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5、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.透平膨胀机是空气分离设备用来产生冷量的旋转式叶片
6、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 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800 rm 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
7、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. 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
8、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
9、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。）矩形园弧油腔。适用于与矩形等深油腔相同,但园弧油腔便于加工.3）矩形槽式油腔这种结构使用于主轴较重，尺寸较大的
10、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。）四油腔轴承 当轴承D=40500M时，均可采用四油腔轴承，因此它应用最广泛)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M712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
11、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2.2 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，Pr表示
12、油腔1 中的油压，3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)=可知油路也有相应的参数关系,即: (流量）由图可知:流经油腔和油腔3的油路分别有如下的参数关系： = =这时，油腔1和 油腔3中的压力分别为： rRh=（） h= （1-) PQRh（）Rh= （12)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
13、中的压力油浮在轴承中央。此时，油腔间隙相等，即h=h=h ;由公式（1-1）和（1-）可知，各油腔压力相等。 Pr= Pr= Pr 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-。则相应的间隙液阻 h却增加；相反，油腔间隙却增加到h ,而间隙液阻则变小。这时由式(11)(12）可知油腔3中的油压P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相反的压力量P=PrPr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
14、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，3没有串联节流器，即节流液阻R=，当轴承受载后，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)、(-2）可得： PrPs Pr=Ps = Pr=0因而轴承上下对置的油腔，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。3恒流调压作用简图PrQRh PrQh在载荷W作用下,轴沿载荷方向偏移值。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。
