專利名稱：球軸承設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償x射線管軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管，更具體地涉及用于轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管的復(fù)合軸承 外部環(huán)。
背景技術(shù)：
通常，轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管由抽成真空的殼體制成，其中設(shè)有陰極和陽極。加熱電流 提供到陰極，并在陽極和陰極之間產(chǎn)生大電勢(shì)以將電子從陰極向陽極加速。陽極是轉(zhuǎn)動(dòng)碟 片，并且陽極上的目標(biāo)區(qū)域通常是陽極的朝向碟片圓周設(shè)置的小區(qū)域。陽極碟片由軸支撐，其轉(zhuǎn)而支撐在軸承上。該軸通過一系列定子線圈產(chǎn)生的電磁 感應(yīng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，該定子線圈位于該抽成真空的殼體的外部。定子線圈作用在圓柱形電樞或 固定在軸上的套筒上。軸承位于軸和該電樞之間的殼體內(nèi)以允許軸和電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，由此轉(zhuǎn)動(dòng) 該碟片。通常，內(nèi)軸承軌道是軸的一部分，而外軸承軌道是固定于殼體的套筒的一部分。輥 子體設(shè)在這些軌道內(nèi)。一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管有關(guān)的問題是在管內(nèi)部生成大量的熱，這對(duì)于軸承元件 有有害影響。通常，為了解決溫度問題，設(shè)計(jì)出多種冷卻裝置，如美國(guó)專利6，445，770和 6，445，769中所示出的。在啟動(dòng)過程中，外軌道和內(nèi)軌道之間有較大的溫差，直到管內(nèi)的溫度穩(wěn)定。這個(gè)溫 差會(huì)潛在地導(dǎo)致外軌道在徑向和軸向的擴(kuò)張比內(nèi)軌道快得多。由于這個(gè)熱膨脹差，必須在 軸承中建立大的內(nèi)部徑向間隙，由此導(dǎo)致軸承噪聲大并且極大降低軸承壽命。通常，將高溫 硬化材料用于外軸承。這些材料很貴并由此增加軸承相關(guān)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是最小化X射線管的啟動(dòng)和穩(wěn)定態(tài)狀態(tài)期間軸承的變動(dòng)和軸向間 隙。本發(fā)明的目的還是通過消除對(duì)單獨(dú)軸承冷卻裝置的需求而降低與用于轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線 管的軸承相關(guān)的總體成本。本發(fā)明的這些和其他目的通過參照本發(fā)明下面的描述而更容易理解。本發(fā)明的目的通過在轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管中使用復(fù)合外軸承實(shí)現(xiàn)。更具體地，該外 軸承是套筒，其包括在該套筒每一端的由高熱硬度材料制成的環(huán)。每個(gè)環(huán)中具有外軌道。墊 片設(shè)在兩個(gè)環(huán)之間并且固定于每個(gè)環(huán)。該墊片由熱膨脹系數(shù)比環(huán)材料低的材料制成。因此，該復(fù)合外軸承利用不同材料的不同擴(kuò)張速率以最小化啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)狀態(tài)期間 該軸承的軸向間隙的變動(dòng)。形成外環(huán)的高熱硬度材料提供延長(zhǎng)的軸承壽命。該墊片較低的 熱膨脹系數(shù)促進(jìn)優(yōu)化從而實(shí)現(xiàn)該外環(huán)和該軸接近相等的軸向增長(zhǎng)，而不管溫差。有效地?zé)?補(bǔ)償軸承軸向間隙。