CN112739919A - 自润滑的滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

随着CT扫描器中机架速度的增加，施加在被附加到机架上的组件的径向负载力也随之增加。在CT扫描器的旋转X射线源内部所使用的自润滑的滑动轴承特别易于受到增加的径向负载力的影响，因为在操作中，自润滑的轴承浮置在液体润滑剂膜上。因此，与轴承的固定部分的纵轴相比，径向负载力将趋于作用在轴承的浮动部分上，以在轴承的浮动部分的纵轴上发展离心率。所述离心率最终将导致轴承的浮动部分在操作中与轴承的固定部分相接触，因此限制了自润滑的滑动轴承的承载特性。因此，本申请提出对自润滑的滑动轴承的设计的修改，其中，在轴承内的特定部分处减少或去除轴承的泵送图案，以用于补偿径向负载力的影响。

Description

自润滑的滑动轴承
技术领域
本申请涉及自润滑的滑动轴承、旋转X射线管、X射线成像系统以及制造自润滑的滑动轴承的方法。
背景技术
当需要在高要求的机械和热力工况下传送旋转力时，应用自润滑的滑动轴承，有时被称为流体动力轴承。例如，在高端旋转阳极X射线管中，自润滑的滑动轴承系统被用于支撑旋转阳极。
通常，自润滑的滑动轴承被设置为在固定凹槽深度处具有最佳凹槽角度的径向轴承。相对于承载能力优化了凹槽角度。
WO 2013/046083 A1讨论了用于在X射线管中使用的自润滑的滑动轴承的一些设计考虑。然而，随着X射线应用(诸如CT扫描器)的机架旋转速度和阳极旋转速度的提高，可以进一步开发这样的滑动轴承以更好地抵抗由此引起的高要求工况。
EP 3152449公开了一种流体动力轴承，其利用在流体中的泵送动作的特性来支撑轴承负荷。
US 2016047415公开了用于在X射线系统中向轴承组件的表面提供涂层和纹理的各种方法和系统。
发明内容
因此，可能需要提供一种经改进的自润滑的滑动轴承。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决。根据以下描述中的从属权利要求，另外的示例性实施例是显而易见的。
根据第一方面，提供了一种用于旋转X射线管的自润滑的滑动轴承，包括：
第一轴承构件；
第二轴承构件，其被配置为同心地包围所述第一轴承构件的部分；以及
包含在所述第一轴承构件与所述第二轴承构件的配合表面之间的间隙中的润滑剂。
所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面包括第一区域，所述第一区域包括被配置为泵送润滑剂的泵送图案(pattern)。所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面包括具有经修改的泵送图案或光滑表面的第二区域。
所述第二区域被设置在所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面上，使得在使用中由润滑剂的泵送动作所生成的轴承力与使用中被施加在所述自润滑的滑动轴承上的径向负载力相反，由此减小所述第一轴承构件的纵轴相对于所述第二轴承构件的纵轴的离心率。
因此，能够提供一种能够相对于轴承的运动的方向安装的自润滑的滑动轴承，从而能够补偿、显著减小、或者甚至消除在轴承上发生的径向负载力的效果。换言之，能够实质地减小或者甚至消除由在轴承上发生的径向负载力(或离心力)的效果所引起的自润滑的滑动轴承的构件的离心率。这样的自润滑的滑动轴承具有较高的承载特性，并且能够用于具有相对较快的机架旋转速度的CT扫描器，而无需对轴承的完全重新设计。另外，自润滑的滑动轴承内部的负压区域大大减小。
任选地，所述第二区域在第一点处位于所述第一轴承构件或所述第二轴承构件的所述配合表面上，所述第一点由沿着相应的第一或第二轴承构件的纵轴的第一方向的第一轴向长度以及围绕相应的第一轴承构件或第二轴承构件的配合表面的圆周的第一圆周长度来定义。
因此，所述第二区域缓和或消除了自润滑的滑动轴承的泵送图案的泵送动作，从而使得能够校正使用中的轴承的离心率。
任选地，在使用中，相应的第一轴承构件或第二轴承构件的配合表面的圆周上的位置与施加在所述自润滑的滑动轴承上的径向负载力对准。
因此，如果在使用中所述配合表面的所述第二区域与所述径向负载力对准，则所述第二区域的消除效果最大。
任选地，所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面还包括第三区域，所述第三区域具有进一步修改的泵送图案或光滑表面，其中，第三区域在第二点处位于第一或第二轴承构件的配合表面上，所述第二点由沿着相应的第一或第二轴承构件的纵轴的第一方向的第二轴向长度以及围绕相应的第一轴承构件或第二轴承构件的配合表面的第二圆周长度来定义。
因此，能够提供增强所述第二区域的效果的第三区域。任选地，与所述第二区域相比，所述第三区域能够具有经修改的泵送图案，使得能够更好地控制使用中的所述自润滑的滑动轴承的离心率。例如，第二区域的存在意味着所述自润滑的滑动轴承的轴承构件仅能够相对于径向负载力在其纵轴上倾斜。组合第二区域和第三区域的动作意味着能够提供更复杂的向量，例如，其用于倾斜和平移所述轴承构件的纵轴。
