1、 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本
2、和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机
3、构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右） 、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万
4、字（不包括图纸、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文
5、译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它1.绪论大气是我们赖以生存的自然环境。同时，大气中包含着丰富的资源，广为应用。空气分离是从空气中分离其组分氧，氮，并提取氦，氖，氩，氪，氙的过程。随着冶金，化工，火箭，原子能等工业的发展，空气分离越来越成为一个重要的工业环节，空气分离设备也不断发展。目前，空气分离的基本原理是先对空气制冷，然后利用各种组成成分的沸点不同的特点精馏分离。制冷需要大量的冷量，我们此次设计的对象透平膨胀机，就是一种产生冷量的设备。它利用气体膨胀时吸收热量的特性制冷。透平膨胀机是空气分离设备的关键配套机组。其性能的好坏直接关系着空气设备能否正常运行，产品气体的产量及能耗高低。透平
6、膨胀机是空气分离设备用来产生冷量的旋转式叶片机械，它实质上是一种用于低温条件下的气体透平。但其作用是为了获得冷量。而不是机械功。它与活塞式膨胀机相比，具有流量大，结构简单，体积小，效率高及运转周期长等特点。目前主要用于低压空气分离设备。图 1.1 透平机简图。透平膨胀机工作原理如图所示：压缩气体从 A 口进入，在膨胀机中膨胀，吹动叶片转动，膨胀后的气体从 B 口出，经过滤设备，然后由 C 口入，经叶片，从 D 口出，D 口出来的气体在外部经二次压缩，再如此循环，气体得以循环利用。同时，左端叶片旋转由轴传至右端叶轮，叶轮又可以作为吸气的动力。透平膨胀机的主轴转速是很高的，达到 38000 r/m
7、in 因此，滚动轴承难以承受如此高的转速，必须设计一对滑动轴承来支撑。我们此次设计的重点即是在了解透平膨胀机的工作原理的基础上，通过本次设计中，导师所教授的理论和方法，设计转子系统的支撑部件和润滑系统。2. 滑动轴承（一）概述轴承是机械设备的重要零件。目前，轴承结构形式主要分为两大类，即滚动轴承和滑动轴承。液体静压轴承和动静压轴承以及动压轴承。它们都能实现液体润滑，但它们的油膜形成条件是不同的。液体动压轴承是依靠主轴和轴承的相对运动，在轴承间隙中形成压力油膜，将有载荷作用的主轴浮起来，而实现液体润滑的。液体静压轴承是利用专用的供油装置，将具有一定的压力油液，经过压力补偿元件（节流器或定量阀）输
8、送到轴承中去，在轴承内形成压力油膜，将受载主轴浮起进而实现液体润滑。液体动静压轴承是综合了动压和静压轴承的优点而研制出的一种新型液体润滑轴承。与动压和静压轴承相比较，它具有更大的承载能力和油膜刚度，工作十分可靠，压力油膜动态稳定性好，所需要的供油装置的功率较小，其结构也可简化。因此，动静压轴承在国内外受到了普遍的重视，是一种很有发展前途的支撑元件。（二）液体静压轴承的工作原理。液体静压轴承是利用专门的供油装置，将具有一定压力的油膜，经过压力补偿元件（节流器或定向阀）输送到轴承中去，在轴承油腔内形成压力油膜，将受载主轴浮起而实现液体润滑。其特点：1）全液体润滑，摩擦阻力小，效率高。2）所使用的范
