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电机外壳是电机与系统直接相连的部分,在整个电机结构中起着支撑铁芯、绕组、端盖等部件的作用,同时也是电机振动传递路径上的主要结构。传统的电机外壳一般由阻尼比小、比重大的铸铁、铝合金等金属材料铸造而成,当电机运行受到离心力负载、或者三相电压不稳定时,金属外壳无法有效吸收振动能量从而造成整个系统的噪声与振动问题。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)是一种纤维增强型树脂基复合材料,相较于传统的金属材料具有比模量和比强度高、阻尼性能优异、可设计性好等诸多优势,其损耗因子是金属材料的几十倍至数百倍,因而常用来制备有减振需求的结构件。将CFRP引入到电机外壳结构当中,从提高电机外壳的阻尼耗能特性出发,采用阻尼减振的手段开展电机的低噪声设计研究,不仅拓展了电机系统的减振设计方法,而且能充分发挥复合材料强度和阻尼方面的优势,满足电机运行时的实际减振需求,因此具有十分重要的意义。为此,本文对“CFRP电机外壳的减振性能”展开研究探讨,从分析CFRP电机外壳的模态频率与阻尼性能出发,采用有限元仿真与实验验证相结合的手段对CFRP电机外壳的振动性能与减振性能进行分析研究。全文的主要研究内容如下:首先,在对标JW6314三相异步电机的铝合金电机外壳的基础上,进行CFRP电机外壳的结构设计,并在Abaqus有限元软件中对CFRP电机外壳的模态振动性能进行了仿真分析,建立基于应变能的阻尼预测模型来计算CFRP电机外壳的前四阶阻尼比,详细研究不同的铺层角度对CFRP电机外壳固有频率与阻尼比的影响规律,并对比研究CFRP电机外壳和铝合金电机外壳的简谐激励响应。仿真结果表明,在前四阶模态中,CFRP电机外壳比铝合金电机外壳具有更小的共振响应峰值和更大的固有频率。其次,在综合考虑复合材料成型制造工艺与成型难度的基础上,利用T700/YPH-42T型预浸料来制备CFRP电机外壳,并进行振动模态实验。实验结果显示,CFRP电机外壳固有频率的实测值与仿真值误差在10%以内;二阶和三阶阻尼比分别为0.87%和0.69%,与仿真结果相差11.49%和15.49%,证明所建立的CFRP电机外壳模态应变能阻尼预测模型的正确性。最后,利用DNS100电子万能试验机完成CFRP电机外壳定子的压装和整机装配,并利用电机外壳底座和机壳上的振动加速度幅值作为评估指标,分别对两种电机进行振动测试对比实验。结果表明,当电机转速在1000r/min~1500r/min之间时,CFRP电机外壳各测点振动加速度幅值均小于铝合金电机外壳上各测点的振动幅值,并且随着电机转速的增加,CFRP电机外壳底座上的加速度基本在20mm/s2左右波动,而机壳上的加速度呈现逐渐减小的趋势,证明CFRP电机外壳比铝合金电机外壳有更好的减振作用。