任选地，围绕相应的第一轴承构件或第二轴承构件的配合表面的第二圆周长度与第一圆周长度相同，从而定义相应的第二和第三区域的第一点和第二点沿着第一轴承构件或第二轴承构件的纵轴在圆周上对准。
任选地，所述第二区域具有正方形、矩形、圆形、梯形、三角形或椭圆形形状。
任选地，所述第二区域包括具有与所述第一区域的泵送图案的凹槽深度和/或宽度相比较小的凹槽深度和/或宽度的泵送图案的表面。
任选地，所述第二区域包括具有与所述第一区域的泵送图案的凹槽深度和/或宽度相比围绕所述第二圆周长度持续变浅的凹槽深度和/或宽度的泵送图案的表面。
任选地，所述第二区域包括具有与所述第一区域的泵送图案相比包括经修改的凹槽几何结构的泵送图案的表面。
任选地，所述第二区域的面积与第一或第二轴承构件的总表面成比例地在5-30％的范围内。
因此，所述第二区域的泵送图案能够被优化以提供润滑剂中的压力分布，从而在轴承中引起较小的离心率，所述离心率具有压力(即负压)下的最小面积并且生成抵消径向负载力的力。
根据第二方面，提供一种旋转X射线管，其包括根据第一方面或者其实施例的自润滑的滑动轴承。
因此，可以提供一种具有对径向负载的高抵抗力、更高的负载处理特性和/或更长的寿命的X射线管(因为在存在较大的径向负载的情况下轴承构件不相互碰撞)。
根据第三方面，提供一种X射线成像系统，其包括：
用于执行对患者的X射线成像的感兴趣区域；
围绕所述感兴趣区域的机架；
X射线源，其包括根据权利要求10所述的被安装到机架上并且围绕所述感兴趣区域可移动的旋转X射线管；以及
X射线探测器，其被配置为接收由所述X射线源发射的X射线。
所述旋转X射线管在X射线源中对准，使得所述自润滑的滑动轴承的所述第二区域在使用中通过X射线源围绕机架的运动而施加在X射线管上的离心力对准，从而离心力与由润滑剂的泵送动作所生成的轴承力相反，由此减小第一轴承构件的纵轴相对于第二轴承构件的轴的离心率。
因此，针对给定的旋转X射线源，可以提供具有更快的机架旋转速度的X射线成像系统，这是因为旋转X射线源可以适于在不重新设计整个自润滑的轴承的情况下更能抵抗径向负载。
根据第四方面，提供一种制造自润滑的滑动轴承的方法，包括：
a)提供第一轴承构件；
b)提供第二轴承构件，其被配置为同心地包围所述第一轴承构件的部分；
c)形成所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的配合表面，所述配合表面包括第一区域，所述第一区域包括被配置为泵送润滑剂的泵送图案；
d)形成所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的配合表面，所述配合表面包括第二区域，所述第二区域具有经修改的泵送图案或光滑表面；其中，所述第二区域被设置在所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面上，使得在使用中由润滑剂的泵送动作所生成的轴承力与在使用中被施加在所述自润滑的滑动轴承上的径向负载力相反，由此减小第一轴承构件的轴相对于第二轴承构件的轴的离心率；
e)将润滑剂引入到在所述第一轴承构件与所述第二轴承构件之间的间隙中；并且
f)密封所述第一轴承构件和所述第二轴承构件。
在本申请中，术语“配合表面”意指所述第一轴承构件和所述第二轴承构件的面对的表面，其被配置为在操作中捕获或挤压流体润滑剂。所述配合表面或者其部分可以具有泵送图案。
在本申请中，术语“泵送图案”意指被施加到轴承构件的部分的光滑表面上的表面变化，所述表面变化使得能够调制在自润滑的滑动轴承中的润滑剂的压力。具体地，所述泵送图案可以被设置为如参考WO 2013/046083中的人字形图案、弯曲的人字形图案等，例如通过激光烧结来制造。
在本申请中，术语“经修改的泵送图案”意指具有与上文所描述的“泵送图案”相比在泵送润滑剂方面不太有效的泵送图案的区域。在该上下文中，“不太有效”可以意指例如与泵送图案相比，在轴承的恒定旋转速度的情况下，具有经修改的泵送图案的区域在第二轴承部分的表面的每单位面积上生成的液压较低。因此，“经修改的泵送图案”可以采取与用作泵送图案相同的人字形图案的形式，但是每单位面积上的凹槽减少一半或三分之一。替代地或组合地，“经修改的泵送图案”能够具有深度减小的凹槽，并且因此具有减小的泵送效果。随后的申请将讨论用于提供“经修改的泵送图案”的若干选项。
在后续申请中，术语“光滑表面”意指例如平均均方根粗糙度为1um或更小的表面。
因此，本发明的基本思想是：在有效泵送能力降低的自润滑的滑动轴承的径向轴承(轴颈轴承)中引入区域，使得能够增加轴承的承载能力，并且在对自润滑的滑动轴承施加高径向负载的使用情况下，减少轴承中的低压的不想要的区域。在径向轴承的有效泵送能力降低的区域不存在的情况下(例如，通过省略开凹槽的泵送图案，或者通过减小构成开凹槽的泵送图案的凹槽的深度)，施加在子润滑的滑动轴承上的高径向负载将使径向轴与其中心轴相比偏移(换言之，获取离心率)。
附图说明
图1示意性图示了根据第三方面的X射线成像系统(CT扫描系统)。