9、围广，在各种相对运动速度下都有液体润滑作用，且具承载力。3）轴承中的静压油膜刚度大，支撑精度高，且具有吸振性。4）使用寿命长，精度保持性好。5）油膜具有平均误差作用，从而可以减少主轴和轴承本身制造误差的影响。6）适用范围广，对轻载，重载，高速，低速均可使用。7）对轴承的材料要求不高，可节省价格较贵的轴承合金。缺点：液体静压轴承需有一套压力稳定，过滤严格的供油装置，不仅增加成本，而且增大机械设备的空间和重量。径向静压轴承基本分为两类：有轴向回油槽的和无轴向回油槽的.按油腔形式分:1)矩形等深油腔。这种形式适用于转速高，主轴自重较小的静压轴承。2)矩形园弧油腔.适用于与矩形等深油腔相同,但园弧油腔
10、便于加工.3)矩形槽式油腔.这种结构使用于主轴较重,尺寸较大的轴承.按油腔数目分:1)三油腔轴承 当轴承内径 D=40MM 时宜采用三油腔轴承.2)四油腔轴承 当轴承 D=40500MM 时,均可采用四油腔轴承,因此它应用最广泛.3)多油腔轴承 当轴承较大,载荷方向又是变化的,因此要求主轴回转精度较高时,宜采用多油腔轴承其中以六油腔最多.4)单数油腔轴承的动态稳定性好.液体静压轴承及其压力补偿方式的结构形式较多，这里，以 MM7132 平面磨床的主轴轴承为例，来说明有关概念和工作原理。 图 2.1 供油系统简图如图所示，来自油泵的压力油，经接流器流入轴承的各个油腔；粗，精滤油器的作用是严格过滤
11、润滑油的；液流阀是节流泵的输出压力的；单向阀的作用是防止压力油倒流，以配合储能器的作用是与油泵突然停止供油时，保证有压力油供应到静压轴承内，以实现安全停止。其中节流器是压力补偿元件，是静压轴承系统中的关键环节。静压轴承润滑油的循环过程如下：来自油泵的润滑油，经过具有液阻的接流器流入轴承各个油腔内，再通过轴与轴承封油面之间的较小间隙流出，最后集中起来经管路流回油箱。由于轴与轴承之间的间隙甚小，形成很大的出油液阻，所以在轴承油腔中便得以保持液体压力（即静压力） 。液体静压轴承的工作原理是利用这个静压力和压力补偿元件的调压作用，使轴浮在轴承中的。液体静压轴承的承载原理：上图可简化为下图所示：图 2.
12、2 液体静压轴承的承载原理简图图 2.2 中 Rc 表示节流液阻，Rh1 表示油腔 1 的间隙液阻，Pr1 表示油腔 1 中的油压，Rh3 表示油腔 3 的中油压。理论与实践证明：油路系统中的压力，流量和液阻三者的关系与电路中的电压、电流和电阻三者的关系相同。这样，就可以利用电路中的参数关系来研究油路系统，根据电路的“欧姆定律”I（电路）= （ 电 阻 ）电 压 ）RV(可知油路也有相应的参数关系，即：Q（流量）= （ 液 阻 ）油 压 ）P(由图 3 可知：流经油腔 1 和油腔 3 的油路分别有如下的参数关系：Q = Q =1Rcs3RhcPs这时，油腔 1 和 油腔 3 中的压力分别为：P
13、r =Q Rh =( ) Rh = (1-1)11hPs1Pr =Q Rh =( )Rh = (1-2)333Rcs3hcPs当供油压力 Ps 一定（即定压供油）时，如果节流器的节流液阻 Rc 是相等的，同时轴承上对称布置的四个油腔的结构形式和尺寸也相等，那么，当没有载荷作用（也忽略轴本身自重）时，轴便被轴承油腔中的压力油浮在轴承中央。此时，油腔间隙相等，即 h =h =h ;130由公式（1-1）和（1-2）可知，各油腔压力相等。Pr = Pr = Pr 130当轴受一径向载荷 Wc 包括轴自重，作用后，轴沿载荷方向向下移一个很小的距离e .由图 2 可知；间隙由原来 h ，减小到 h -
