CN104188678B - 医疗影像设备用轴承的阻导热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医疗影像设备用轴承的阻导热结构，包括轴承主体部分、轴承颈部、轴承法兰，所述轴承法兰的一侧向轴承主体部分方向延伸出一空心散热柱，该空心散热柱与轴承颈部连接，轴承颈部与轴承主体部分连接；该空心散热柱侧壁的剖面结构为若干层薄壁呈“之”字形排列的组合结构。采用本发明这种结构，其空心散热柱的薄壁厚度与现有的空心散热柱侧壁厚度相比减小了，对于CT机球管用轴承，其厚度从原来1.75mm减少到现在1.5mm，对于X线球管用轴承，薄壁厚度仅为1.0mm，而传导热距离是原来的近N(N为薄壁层数)倍，因此能大幅度阻缓热量传递。本发明能大幅降低轴承主体部分的轴承工作区域温度，使固体润滑剂润滑性能大为改善，延长轴承使用寿命。

Description

医疗影像设备用轴承的阻导热结构

技术领域

本发明涉及轴承领域，具体来说涉及一种适用于医疗影像设备的X线球管、CT机球管用轴承的阻导热结构。

背景技术

医用X线球管、CT机球管关键部件是其内部的一个耐高温、高真空且无油润滑的高转速轴承。轴承用耐高温钢制造，并采用固体润滑技术。轴承的质量优劣除本身精度外完全取决于其润滑，最关键的是固体润滑剂的寿命，一旦润滑剂失效轴承寿命也马上结束了，整个球管就报废了。而固体润滑的使用性能(摩擦系数与寿命等)与轴承温度密切相关，温度越低润滑性能越好，使用寿命越长。

参见图1，可以看到当球管工作时，受X射线的轰击钨盘1温度会上升到700℃～1000℃高温，通过钼棒2传到轴承法兰3的端面，再通过轴承法兰3传到轴承主体部分4的轴承工作区域5。轴承法兰3通过螺栓连接在钼棒的法兰盘6上。那么降低轴承工作区域的温度成了提高轴承润滑性能和使用寿命的关键因素。

传统X线球管和CT机球管用轴承的传统设计结构有多种，图2所示为不含阻热设计的X线球管用轴承结构，即轴承法兰直接通过轴承颈部7与轴承主体部分连接。

图3为现有的含阻热设计的X线球管用轴承结构，其轴承法兰的一侧向轴承主体部分方向延伸出一空心散热柱8，该空心散热柱8与轴承颈部7连接，轴承颈部7与轴承主体部分连接。且轴承法兰端面9与钼棒的法兰盘的接触面积减少，经过计算，图3的轴承结构与图2中的轴承结构相比，直接导热面积减少了；从导热距离上来看，图2的导热距离(轴承法兰端面到轴承主体部分端面)是12mm，图3的导热距离是18.3mm，比图2的导热距离长了6.3mm。由此可见，减少直接受热面积，增加传导距离来降低传递的热量，图3的X线球管轴承成为国内外市场中的主流产品。

图4为阻热设计较差的CT机球管用轴承结构；图5为带有阻热设计的CT机球管用轴承结构；图4是较前的产品，图5是目前使用较多且典型的产品，同理，图5产品从直接受热端面至轴承滚道距离为30.15mm，比图4的23.4mm长了7.25mm。而且图5法兰头中有1.75的薄壁结构设计，且长度较长达到10.6mm。显然有了较大改善。图5结构的产品成为目前CT球管轴承的主打产品。(图4、图5都是国际上著名品牌的典型结构)。

但是，现有的不管是CT机球管用轴承结构还是X线球管用轴承结构还是存在由于长时间在高温环境中使用而造成报废的问题，轴承使用寿命不长。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种医疗影像设备用轴承的阻导热结构，大幅降低轴承主体部分的轴承工作区域温度，使固体润滑剂润滑性能大为改善，延长轴承使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

医疗影像设备用轴承的阻导热结构，包括轴承主体部分、轴承颈部、轴承法兰，其特征在于，所述轴承法兰的一侧向轴承主体部分方向延伸出一空心散热柱，该空心散热柱与轴承颈部连接，轴承颈部与轴承主体部分连接；该空心散热柱侧壁的剖面结构为若干层薄壁呈“之”字形排列的组合结构。