图2a示意性图示了在平衡的操作中施加在自润滑的轴承上的力。
图2b示意性图示了当径向负载力引起在自润滑的轴承中的离心率时在使用中施加在自润滑的轴承上的力。
图3示意性图示了根据第一方面的自润滑的滑动轴承的侧面剖视图。
图4a示意性图示了根据第一方面的第一轴承构件的外表面的侧视图。
图4b示意性图示了根据第一方面的沿着第一轴承构件的纵轴的第一轴承构件的剖视图。
图5a图示了在高负荷的现有技术的自润滑的滑动轴承中的压力分布的模拟结果。
图5b图示了在高负荷的自润滑的滑动轴承中的压力分布的模拟结果。
图6a图示了高负荷的现有技术的自润滑的滑动轴承的开关功能(零或负压区域)的模拟结果。
图6b图示了根据本发明的各方面的高负荷的自润滑的滑动轴承的开关功能(零或负压区域)的模拟结果。
图7图示了根据第二方面的旋转X射线源的侧面剖视图。
图8示意性图示了第一方面或者其任选实施例的自润滑的滑动轴承的制造方法。
具体实施方式
X射线管诸如在CT扫描器中的应用要求更高的机架速度，并且因此，X射线管中的径向轴承的所需的承载能力也在增加。现有的径向轴承设计(具有直凹槽)对预期的径向负荷是不够的。尽管增加典型的自润滑的轴承的泵送图案的长度和/或直径将改善性能特性，但是必须更改现有系统的基本轴承几何结构，并且这样做将要求以很大的成本对X射线管进行完全重新设计。制造径向轴承的成本也不应当显著增加。
图1示意性图示了根据第三方面的X射线成像系统10(CT扫描系统)。所述X射线成像系统包括用于对患者14进行X射线成像的感兴趣区域12。感兴趣区域12被可旋转机架16包围。X射线源18被牢固地附接到可旋转机架16上。在使用中，X射线源18向感兴趣区域12中的患者14发射X射线束20。X射线束20穿过患者14并且被例如与X射线源18相对地牢固地安装到可旋转机架16上的X射线探测器22接收。尽管已经图示了弯曲的X射线探测器22，但是将意识到，可以使用能够生成患者的X射线图像的任何X射线探测器(诸如二维平板探测器或者一维切片探测器)。X射线成像系统控制器24从X射线源22接收患者14的X射线图像数据。
将意识到，X射线源18是旋转X射线源，并且包含根据第一方面的自润滑密封轴承，这将在随后进行讨论。为了将第一方面置于其上下文中，图1示出了X射线源18被安装在机架16上。通常，将X射线源18和机架16定向为最小化或者移除陀螺动量(X射线源的旋转分量最多可以旋转达200Hz)。这是通过确保X射线源18内部的旋转阳极的旋转轴与机架16的旋转轴平行对准来实现的。当然，可以设想到与机架16的旋转轴和X射线源18的旋转轴的平行对准稍有偏差(例如，以给出患者的更好的波束消除)，但是X射线源18的旋转分量上的陀螺力分量将取决于机架16的旋转轴与X射线源18的旋转轴的未对准程度。在假设机架16的旋转轴基本上平行于X射线源18的旋转分量的旋转轴时，陀螺动量将被最小化。然而，即使具有这样的对准，X射线源18的旋转分量仍将遭受被链接到影响X射线源18的旋转分量的机架16的角速度ωg的径向负载力(离心力)。
当在机架旋转期间受到径向负载力(离心力)时，X射线源18中的自润滑的轴承的旋转分量趋于获得离心率。自润滑的轴承通常包括浮置在润滑剂上的旋转部分和固定部分。换言之，当机架固定时，润滑剂中的液压平衡，并且旋转部分通常在与固定部分等间距的位置处平衡。然而，当机架移动时，被施加在旋转部分(悬浮在润滑剂中)上的径向负载力倾向于推动旋转部分的旋转轴与固定部分的纵轴不对准。换言之，所述旋转部分的一端比旋转部分的远离固定部分的相对端更靠近固定部分。换言之，在X射线源中的自润滑的轴承上的径向负载力使旋转部分相对于固定部分获得离心率。
图2a示意性图示了处于平衡的操作(没有或者可忽略的径向负载)中的自润滑的轴承的剖视图。第一轴承构件21(轴)是固定的，并且第二轴承构件以旋转速度ω旋转。第一轴承构件21的纵轴A1沿着与第二轴承构件23的纵轴(未示出)相同的路径。例如，纵轴A1与X射线图像机架的旋转平面正交。在图2a中，机架旋转速度足够低，以至于不在自润滑的滑动轴承上施加显著的径向力。因此，第二轴承构件23相对于第一轴承构件21不离心。轴承间隙d1、d2的宽度在圆周上在围绕轴承的横截面的所有点处相等或基本相等。
图2b示意性图示了在不平衡的操作中的自润滑的轴承的剖视图。在这种情况下，显著的径向力向量FR被施加在自润滑的轴承的第一侧上，同时还图示了径向轴承的反作用力Fb。能够看到，第一轴承构件21的纵轴A1是固定的，但是第二轴承构件23的纵轴A2以离心的方式偏移，使得轴承间隙不相等，在d3处达到最小值。
本申请的观察在于：在图2b中所图示的离心率是由于自润滑的滑动轴承的配合表面在径向轴承的整个圆周周围都具有泵送图案而引起的，但是径向负载力是从特定方向产生的，导致在第二轴承构件上的不平衡的力。本申请提出降低自润滑的滑动轴承的固定配合表面的圆周的扇区周围的泵送图案的有效性(例如，在轴承表面的每单位面积上的润滑剂中所引起的压力)，以补偿径向负载力向量(例如，轴承的固定配合表面是相对于支撑构件(诸如支撑CT机架)的参考系不移动的表面)。
