多孔质气体静压轴承材料渗透系数及变形特性研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目多孔质气体静压轴承材料渗透系数及变形特性研究学科专业机械工程学号201521080167作者姓名张敏指导教师王伟教授分类号密级注1UDC学位论文多孔质气体静压轴承材料渗透系数及变形特性研究（题名和副题名）张敏（作者姓名）指导教师王伟教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业机械工程提交论文日期2018-03-28论文答

2、辩日期2018-05-25学位授予单位和日期电子科技大学2018年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonPermeabilityandDeformationCharacteristicsofMaterialforPorousAerostaticBearingsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MechanicalEngineering

3、Author:MinZhangSupervisor:Prof.WeiWangSchool:SchoolofMechanicalandElectricalEngineering摘要摘要气体静压轴承与传统的机械接触式轴承相比具有高精度、低振动、无污染及长寿命等优点，因而广泛应用于超精密加工、精密测量领域。作为气体静压轴承中的新型轴承，多孔质轴承节流器材料表面有成千上万个微小节流孔，使其在保证高刚度、高承载的同时还具有较高的稳定性，被视为极具应用前景的气体静压轴承。然而到目前为止对多孔质节流器材料研究较少，且多孔材料参数

4、对多孔质轴承的作用规律也不够明确，限制了多孔质轴承的发展。本文以多孔质材料为研究对象，首先研究了材料渗透系数理论求解方法，基于材料内流动理论优化了渗透系数实验测量方法，最后分析了材料变形对轴承的作用规律。论文主要工作概括如下：（1）建立了基于分形理论的渗透系数理论模型。分析了图像处理对分形维数的影响，并给出了图像大小和倍数的选取建议。提出了孔径大小、迂曲度及材料均匀度的计算方法，最后基于分形理论建立了渗透系数与分形维数、孔径大小及迂曲度的数学模型，并对4种不同材料渗透系数进行了计算。（2）研究了多孔材料渗透系数实验

5、计算方法。基于多孔材料粘性流动和惯性流动方程，分析了材料内部的流动状态，提出了材料内流动状态的判别方法。最后改进了实验计算材料渗透系数的方法，并与分形理论计算结果进行了对比，验证了理论计算的有效性。（3）研究了多孔材料在流场下的变形特性及其对轴承静态性能的影响。基于ANSYSWorkbench建立了轴承的流场及变形场分析，数值模拟了不同工况下多孔材料的变形规律，分析了材料变形对轴承静态性能的影响。为了减小材料变形，提出了使用双层多孔材料作为轴承节流器，并讨论了各层材料厚度比对轴承性能的影响，最后通过轴承静态承载实验

6、验证了数值模拟的准确性。上述研究内容为多孔质轴承的材料优选、性能分析及其应用发展提供了坚实的理论基础。关键词：气体静压轴承，多孔材料，分形理论，渗透系数，材料变形IABSTRACTABSTRACTComparedwiththetraditionalmechanicalcontactbearings,aerostaticbearingsarewidelyusedinthefieldsofultra-precisionmachiningandprecisionmeasurementduetotheiradvantage

7、sofhighaccuracy,lowvibration,nopollutionandlonglife.porousaerostaticbearinghashighrigidity,highload-bearingcapacity,andhighstabilityasanewtypeofbearinginaerostaticbearings,soitisregardedasthemostpromisingaerostaticbearing.However,therehavebeenfewstudiesonporou

8、smaterialsofrestrictorsofar,andtheeffectofporousmaterialparametersonporousbearingsisnotclear,limitingthedevelopmentofporousbearings.Firstofall,thepaperstudiesthetheoreticalcalculat