在本发明中，所述薄壁共有三层。

在本发明中，相邻薄壁之间的间距为0.5-0.7mm。

在本发明中，所述空心散热柱侧壁为一体式结构。

在本发明中，所述轴承法兰上设置有螺栓连接孔，且该螺栓连接孔位于空心散热柱的外侧。

由于热导率定义为：单位截面和温度下材料的长度和单位时间内直接传导的热量的乘积。

$K=\frac{Q}{t}\·\frac{L}{A\·T}$

其中，K：热导率 L：长度

Q：热量 A：面积

t：时间 T：温度差

从热传递量公式来看，在热传导率相同的情况下传递的热量Q与传导面积成正比，与长度成反比，减小传导面积、增加传导长度则减少热量Q传递。大幅度增加热传导长度、缩小热传导面积，来阻缓热传导是此项发明专利的原理。

由于在真空环境下工作相邻两薄壁之间相互没有对流导热，只能通过相邻两层薄壁连接处传导热。薄壁结构的传导热距离是图4薄壁传导热距离总长的近N(N为薄壁层数)倍。采用本发明这种结构，其空心散热柱的薄壁厚度与图4、5的空心散热柱侧壁厚度相比减小了，对于CT机球管用轴承，其厚度从原来1.75mm减少到现在1.5mm，对于X线球管用轴承，薄壁厚度仅为1.0mm，因此能大幅度阻缓热量传递。

本发明能大幅降低轴承主体部分的轴承工作区域温度，使固体润滑剂润滑性能大为改善，延长轴承使用寿命。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为X线球管或CT球管的基本结构示意图。

图2为现有技术中不含阻热设计的X线球管用轴承结构示意图。

图3为现有技术中含阻热结构设计的X线球管用轴承结构示意图。

图4为现有技术中阻热设计较差的CT机球管用轴承结构示意图。

图5为现有技术中带阻热设计的CT机球管用轴承结构示意图。

图6为本发明中X线球管用轴承的示意图。

图7为图6中的A处放大示意图。

图8为本发明中CT机球管用轴承的示意图。

图9为为另一种轴承的阻导热结构的示意图.

图10为本发明轴承的阻导热结构的测试实验示意图。

图11为不同基体温度时普通CT管轴承温度与本发明的CT管轴承温度的曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1

参见图6，医疗影像设备的X线球管用轴承的阻导热结构，包括轴承主体部分100、轴承颈部200、轴承法兰300，在轴承法兰的一侧向轴承主体部分方向延伸出一空心散热柱400，该空心散热柱400与轴承颈部200连接，轴承颈部200与轴承主体部分100连接。轴承法兰300上设置有螺栓连接孔310，以便于与钼棒的法兰盘连接，该螺栓连接孔位于空心散热柱的外侧。轴承法兰端面320与钼棒的法兰盘的接触面积减少。

参见图7，空心散热柱侧壁的剖面结构为若干层薄壁410呈“之”字形排列的组合结构。在本实施例中，薄壁共有三层(可以是其他多层)。相邻薄壁之间的间隙411距离为0.6mm。每层薄壁壁厚为：X线球管用为1.0mm、CT机球管用为1.5mm。由于在真空环境下工作相邻两薄壁之间相互没有对流导热，只能通过相邻两层薄壁连接处传导热。薄壁结构的传导热距离是图4薄壁传导热距离总长的近3(3为薄壁层数)倍。采用本发明这种结构，其空心散热柱的薄壁厚度与图4、5的空心散热柱侧壁厚度相比减小了，对于CT机球管用轴承，其厚度从原来1.75mm减少到现在1.5mm，对于X线球管用轴承，薄壁厚度仅为1.0mm，因此能大幅度阻缓热量传递。