通过将固定轴的特定区域设计为具有经修改的泵送图案，能够通过有限元建模(FEM)模拟表明：能够确定轴承中的离心率和压力，从而使径向负载力FR平衡，或者通过由轴承所生成的力来减小FR。因此，通过对具有经修改的泵送图案的轴的特定区域的适当设计，对于给定范围的机架旋转速度，能够减小或者基本消除轴承的离心率。当然，这假设经修改的泵送图案相对于CT系统的机架的参考系保持在固定位置中。
图3示意性图示了根据第一方面的自润滑的滑动轴承的侧视剖视图。
自润滑的轴承30(螺旋凹槽轴承)通常包括径向轴承部分32、推力轴承部分34以及密封在轴承间隙中的润滑剂36。将第一轴承构件38设置为轴，第二轴承构件40围绕该轴同心地包围第一轴承构件38的部分，同时将润滑剂36密封在第一轴承构件与第二轴承构件之间的轴承间隙中。在第一轴承构件与第二轴承构件之间的轴承间隙通常在10μm至20μm之间，但是该范围的变化能够取决于应用而定。通常，X射线源18的旋转阳极盘(在图2中未示出)被可旋转地附接到第二轴承构件40，并且第一轴承构件38被锚定到支撑单元。换言之，在典型的旋转X射线源18中，第二轴承构件40围绕固定的第一轴承构件38旋转。
然而，将意识到，根据第一方面的自润滑的轴承并不限于此，并且根据未图示出的变型，第二轴承构件40是固定的(相对于旋转X射线源的支撑构件的参考系)，并且第一轴承构件38能够相对于第二轴承构件40旋转。
因此，包含经修改的泵送图案或者没有泵送图案的区域(44、46)相对于旋转X射线源的支撑构件(诸如CT机架)的参考系是固定的。
第一轴承构件和第二轴承构件可以例如由钼合金制成，但是可以考虑将其他材料和合金用于将自润滑的轴承应用于不需要这样的高要求耐热性的其他使用场景。
润滑剂36通常是诸如“Galinstan”(GaInSn)之类的导电液态金属，但是也可以使用能够传导电流(至旋转阳极)并且承受轴承中的高温和高压的其他材料。
自润滑的轴承的径向轴承部分32包括第一泵送图案42a和第二泵送图案42b，在所图示的示例中，所述泵送图案由人字形(herringbone)凹槽图案形成。第二轴承构件40相对于第一轴承构件38的旋转导致第一轴承构件38的泵送图案以高的流体压力迫使相对不可压缩的润滑剂进入到轴承间隙的小区域中，这旋转轴承构件和固定轴承构件分离。
所述自润滑的轴承的推力轴承部分34包括另外的泵送图案(未示出)，以生成迫使润滑剂36保持在轴承间隙内的压力。
在操作中，第一轴承构件38和第二轴承构件40是固定的。在将电流施加到驱动马达(未示出)上时，第二轴承构件40上的旋转力使第二轴承构件40开始旋转，其中润滑剂36相对于泵送图案42a和42b移动，并且推力轴承部分34进入均衡，从而第二轴承构件40悬置在润滑剂36中。在启动和关闭时，第二轴承构件40会与第一轴承构件38碰撞，但是在均衡状态下，第二轴承构件40不接触第一轴承构件38。
值得注意的是，在根据第一方面的自润滑的轴承30中，第二轴承构件或第一轴承构件的配合表面包括具有经修改的泵送图案的第二区域。图2图示了包括具有第一经修改的泵送图案的第二区域44和具有第二经修改的泵送图案的第三区域46的自润滑的轴承。在这种情况下，第一和第二经修改的泵送图案两者均包括第一轴承构件38中的不包含凹槽的光滑区域。当在第一轴承构件38的部分中不存在凹槽时，第一轴承构件38的该部分也没有或者大大减少了泵送动作。
图4示意性图示了根据第一方面的实施例的经修改的轴承构件(轴承轴颈)的外表面的侧视图。
在图4中，图示了形成径向轴承的第一轴承构件38与自润滑的轴承的其余部分隔离。第一轴承构件38的所图示的实施例将相对于使用其的机架的参考系保持固定。作为参考，第一轴承构件38包括近端43。任选地，近端和/或远端包括推力轴承图案(未示出)。第一轴承构件38的纵轴A2是使用虚线图示出的。第一轴承构件38的第二区域44包括经修改的泵送图案或光滑表面。如在图3中所图示的，可以以矩形或正方形配置来提供经修改的泵送图案或光滑表面，但是将意识到，这仅仅是一种选择，并且第一轴承构件38的经修改的泵送图案或光滑表面可以被设置为圆形、三角形、水滴形、椭圆形或定制设计的形状。
第一轴承构件38的第三区域46包括进一步修改的泵送图案或光滑表面。然而，将意识到，任选地，第一轴承构件38可以仅被设置有包括经修改的泵送图案或光滑表面的一个区域。
第一轴承构件38(轴)的其余表面包括常规的泵送图案42a、42b。
所图示的第一轴承构件38的第二区域44在第一轴承构件38的位置L1+L2+L3处居中，换言之，第二区域44在沿着第一轴承构件38的距近端43的距离的四分之三处居中。第二区域44在其中心点处被细分为朝向近端43的距离Δz3和朝向远端45的距离Δz4。第二区域44形成在由宽度为Δz3+Δz4的矩形区域和沿着圆周段ΔφA围绕第一轴承构件38的圆周延伸的圆周段定义的第一轴承构建38的圆柱的扇区上。为了便于说明，圆柱段被图示为被叠加在第一轴承构件38的顶部上的矩形。任选地，长度Δz3＝Δz4。