概括來說，本發(fā)明用于轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管的軸承包括固定的內(nèi)軸，其設(shè)在該框架 內(nèi)并固定于該框架，該軸在一端具有內(nèi)軌道而在另一端具有圓柱臺(tái)肩；至少一個(gè)內(nèi)環(huán)，其位 于該軸的臺(tái)肩上并且通過撐住該軸而保持軸向，該內(nèi)環(huán)具有內(nèi)軌道；可轉(zhuǎn)動(dòng)的外套筒，其固定于該陽極并圍繞該軸，該套筒具有一個(gè)帶有一個(gè)外軌道的環(huán)、另一個(gè)帶有另一外軌道的 環(huán)和設(shè)在這一個(gè)環(huán)和另一個(gè)環(huán)之間的墊片，該一個(gè)外軌道與該軸上的內(nèi)軌道相對(duì)，該另一 外軌道與該內(nèi)環(huán)上的內(nèi)軌道相對(duì)；該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)由高熱硬度材料制成；該墊片由熱 膨脹系數(shù)恒定的材料制成，并固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)；以及輥?zhàn)芋w，其設(shè)在該軸內(nèi)軌道 和該一個(gè)外軌道之間并在單塊內(nèi)軌道和該另一外軌道之間。本發(fā)明還可定義為轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管，包括真空框架；陰極，其設(shè)在該框架內(nèi)；可 轉(zhuǎn)動(dòng)的陽極，其設(shè)在該框架內(nèi)對(duì)著該陰極；固定的內(nèi)軸，其設(shè)在該框架內(nèi)并固定于該框架， 該軸在一端具有內(nèi)軌道而在另一端具有圓柱臺(tái)肩；至少一個(gè)內(nèi)環(huán)，其設(shè)在該軸的臺(tái)肩上并 通過撐住該軸而保持軸向，該內(nèi)環(huán)具有內(nèi)軌道；可轉(zhuǎn)動(dòng)的外套筒，其固定于該陽極并圍繞該 軸，該套筒具有一個(gè)帶有一個(gè)外軌道的環(huán)、另一個(gè)帶有另一外軌道的環(huán)和設(shè)在該一個(gè)環(huán)和 該另一環(huán)之間的墊片，該一個(gè)外軌道與該軸上的內(nèi)軌道相對(duì)和該另一外軌道與該內(nèi)環(huán)上的 內(nèi)軌道相對(duì)；該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)由高熱硬度材料制成；該墊片由熱膨脹系數(shù)不變的材料 制成并固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)；以及輥?zhàn)芋w，其設(shè)在該軸內(nèi)軌道和該一個(gè)外軌道之間 并在單塊內(nèi)軌道和該另一外軌道之間。優(yōu)選地，該外套筒環(huán)由如M-62或T-5或T-15的材料制成。合適地，該墊片由 Incoloy909或類似的熱膨脹系數(shù)不變的材料制成。優(yōu)選地，該墊片憑借電子束焊接或摩擦 焊接固定于這兩個(gè)環(huán)。盡管本發(fā)明包含傳統(tǒng)的實(shí)施方式，其中該內(nèi)軸在固定的外套筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是在優(yōu) 選實(shí)施方式中，該外套筒圍繞固定的內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)構(gòu)造允許該外套筒由于其轉(zhuǎn)動(dòng)速度而 以機(jī)械方式遠(yuǎn)離該軸增長(zhǎng)，并且利用選擇的增長(zhǎng)率以最小化啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)狀態(tài)期間該軸承的 軸向間隙變動(dòng)。因此，本發(fā)明中，以機(jī)械和熱方式有效地補(bǔ)償了該軸承軸向間隙。設(shè)定本發(fā)明中的外套筒的墊片尺寸的方法包括如下步驟指定初始?jí)|片尺寸；計(jì) 算初始軸承內(nèi)部徑向間隙；基于溫度曲線計(jì)算該軸承熱增長(zhǎng)；基于轉(zhuǎn)動(dòng)速度計(jì)算該軸承機(jī) 械增長(zhǎng)；計(jì)算所得軸承內(nèi)部徑向間隙；對(duì)比所得軸承內(nèi)部徑向間隙與已知值；以及迭代該 墊片尺寸以獲得與該已知值相等的所得軸承內(nèi)部徑向間隙。用于對(duì)比目的的內(nèi)部徑向間隙的已知值基于具體的應(yīng)用而憑借經(jīng)驗(yàn)確定，其由于 較低的振動(dòng)水平導(dǎo)致疲勞壽命增加并且可能增加軸承的壽命?？梢圆捎煤?jiǎn)單的計(jì)算程序來 執(zhí)行這些迭代計(jì)算并且確定用于具體應(yīng)用的最佳間隔尺寸。本發(fā)明涵蓋懸臂安裝陽極構(gòu)造以及跨式安裝陽極構(gòu)造。