空心散热柱侧壁可以是一体式结构，也可以是通过三层薄壁首位焊接加工得到。

与现有技术相比：

1、传导热距离

薄壁结构的传导热距离是图4薄壁传导热距离总长的近3倍。

2、传导热截面积

本发明采用若干层薄壁410呈“之”字形排列的组合结构，可以使得薄壁的厚度小于现有技术中的侧壁厚度，减小传导热截面积。

实施例2

图8所示为医疗影像设备的CT机球管用轴承的阻导热结构，其结构原理与实施例1中一致。包括轴承主体部分、轴承颈部、轴承法兰，在轴承法兰的一侧向轴承主体部分方向延伸出一空心散热柱，该空心散热柱与轴承颈部连接，轴承颈部与轴承主体部分连接。轴承法兰上设置有螺栓连接孔，以便于与钼棒的法兰盘连接。该螺栓连接孔位于空心散热柱的外侧。空心散热柱侧壁的剖面结构为3层薄壁呈“之”字形排列的组合结构。

实施例3

图9所示为另一种轴承的阻导热结构的示意图。

空心散热柱侧壁的剖面结构为3层薄壁呈“之”字形排列的组合结构。最小传导截面积在最里层，它的外圆φ16.4mm，内孔φ13.4mm。

截面积： $[{\left(\frac{16.4}{2}\right)}^2-{\left(\frac{13.4}{2}\right)}^2]\·\mathrm{\π}={70.179\mathrm{mm}}^2$

注意：它在外径中间有4-φ5穿孔420，所以最小截面积处还要去掉4-φ5孔的截面积。最里层的中心径为φ14.9×π＝48.81mm，四个孔4×5＝20mm，占去了41％的截面积。

所以得到最小截面积70.179×(1-41％)＝41.41mm ² 。

发明结构最小处传导热截面积仅是典型结构的39.15％，是原典型结构的一半不到。

同理计算得，中间环最小传导截面积是64.51mm²。

外面环最小传导截面积是80.74mm²。

从数据中可以看出三个环中最大传导热的截面积82.46mm²比典型结构105.78mm²要小很多，是典型结构的78％。

图10为本发明轴承的阻导热结构的测试实验示意图。

实验过程：电热器510通电后温度逐渐升高，并在升高的过程中，在每一选择点显示出温度的瞬间时分别记录温度计520和温度计530的显示温度，得到一组数据(温度计520的温度可以从50℃～350℃时每一点上得到温度计530现实的温度与之对应)。同样用各种不同结构的轴承做试验。记录温度计520与温度计530所对应的温度数据。

得到如下表式：

不同基体温度时普通CT管轴承温度与迷宫式CT管轴承温度的比较

单位：℃

不同基体温度时普通CT管轴承温度与图9所示的CT管轴承温度的曲线如图11所示。由此可见，不论是从理论计算和实验阻热数据来看，专利结构确实阻缓热传导至轴承工作区域效果明显。

使用中的主要差别

传统结构CT机工作时高速旋转，钨盘瞬间受X射线轰击，温度可以升高到700℃左右，而通过轴颈等传导可使前轴承工作区域温度升高至450℃。而采用本发明结构，由于导热路径加长2.5倍左右，导热截面积减小1倍在钨盘相同的温度状态下，前轴承区域温度仅360℃，大大改善了轴承润滑性能。通过大量实际使用统计知道轴承延长使用寿命50％～80％。

补充：由于实验是在大气环境中做的，在热传导过程中包含了热对流传热，在真空环境中没有热对流传热因素，阻热作用更加明显。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.医疗影像设备用轴承的阻导热结构，包括轴承主体部分、轴承颈部、轴承法兰，其特征在于，所述轴承法兰的一侧向轴承主体部分方向延伸出一空心散热柱，该空心散热柱与轴承颈部连接，轴承颈部与轴承主体部分连接；该空心散热柱侧壁的剖面结构为若干层薄壁呈“之”字形排列的组合结构。

2.根据权利要求1所述的医疗影像设备用轴承的阻导热结构，其特征在于，所述薄壁共有三层。

3.根据权利要求1所述的医疗影像设备用轴承的阻导热结构，其特征在于，相邻薄壁之间的间距为0.5mm-0.7mm。

4.根据权利要求1所述的医疗影像设备用轴承的阻导热结构，其特征在于，所述空心散热柱侧壁为一体式结构。

5.根据权利要求1所述的医疗影像设备用轴承的阻导热结构，其特征在于，所述轴承法兰上设置有螺栓连接孔，且该螺栓连接孔位于空心散热柱的外侧。