碳纤维复合材料有助于电机基座减振降噪

  电动机作为传统的旋转动力装置,在实际工况中会产生各种形式的振动,而电机机座作为电机与基础直接相连的部分,在整个电动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。传统的电机机座一般由铸铁、铝合金等金属材料制作而成,其振动来源主要是电磁激振力及转子的机械转动,对永磁同步电机机座进行研究,发现机座散热筋和底脚会使机座各阶频率降低,而端盖会使各阶固有频率显著增加。

  碳纤维复合材料(CFRP)有着比强度、比模量高、阻尼性能优异、可设计性好等诸多优势,其损耗因子比传统金属高1~2个数量级。CFRP不仅力学性能优异,还有着良好的阻尼减振性能,可以直接用来制作有减振需要的承载构件。美国GE公司采用CFRP制作了新型的LM2500船用燃气轮机外壳,其声学测试表明新型的复合材料外壳使燃气轮机的减振降噪效果有明显改善;有研究机构制作了CFRP隔振基座,并对其减振效果进行了评估,实验结果表明在0~200Hz的频段内,碳纤维基座的隔振性能优于钢质基座。

  有研究人员研究了CFRP风机叶轮和铝合金叶轮的振动特性,结果表明CFRP风机叶轮在全频段的减振效果显著,结构振动加速度级总量平均值降低了4.02dB。在CFRP阻尼性能研究方面,利用3种不同的测试方法对CFRP层合板的比阻尼容量进行了测试,其中的对数衰减阻尼测试表明CFRP层合板的1阶比阻尼容量随着铺层角度的增加而逐渐增加。

  利用动态热机械分析法(DMA)对CFRP加筋平板结构的阻尼性能进行了研究,结果表明结构的比阻尼容量与载荷频率密切相关,并且加强筋结构能提高平板的整体阻尼性能;通过铺层参数对CFRP悬臂梁的阻尼性能影响的研究,实验结果表明0°铺层时结构的损耗因子最低,铺层方向对结构阻尼的影响主要是通过对结构刚度的影响体现出来。

  CFRP电机机座与铝合金机座具有相同的前4阶振型,但CFRP机座的固有频率远大于铝合金机座(9倍左右)。CFRP电机机座的阻尼比随铺层角度变化明显,在单一角度、对称铺层的条件下,CFRP电机机座在铺层角度为45°时具有最大的阻尼比,并且仅单独改变底座部分的铺层角度时,前四阶阻尼比变化不明显,而单独改变圆筒部分的铺层角度时,各阶阻尼比有明显变化。

 

  阅读延伸:《碳纤维应用于减振机箱的设计简析