懸臂構(gòu)造中，該陽極設(shè)在 該軸承的輥?zhàn)芋w之前。在跨式安裝構(gòu)造中，該陽極設(shè)在該軸承每一端的至少一排輥?zhàn)芋w之 間。盡管本發(fā)明是要涵蓋傳統(tǒng)實(shí)施方式，其中該軸承內(nèi)軌道形成該軸的一部分，但優(yōu) 選實(shí)施方式包括的軸在一端具有內(nèi)軌道而在另一端具有圓柱臺(tái)肩。內(nèi)環(huán)是設(shè)在該軸的臺(tái)肩 上并通過撐住該軸而保持軸向。該內(nèi)環(huán)具有與該套筒的外軌道之一相對(duì)的內(nèi)軌道。在該優(yōu) 選實(shí)施方式中，該內(nèi)環(huán)是單塊結(jié)構(gòu)，并且由如M-62或T-5或T-15的材料制成。該軸的前端優(yōu)選地由REX20制成和該軸的后端由410不銹鋼或類似的不銹鋼制 成，如17-4PH。優(yōu)選地，前端通過電子束焊接或摩擦焊接固定于后端。在前、后端通過焊接 彼此固定之后，該前端感應(yīng)硬化以提供合適的用于該輥?zhàn)芋w的滾道表面。


通過參照下列附圖的一個(gè)或多個(gè)，本發(fā)明的這些和其他方面可更容易理解，這些 附圖僅為了說明的目的而表述。圖1說明本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管；圖2說明本發(fā)明的軸承；圖3說明本發(fā)明的外套筒；以及圖4說明本發(fā)明的軸承的替代實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式圖1說明在醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)所使用的類型的轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管1，包括轉(zhuǎn)動(dòng)陽極10， 在由真空殼體14形成的抽成真空的室12中運(yùn)行，該殼體由玻璃或其他合適的材料形成。該 陽極是碟形，并且鄰近其環(huán)形邊緣傾斜以形成陽極表面或目標(biāo)區(qū)域16。陰極總成18提供并 聚焦撞擊陽極表面16的電子束A。陰極引線20引入通過該玻璃殼體至該陰極總成以提供 電流至該總成。當(dāng)該電子束撞擊該轉(zhuǎn)動(dòng)陽極，該電子束的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閺脑撽枠O表面發(fā)出 的X射線B，該X射線束穿過真空殼體14離開該管。感應(yīng)馬達(dá)30轉(zhuǎn)動(dòng)該陽極10。該感應(yīng)馬達(dá)包括具有驅(qū)動(dòng)線圈32的定子，其設(shè)在 該真空殼體外部；以及在該殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子34，其連接到該陽極10。該轉(zhuǎn)子包括外部圓柱形 電樞或套筒部36并連接到軸38，其在該電樞內(nèi)軸向?qū)R。電樞36和軸38通過由鉬或其他 合適材料制成的軸頸40連接到該陽極10。電樞36由導(dǎo)熱導(dǎo)電材料如銅形成。當(dāng)該馬達(dá)通 電時(shí)，該驅(qū)動(dòng)線圈32在該電樞中引發(fā)磁場(chǎng)，使得該電樞和該軸相對(duì)靜止的套筒42轉(zhuǎn)動(dòng)，該 套筒與該電樞和該軸在軸向?qū)R并且位于它們之間。該套筒在后端連接安裝座43，該安裝 座延伸穿過該殼體14以剛性支撐該套筒。輥?zhàn)芋w44(如球軸承)設(shè)在該軸38和該套筒42之間，允許該電樞36和陽極10 平滑轉(zhuǎn)動(dòng)。該軸承球涂有潤(rùn)滑劑，如厚度大約1000-3000 A的鉛或銀。該X射線管包括前 后兩個(gè)軸承球。這里使用的術(shù)語“前”、“后”等用來限定沿通過該軸38和陽極10的Z軸的部件的 相對(duì)位置。描述為前的部件靠近陽極，而描述為后的部件距陽極較遠(yuǎn)。本發(fā)明的軸承由軸38、套筒42和輥?zhàn)芋w44組成。圖1和2示出傳統(tǒng)的X射線管 軸承裝置，其中軸38在固定的套筒42內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，陽極10利用設(shè)在陽極10后面的兩排輥?zhàn)芋w 44懸臂式安裝。參照?qǐng)D2，軸38具有前和后軌道50。軌道50是內(nèi)軌道。套筒42具有前和后外軌 道52。輥?zhàn)芋w44設(shè)在內(nèi)軌道50和外軌道52之間，如圖所示。