任选地，Δz3与Δz4的近似比之一例如为1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4。这具有使第二区域44的位置进一步朝向第一轴承构件38的远端45偏置的效果，由此将较低泵送压力的区域定位为更靠近自润滑的轴承的端部。
任选地，Δz3与Δz4的近似比之一例如为4:1、3.5:1、3:1、2.5:1、2:1、1.5:1。这具有使第二区域44的位置进一步朝向第一轴承构件38的近端43偏置的效果，由此将较低泵送压力的区域定位为更靠近自润滑的轴承的中心。
任选地，ΔφA在第二区域44的更靠近近端43的端部与第一轴承构件38的远端45之间变化。这样的效果是沿着轴承的轴向A2逐渐改变泵送压力。
在一种变型中，在第二区域44的靠近近端43的端部处的ΔφA可以与在第二区域44的靠近远端43的端部处的ΔφA的比率以近似比1:0.9、1:0.8、1:0.7、1:0.5、1:0.4、1:0.3、1:0.2、1:0.1之一提供。这样的效果是随着靠近轴承的远端45而沿着轴向方向A2逐渐减小泵送压力。
在另一变型中，在第二区域44的靠近近端43的端部处的ΔφA可以与在第二区域44的靠近远端43的端部处的ΔφA的比率以近似比0.9:1、0.8:1、0.7:1、0.6:1、0.5:1、0.4:1、0.3:1、0.2:1、0.1:1之一提供。这样的效果是随着靠近轴承的远端45而沿着轴向方向A2逐渐增加泵送压力。
任选地，可以提供所图示的第一轴承构件38的第三区域46。第三区域46在远离近端43的位置L1处居中。
第三区域46在其中心点处被细分为朝向近端43的距离Δz1和朝向远端45的距离Δz2。第二区域44形成在由宽度为Δz1+Δz2的矩形区域和沿着圆周段ΔφB围绕第一轴承构件38的圆周延伸的圆周段定义的第一轴承构建38的圆柱的扇区上。为了便于说明，圆柱段被图示为被叠加在第一轴承构件38的顶部上的矩形。任选地，长度Δz1＝Δz2。
任选地，Δz1与Δz2的近似比之一例如为1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4。这具有使第三区域46的位置进一步朝向第一轴承构件38的远端45偏置的效果，由此将较低泵送压力的区域定位为更靠近自润滑的轴承的端部。
任选地，Δz1与Δz2的近似比之一例如为4:1、3.5:1、3:1、2.5:1、2:1、1.5:1。这具有使第三区域46的位置进一步朝向第一轴承构件38的近端43偏置的效果，由此将较低泵送压力的区域定位为更靠近自润滑的轴承的中心。
在一种变型中，在第三区域46的靠近近端43的端部处的ΔφA可以与在第三区域46的靠近远端43的端部处的ΔφA的比率以近似比1:0.9、1:0.8、1:0.7、1:0.5、1:0.4、1:0.3、1:0.2、1:0.1之一提供。这样的效果是随着靠近轴承的远端45而沿着轴向方向A2逐渐减小泵送压力。
在另一变型中，在第三区域46的靠近近端43的端部处的ΔφB可以与在第三区域46的靠近远端43的端部处的ΔφB的比率以近似比0.9:1、0.8:1、0.7:1、0.6:1、0.5:1、0.4:1、0.3:1、0.2:1、0.1:1之一提供。这样的效果是随着靠近轴承的近端43而沿着轴向方向A2逐渐减小泵送压力。
任选地，所述第二区域和所述第三区域可以做得很大，以使其接合成统一的区域，该区域沿着第一轴承构件的轴A2基本上在其整个长度上延伸。
当然，第二区域44和第三区域46可以被设置有上文概述的选项的多种不同组合，从而能够补偿轴承内沿着径向力方向的压力以减小离心率，因为机架移动取决于CT扫描器或C型臂系统的设计。
图4b示意性图示了根据第一方面的第一轴承构件38沿着第一轴承构件38的纵轴A2的剖视图。箭头ω指示同心地包围第二轴承构件40(未示出)的旋转的方向，因为在用于X射线源的自润滑的滑动轴承中，第一轴承构件38(轴)是固定的。第一轴承构件38(轴)的表面的第一部分Δφ被设置有经修改的泵送图案，或者没有泵送图案(光滑表面)。第一轴承构件38(轴)的表面的其余部分φ例如被设置有常规的凹槽图案48。第一轴承构件38的具有常规的凹槽图案48的部分将提供相对高的泵送压力，并且第一轴承构件38(轴)的表面的部分Δφ被设置有经修改的泵送图案或者没有泵送图案(光滑表面)，将提供较小或可忽略的泵送压力。因此，如果固定的第一轴承构建38被安装成使得第一轴承构件38(轴)的表面的部分Δφ朝向在自润滑的滑动轴承上发生的径向负载力的方向或者与在之相同的方向上对准，则第二轴承构件40相对于第一轴承构件38的离心率减小或基本消除。
上文的讨论针对一种用于在旋转阳极X射线源中使用的自润滑的滑动轴承，其中，中心轴(第一轴承构件38)相对于旋转机架的参考系是固定的，而同心地包围并且密封第一轴承构件40的第二轴承构件40围绕第一轴承构件38(轴)旋转并且被附接到旋转阳极上。当然，上文所讨论的原理可以被应用于其中第一轴承构件38(轴)旋转而第二轴承构件40(同心地包围旋转轴)固定的自润滑的滑动轴承。在这种情况下，在第二轴承构件40上提供经修改的泵送图案，但是上文所讨论的所有设计选项仍然是相关的。
