不会上下移动，因而杜绝了粉尘产生的可能。将采取加固措施处理后的轨迹球重新安装到显控台上进行可靠性试验，首先进行了1个循环的摸底测试，测试通过后开始正式试验。经过11个循环的测试，键盘轨迹球工作正常，试验结束后打开轨迹球进行观察，轨迹球内无粉末产生，证明措施有效，问题解决。
四、结束语
本文对振动环境下轨迹球出现的故障通过分析定位，机理分析和采取有效措施，解决了问题。随着商用计算机及外部设备在车载和机载环境上的应用越来越广，抗振加固的需求也会越来越多，希望本文在商用计算机及外部设备抗振加固措施方面能有一定的参考作用。
作者简介：陈祖豪
男，本科，高级工程师，中国电子科技集团公司第三十二研究所，研究方向：抗恶劣环境计算机及外部设备结构设计和制造工艺技术，邮编：201808，上海市嘉定区澄浏公路63号
联系电话：***
参考文献：
[1]GJB 150.16A—2009 军用装备实验室环境方法第16部分 振动试验[S][2] GJBZ 768A-1998 故障树分析指南 [3] [4] [5]
存在的问题及分析解决措施公司GMP管理部成立于2015年03月，4月1日正运行开展部门相关工作，现针对本部门以及公司发现存在的问题以及分析解决措施列举如下：一、生产工艺方面存在......
十大环境问题原因及解决措施一、噪声污染原因：交通、建筑解决措施：为减低噪声对四周环境和人类的影响，主要噪声控制方式对噪声源、噪声的传播路径及接收者三者进行隔离或防护，将......
GCK低压抽出式开关柜由动力配电中心(PC) 柜和电动机控制中心(MCC)两部分组成。该装置适用于交流50HZ、额定工作电压为380V的控配电系统，作为动力配电、电动机控制及照明等配......
分析施工生产现状和问题，提出针对性解决措施 随着施工进度的逐步推进，我标线下工程已经进入收尾阶段，轨道工程施工将成为下一步施工的重点。一、目前主要工程进度为：1、路基土石......
世界主要的环境问题1、沙尘暴成因：①自然：干旱、大风、气流上升；②人为：植被破坏。 分布：我国西北、华北（春季）。危害：降低大气能见度，危害健康、交通、湖泊、水库、农业生产、村庄、......