14、e 。则相应的间隙液阻 R h 却增加；相0 00 0反，油腔间隙却增加到 h + e ，而间隙液阻 Rh 则变小。这时由式（1-1） （1-2）可知1油腔 3 中的油压 Pr 增高，油腔 1 中的油压 Pr 下降，于是便产生产生一个与载荷方向3相反的压力量 P= Pr - Pr 来支承载荷 W，以实现液体润滑。静压轴承的补偿方式：定压供油系统的压力补偿方式所谓定压供油系统，即用一个输出压力基本保持不变的油泵，同时向轴承所有油腔实现供油的系统。其中每个油腔必须要串联一个节流器，轴承才有承载能力。否则，轴承就失去承载能力。比如轴承油腔 1，3 没有串联节流器，即节流液阻 Rc=0,当轴承受载后，
15、尽管油腔 1，3 的间隙发生变化，相应的间隙液阻 Pr ， Pr 也变化，但由（1-1） 、 （1-2）可13得：Pr = =Ps1RhcPsPr = =Ps331sP= Pr - Pr =01因而轴承上下对置的油腔 1，3 就不能产生压力差来支撑载荷。在载荷作用下，轴便被压在油腔 3 附近的轴承表面上，这显然不成其为静压轴承了。所以，作为定压供油系统中的压力补偿元件的节流器，它的调压作用是指：当主轴受载偏移后能使轴承在载荷方向的两个油腔产生与载荷方向相反的压力差，以支撑载荷，从而使静压轴承在液体润滑状态下具有承载能力。定量供油系统的压力补偿方式：所谓定量供油系统是指向静压轴承油腔分别供应流量
16、恒定的压力油。定量供油对轴承油腔所实现的调压作用称为恒流调压。为了分析定量供油系统的恒流调压作用，如图所示：图 2.3 恒流调压作用简图Pr =Q Rh1Pr =Q Rh33在载荷 W 作用下，轴沿载荷方向偏移 e 值。这时，上油腔间隙变大，间隙液阻 Rh减小；下油腔间隙变小，其间隙液阻 Rh 变大。由于流量 Q 恒定不变，由公式（1-1 33）可知 Pr 下降，Pr 增大，从而可形成一个压力差 P= Pr - Pr 来支撑载荷 W，并13 31实现液体润滑。静压轴承结构：径向静压轴承目前，径向静压轴承基本分为两类：有轴向回油槽的和无轴向回油槽的。有轴向回油槽的轴承，油腔被回油槽分隔开来，各油
17、腔的压力油不会相互流动（即无“内流” ） 。这种轴承，油腔中的压力油可同时从周向和轴向封油面流出，因此流量较大。无轴向回油槽的轴承，油腔中的压力油只能轴向封油面流出，因此轴承流量较小。由于油腔间隙有回油槽，油腔之间有内流现象，这对轴承油膜刚度有不良影响。但考虑到封油面上的动力，这种轴承具有较大的承载能力。此外，这种轴承由于流量较小，适用于大型机床和机械设备上。推力静压轴承1环形油腔推力静压轴承图 2.4 环形油腔推力静压轴承简图2. 其特点是结构简单，加工方便，但只能承受通过轴心的轴向载荷，无支撑倾覆力矩的能力，因此，必须与径向静压轴承一起使用。3. 多油腔推力静压轴承图 2.5 多油腔推力静
18、压轴承其结构特点是可承受偏心载荷，抗倾覆力矩的性能好，但由于结构复杂，加工较困难，主要用于推力轴承，或环形静压导轨上。3. 其它结构形式的推力静压轴承。为了使静压轴承部件结构紧凑，可将径向和推力轴承合并成一个轴承，从而出现了锥面和球面静压轴承。但是，由于加工工艺复杂，在国内尚少采用。2.2 动压轴承2.2.1 动压轴承的工作原理：流体动压润滑是依靠摩擦副的两滑动表面之间作相对运动把油带入两表面之间，形成有足够压力油膜，从而将两表面隔开。图 2.6 动压轴承工作原理简图设 A 板沿 x 轴方向以速度 v 移动，另一板 B 静止，现以层流运动的油膜中取一微单元进行分析。如图所示，作用在此微单元体右面和左面的压力分别为: P, (p+ dx),作用在单xp元体上，下面的剪切力分别为 及（ + dy）,根据 x 方向的平衡条件，得：yPdydz+ dxdz-(p+ dx)dydz-( + dy)dxdz=0xp整理后得：= - xpy上式表明：在油膜内，沿 x 轴方向的压力变化率和沿 y 轴的剪切力的的变化率相等。根据牛顿粘性液体摩擦定律，可以得到：