所述第二区域和所述第三区域被设置有具有减小的泵送特性的经修改的泵送图案(与覆盖相关轴承表面的其余部分的泵送图案相比)或光滑表面。
任选地，所述经修改的泵送图案能够被设置有与不在第二和/或第三区域中的泵送图案的凹槽的深度相比深度减小的凹槽。具体地，第二和/或第三区域中的凹槽的深度与不在第二和/或第三区域中的泵送图案中的凹槽的深度之比可以是取自以下列表中的比率中的近似一个：0.9:1、0.8:1、0.7:1、0.6:1、0.5:1、0.4:1、0.3:1、0.2:1、0.1:1、0.05:1。
任选地，所述经修改的泵送图案包括在第二和/或第三区域中具有连续变化的深度的凹槽。例如，提供了常规的泵送图案，但是在常规的泵送图案的对应于第二和/或第三区域的位置中，在第二和/或第三区域中的凹槽的深度通过第二和/或第三区域的以下边界连续地减小为零。
任选地，不在第二和/或第三区域中的轴承表面的泵送图案是具有弯曲凹槽(可感知的曲率半径)的弯曲泵送图案，并且经修改的泵送图案具有直凹槽。
任选地，经修改的泵送图案包括被设置为第一轴承构件和/或第二轴承构件的凹入部分的光滑表面。具体地，经修改的泵送图案被设置为平滑表面，与第一和/或第二轴承构件的基准(平均)表面深度相比，所述平滑表面的平均深度大于1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
任选地，经修改的泵送图案包括设置为第一和/或第二轴承构件的凸起(台面)部分的光滑表面。具体地，经修改的泵送图案被设置为平滑表面，其平均高度大于1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
因此，已经概述了许多方法，允许径向轴承的区域以增加轴承的承载能力(因为轴承的离心率与轴承所承载的负载有关)，并且轴承中的低压区域能够减少。
任选地，第二和/或第三区域具有与第一和/或第二轴承构建的总表面成比例的5-30％、5-25％、2-20％、5-15％或5-10％的范围内的面积。
认为能够以许多不同的形式和维度提供根据第一方面的自润滑的滑动轴承，同时保持忠实于本发明的构思。
已经执行了有限元建模(FEM)模拟以验证上文所讨论的概念的证明。
图5a图示了在具有直凹槽的高负荷常规自润滑的轴承中的压力分布。具体地，x轴60表示以mm为单位的沿着轴承的纵轴坐标，并且y轴62表示围绕轴承的圆周坐标。图例64是灰度压力特性的压力标度，范围在0至65 105Nm-2之间。
图5b图示了根据第一方面的高负荷自润滑的滑动轴承中的压力分布的模拟结果。轴和比例尺与图5a中的那些相同。由框66和68示出了经修改的泵送图案在不具有凹槽的固定轴承轴上的位置。
在图5b中，在不具有凹槽区域的轴承的区域处的压力显著降低。在模拟中，这导致同心(浮动)轴承组件的纵轴对于轴(固定)轴承组件的纵轴的离心率降低了22％。
图6a图示了具有在图5a中所图示的直凹槽的高负荷常规自润滑的轴承的“开关功能”分布(开关功能突出了负压的区域)。具体地，x轴70表示以mm为单位沿着轴承的纵轴坐标，并且y轴72表示围绕轴承的圆周坐标。图例74是灰度压力特性的压力标尺，其线性范围在0至65 105Nm-2之间。
图6b图示了同样在图5b中图示出的根据第一方面的高负荷自润滑的轴承的“开关功能”分布(开关功能突出了负压的区域)。由框76和78示出了经修改的泵送图案在不具有凹槽的固定轴承轴上的位置。注意，与图6a的情况相比，轴承内的负压区域显著减小。
根据第二方面，提供了一种旋转X射线管80，其包括根据第一方面或者其实施例的自润滑的滑动轴承。
图7图示了根据第二方面的旋转X射线管的示意性侧面剖视图。旋转X射线管80包括金属框架82，阴极84经由阴极隔离器86被连接到金属框架82。阳极包括旋转阳极盘88。旋转阳极经由阳极隔离器被连接到金属框架82。阴极84适于朝着阳极盘88发射电子，而阳极盘88提供了可旋转表面，由于由阴极84发射的电子以高能量撞击到阳极盘上，因此所述可旋转表面根据“Bremsstrahlung”原理生成X射线90。X射线90任选地经由格栅过滤器(未示出)并且经由例如由铍制成的X射线窗口92离开金属框架82。可旋转的阳极盘由根据第一方面或者其任选实施例的自润滑的滑动轴承支撑，所述自润滑的滑动轴承继而被连接到阳极隔离器。轴承轴94被连接到支撑件96。轴承轴94(第一轴承构件)被轴承套98(第二轴承构件)同心地包围。尽管未示出，但是在轴承轴94与轴承套98之间的轴承间隙100包括液态金属润滑剂(共晶)，以在旋转的阳极盘与金属框架82之间提供热和电的链接。因此，轴承套98在径向负载力的影响下能够获取轻微的离心特性(换言之，轴承套98的纵轴成角度地远离轴承轴94的纵轴)。在所图示的示例中，轴承轴94被设置有交错的泵送图案102。泵送图案102包括第二区域和第三区域，所述第二区域和第三区域具有经修改的泵送图案或光滑表面，但是在泵送轴承间隙100中的润滑剂方面效果较差。因为第二区域和第三区域被设置在固定轴承轴94上，因此在使用期间，第二区域和第三区域不相对于支撑旋转X射线源80的机架的参考系移动。