復(fù)合外軸承套筒42在圖3示出，具有前環(huán)60、后環(huán)62和墊片64。墊片64通過電 子束焊接分別在焊點(diǎn)66和68焊接到外環(huán)60和62。圖4示出替代的X射線管軸承裝置，其中套筒42圍繞軸38轉(zhuǎn)動(dòng)，陽極10利用設(shè) 在該軸承每一端的至少一排輥?zhàn)芋w44跨式安裝。圖4中，軸38在一端具有內(nèi)軌道50而在 另一端具有圓柱臺(tái)肩70。內(nèi)環(huán)72設(shè)在臺(tái)肩70上并通過支柱74保持軸向。內(nèi)環(huán)72具有內(nèi) 軌道50，其與套筒42的外軌道52相對(duì)。圖4示出內(nèi)環(huán)72為單塊結(jié)構(gòu)。圖4中，軸38的前端76在焊點(diǎn)80固定于后端78。
相信通過減少本發(fā)明中使用的高熱硬度材料(如M-62)的量將抵消任何焊接費(fèi) 用。此外，相信由于較低的振動(dòng)水平而導(dǎo)致的疲勞壽命的提高將潛在增加軸承壽命。參考標(biāo)記
IX射線管50內(nèi)軌道
10陽極52外軌道
12抽成真空的室
14真空殼體60前環(huán)
16陽極表面62后環(huán)
18陰極總成64墊片
20陰極引線66焊點(diǎn)
68焊點(diǎn)
30感應(yīng)馬達(dá)70圓柱臺(tái)肩
32驅(qū)動(dòng)線圈72內(nèi)環(huán)
；34轉(zhuǎn)子74支柱
36圓柱電樞76軸前端
38軸78軸后端
80焊點(diǎn)
40軸頸
42套筒A電子束
43安裝座BX射線
44輥?zhàn)芋w
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管包括 真空框架；陰極，其設(shè)在該框架中；可轉(zhuǎn)動(dòng)的陽極，其設(shè)在該框架中并對(duì)著該陰極；固定的內(nèi)軸，其設(shè)在該框架中并固定于該框架，該軸在一端具有內(nèi)軌道而在另一端具 有圓柱臺(tái)肩；至少一個(gè)內(nèi)環(huán)，其設(shè)在該軸的臺(tái)肩上和通過撐住該軸而保持軸向，該內(nèi)環(huán)具有內(nèi)軌道；可轉(zhuǎn)動(dòng)的外套筒，其固定于該陽極和圍繞該軸，該套筒具有一個(gè)帶有一個(gè)外軌道的環(huán)、 另一個(gè)帶有另一外軌道的環(huán)和設(shè)在該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)之間的墊片，該一個(gè)外軌道與該軸 上的內(nèi)軌道相對(duì)和該另一外軌道與該內(nèi)環(huán)上的內(nèi)軌道相對(duì)； 該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)由高熱硬度材料制成；該墊片由熱膨脹系數(shù)不變的材料制成，并固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)；以及 輥?zhàn)芋w，其設(shè)在該軸內(nèi)軌道和該一個(gè)外軌道之間且在單塊內(nèi)軌道和該另一外軌道之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)由M-62、T-5或T-15制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該墊片由hCOlOy909制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該墊片通過電子束焊接固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該墊片通過摩擦焊接固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該陽極懸臂安裝于該套筒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該陽極跨式安裝于該套筒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該軸具有由REX20制成的前端，通過摩擦焊接固定于 由410不銹鋼制成的后端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該軸具有由REX20制成的前端，通過電子束焊接固定 于由410不銹鋼制成的后端。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的管，其中該軸包括在該前端和該后端通過焊接彼此固定 之后感應(yīng)硬化該前端的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中該內(nèi)環(huán)是單塊結(jié)構(gòu)。