因此，如果第二区域和第三区域朝向机架的运动方向ωg对准(在图7的情况下，将安装旋转X射线源，使得ωg沿着与轴承的轴和转子平行的方向(即，X射线管向上移出页面))，则能够减小轴承上的径向负载源(并且因此能够减小离心率)。
根据第三方面，提供一种X射线成像系统10，其包括：
用于执行对患者14的X射线成像的感兴趣区域12；
围绕所述感兴趣区域的机架16；
X射线源18，其包括根据权利要求10所述的被安装到机架上并且围绕所述感兴趣区域可移动的旋转X射线管；以及
X射线探测器22，其被配置为接收由所述X射线源发射的X射线。
所述旋转X射线管在X射线源中对准，使得自润滑的滑动轴承的第二区域在使用中与通过X射线源围绕机架的运动而被施加在X射线管上的离心力对准，从而离心力与由润滑剂的泵送动作所生成的轴承力相反，由此减小第一轴承构件的纵轴相对于第二轴承构件的纵轴的离心率。
任选地，所述X射线成像系统是CT扫描器或C形臂。
根据第四方面，提供一种制造自润滑的滑动轴承的方法，包括：
a)提供第一轴承构件；
b)提供第二轴承构件，其被配置为同心地包围所述第一轴承构件的部分；
c)形成所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的配合表面，所述配合表面包括第一区域，所述第一区域包括被配置为泵送润滑剂的泵送图案；
d)形成所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的配合表面，所述配合表面包括第二区域，所述第二区域具有经修改的泵送图案或光滑表面，其中，所述第二区域被设置在所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面上，使得在使用中由润滑剂的泵送动作所生成的轴承力与在使用中被施加在所述自润滑的滑动轴承上的径向负载力相反，由此减小所述第一轴承构件的纵轴相对于所述第二轴承构件的纵轴的离心率；
e)将润滑剂引入到在所述第一轴承构件与所述第二轴承构件之间的间隙中；并且
f)密封所述第一轴承构件和所述第二轴承构件。
任选地，可以使用诸如钼的材料来提供第一和/或第二轴承构件，但是可以使用许多其他类似的合适的材料。
可以使用例如激光烧结来提供泵送图案。施加激光烧结过程，从而使用相同的激光烧结机，在与通用泵送图案同时制造包括深度减小或改变的凹槽的第二区域或者没有凹槽的第二区域的经修改的泵送图案。如上文第一方面相关讨论的，激光烧结过程可以被用于提供如第二区域和/或第三区域。替代地或组合地，例如，可以使用酸或等离子体蚀刻或等离子体沉积技术来提供具有经修改的泵送图案或光滑表面的第二区域。任选地，在密封轴承之前，执行脱气过程。
应当注意，已经参考不同的主题描述了本发明的各方面和实施例。具体地，参考方法类型的权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中得出，除非另行指出，否则除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，与不同主题相关的特征之间的任意组合被认为是以本申请公开的。可组合在本文中所讨论的所有特征以提供协同作用，这要超出简单地将这些特征相加。尽管已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，但是这种示出和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，实践所要求保护的发明的本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种用于旋转X射线管的自润滑的滑动轴承(30)，包括：
第一轴承构件(38)；
第二轴承构件(40)，其被配置为同心地包围所述第一轴承构件的部分；以及
包含在所述第一轴承构件与所述第二轴承构件(40)的配合表面之间的间隙中的润滑剂(36)；
其中，所述第二轴承构件(40)或所述第一轴承构件的所述配合表面包括第一区域，所述第一区域包括被配置为泵送所述润滑剂的泵送图案；
其中，所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面包括第二区域(44)，所述第二区域具有经修改的泵送图案或光滑表面；
其中，所述第二区域(44)被设置在所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面上，使得在使用中由所述润滑剂的泵送动作所生成的轴承力与在使用中被施加在所述自润滑的滑动轴承上的径向负载力(FR)相反，由此减小所述第一轴承构件的纵轴(A1)相对于第二轴承构件的纵轴(A2)的离心率(A1-A2)。
2.根据权利要求1所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，所述第二区域(44)在第一点处位于所述第一轴承构件或所述第二轴承构件(40)的所述配合表面上，所述第一点由沿着相应的所述第一轴承构件或所述第二轴承构件的所述纵轴的第一方向的第一轴向长度(L1+L2+L3)以及围绕相应的所述第一轴承构件(38)或所述第二轴承构件的所述配合表面的圆周的第一圆周长度
Figure FDA0002980278340000011
来定义。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，在使用中，相应的所述第一轴承构件(38)或所述第二轴承构件(40)的所述配合表面的圆周上的位置与被施加在所述自润滑的滑动轴承上的所述径向负载力(FR)对准。
4.根据前述权利要求中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，所述第二轴承构件(40)或所述第一轴承构件(38)的所述配合表面还包括第三区域(46)，所述第三区域具有光滑表面或者与所述第二区域相比的进一步修改的泵送图案，其中，所述第三区域(46)在第二点处位于所述第一轴承构件或所述第二轴承构件的所述配合表面上，所述第二点由沿着相应的所述第一轴承构件或所述第二轴承构件的所述纵轴的第一方向的第二轴向长度(L1)以及围绕相应的所述第一轴承构件或所述第二轴承构件的所述配合表面的第二圆周长度
Figure FDA0002980278340000021
来定义。
5.根据前述权利要求中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，围绕相应的所述第一轴承构件(38)或所述第二轴承构件(40)的所述配合表面的所述第二圆周长度与所述第一圆周长度相同，从而定义相应的所述第二区域和所述第三区域的位置的所述第一点和所述第二点沿着所述第一轴承构件或所述第二轴承构件的所述纵轴在圆周上对准。
6.根据前述权利要求中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，所述第二区域(44)具有正方形、矩形、圆形、梯形、三角形或椭圆形形状。
7.根据前述权利要求中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，所述经修改的泵送图案包括具有与所述第一区域的所述泵送图案的凹槽深度和/或宽度相比较小的凹槽深度和/或宽度的表面。
8.根据前述权利要求中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，所述经修改的泵送图案包括具有与所述第一区域的所述泵送图案的凹槽深度和/或宽度相比围绕所述第二圆周长度持续变浅的凹槽深度和/或宽度的表面。
9.根据前述权利要求中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，所述第二区域(44)包括经修改的泵送图案，所述经修改的泵送图案与所述第一区域的泵送图案相比包括经修改的凹槽几何结构。
10.根据前述权利要求中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)，
其中，所述第二区域(44)具有在所述第一轴承构件或所述第二轴承构件的总表面的5-30％的比例范围内的面积。
11.一种旋转X射线管(80)，包括根据权利要求1至10中的一项所述的自润滑的滑动轴承(30)。
12.一种X射线成像系统(10)，包括：
用于执行对患者的X射线成像的感兴趣区域(12)；
围绕所述感兴趣区域的机架(16)；
X射线源(18)，其包括被安装到所述机架并且围绕所述感兴趣区域能移动的根据权利要求11所述的旋转X射线管；以及
X射线探测器(22)，其被配置为接收由所述X射线源发射的X射线；
其中，所述旋转X射线管在所述X射线源中对准，使得所述自润滑的滑动轴承的第二区域(44)与在使用中通过所述X射线源围绕所述机架的运动而施加在所述旋转X射线管上的径向负载力对准，从而所述径向负载力与由润滑剂的泵送动作所生成的轴承力相反，由此减小第一轴承构件(38)的纵轴相对于第二轴承构件的纵轴的离心率。
13.一种制造自润滑的滑动轴承的方法，包括：
a)提供第一轴承构件(38)；
b)提供第二轴承构件，其被配置为同心地包围所述第一轴承构件的部分；
c)形成所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的配合表面，所述配合表面包括第一区域，所述第一区域包括被配置为泵送润滑剂的泵送图案；
d)形成所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的配合表面，所述配合表面包括第二区域(44)，所述第二区域具有经修改的泵送图案或光滑表面；其中，所述第二区域被设置在所述第二轴承构件或所述第一轴承构件的所述配合表面上，使得在使用中由所述润滑剂的泵送动作所生成的轴承力与在使用中被施加在所述自润滑的滑动轴承上的径向负载力相反，由此减小所述第一轴承构件的纵轴相对于第二轴承构件的纵轴的离心率；
e)将润滑剂引入到所述第一轴承构件与所述第二轴承构件之间的间隙中；并且
f)密封所述第一轴承构件和所述第二轴承构件。
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