12.一種用于轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管的軸承，包括固定的內(nèi)軸，其設(shè)在該框架中并固定于該框架，該軸在一端具有內(nèi)軌道而在另一端具 有圓柱臺(tái)肩；至少一個(gè)內(nèi)環(huán)，其設(shè)在該軸的臺(tái)肩上并通過撐住該軸而保持軸向，該內(nèi)環(huán)具有內(nèi)軌道；可轉(zhuǎn)動(dòng)的外套筒，其固定于該陽極和圍繞該軸，該套筒具有一個(gè)帶有一個(gè)外軌道的環(huán)、 另一個(gè)帶有另一外軌道的環(huán)和設(shè)在該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)之間的墊片，該一個(gè)外軌道與該軸 上的內(nèi)軌道相對(duì)且該另一外軌道與該內(nèi)環(huán)上的內(nèi)軌道相對(duì)； 該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)由高熱硬度材料制成；該墊片由熱膨脹系數(shù)不變的材料制成且固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)；以及輥?zhàn)芋w，其設(shè)在該軸內(nèi)軌道和該一個(gè)外軌道之間且在單塊內(nèi)軌道和該另一外軌道之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)由M-62、T-5或T-15制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中該墊片由hColoy909制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中該墊片通過電子束焊接固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中該墊片通過摩擦焊接固定于該一個(gè)環(huán)和該另一環(huán)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中該軸具有由REX20制成的前端，通過摩擦焊接固 定于由410不銹鋼制成的后端。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中該軸具有由REX20制成的前端，通過電子束焊接 固定于由410不銹鋼制成的后端。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的軸承，其中該軸包括在該前端和該后端通過焊接彼此 固定之后感應(yīng)硬化該前端的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中該內(nèi)環(huán)是單塊結(jié)構(gòu)。
21.一種用于設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管的軸承中可轉(zhuǎn)動(dòng)的外套筒的墊片的尺寸的方法， 包括指定初始?jí)|片尺寸；計(jì)算初始軸承內(nèi)部徑向間隙；基于溫度曲線計(jì)算該軸承熱增長(zhǎng)；基于轉(zhuǎn)動(dòng)速度計(jì)算該軸承機(jī)械增長(zhǎng)；計(jì)算所得軸承內(nèi)部徑向間隙；對(duì)比該所得軸承內(nèi)部徑向間隙與已知值；以及迭代該墊片尺寸以獲得等于該已知值的所得軸承內(nèi)部徑向間隙。
全文摘要
該轉(zhuǎn)動(dòng)陽極X射線管具有由高熱硬度材料制成的兩個(gè)環(huán)和這兩個(gè)環(huán)之間的熱膨脹系數(shù)不變的材料制成的墊片形成的復(fù)合外軸承。該墊片還焊接到這兩個(gè)環(huán)提供該復(fù)合外軸承。一個(gè)內(nèi)軸承軌道由該軸形成，而另一內(nèi)軸承軌道是安裝在該軸上的單塊的內(nèi)軌道，且這兩個(gè)環(huán)具有對(duì)應(yīng)的外軌道。
文檔編號(hào)H01J35/10GK102099887SQ200980115596
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者愛德華·艾爾貝恩蒂, 羅伯特·奧唐奈 申請(qǐng)人:謝夫勒科技有限兩合公司