CN218913503U - 芯轴、液态金属轴承、x射线管 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种芯轴、液态金属轴承、X射线管，该芯轴包括：轴体，轴体由第一材料形成，且轴体沿轴体的轴向设有第一通道；内芯，内芯由第二材料形成，第二材料的硬度小于第一材料的硬度，内芯设置在第一通道内。本申请提供的上述方案，通过在轴体上的第一通道中设置内芯，由于内芯的硬度小于轴体的硬度，从而方便车床对内芯的加工以形成冷却介质流道，提高了加工效率，且降低了加工难度。

Description

芯轴、液态金属轴承、X射线管

技术领域

本实用新型涉及X射线管技术领域，特别是涉及一种芯轴、液态金属轴承、X射线管。

背景技术

液态金属轴承由于具有噪声小、寿命长、散热好、运行平稳等一系列特点，被广泛运用在大功率、高转速的高端X射线管中。与传统滚珠轴承球管中阳极主要依靠辐射进行管芯散热不同，液态金属轴承球管阳极大多通过热传导进行管芯散热。其中，在液态金属轴承的芯轴中心加工出流道，在芯轴流道中通冷却介质以进行管芯换热是一种非常高效且实用的设计。

考虑到液态金属轴承的工作环境，液态金属轴承的芯轴需要具备优异的物理化学性能，一般采用钼或钼合金制备，如此可以使得芯轴的结构硬且坚韧。为了进一步增强芯轴流道的换热效率，会将流道设计成尺寸较小、形状相对复杂的翅片形状以提高冷却介质在流道处的流速与增加换热面积，若直接在芯轴上加工小尺寸且复杂的翅片流道，由于芯轴本身结构硬且坚韧，从而导致加工成本高、耗时长且加工难度大。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有芯轴本身结构硬且坚韧，不方便加工流道的问题，提供一种芯轴、液态金属轴承、X射线管。

本申请提供了一种芯轴，包括：

轴体，所述轴体由第一材料形成，且所述轴体沿所述轴体的轴向设有第一通道；

内芯，所述内芯由第二材料形成，所述第二材料的硬度小于所述第一材料的硬度，所述内芯设置在所述第一通道内。

在其中一个实施例中，所述第一通道沿所述轴体的轴向呈凹凸结构，所述内芯沿所述内芯的轴向呈凸凹结构；

当所述内芯设置在所述第一通道内时，所述内芯上的凸凹结构与所述第一通道上的凹凸结构相配合。

在其中一个实施例中，所述轴体的内壁上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度方向与所述第二凹槽的深度方向平行或者相交；且所述第一凹槽和所述第二凹槽均与所述第一通道连通。

在其中一个实施例中，所述内芯沿所述内芯的轴向设置有冷却介质流道，且所述冷却介质流道的直径小于所述第一通道的直径。

在其中一个实施例中，所述冷却介质流道包括第二通道和至少一个翅片流道，所述翅片流道沿所述第二通道的周向设置，所述翅片流道与所述第二通道连通。

在其中一个实施例中，所述第一材料为钼或钼合金，所述第二材料为铜、铝、铁、镍、银或上述一种或多种元素的合金中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述第一通道为圆柱型结构。

在其中一个实施例中，所述第一通道为螺旋型结构。

本申请还提供了一种液态金属轴承，包括轴承本体和设置在所述轴承本体上的芯轴，所述芯轴为如本申请实施例描述中任意一所述的芯轴。

本申请还提供了一种X射线管，包括如本申请实施例描述中所述的液态金属轴承。

本申请的有益效果包括：

本申请提供的芯轴，通过在轴体上的第一通道中设置内芯，由于内芯的硬度小于轴体的硬度，从而方便车床对内芯的加工以形成冷却介质流道，提高了加工效率，且降低了加工难度。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的芯轴结构示意图；

图2为图1中的轴体示意图；

图3为图2中设置内芯后的示意图；

图4为图1的另一示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为本申请一实施例提供的又一芯轴的结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的又一轴体的结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的液态金属轴承示意图。

图中标记如下：

10、轴体；101、第一通道；1011、第一凹槽；1012、第二凹槽；20、内芯；201、凸起；30、冷却介质流道；301、第二通道；302、翅片流道。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本申请中的硬度均指：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。其具体可以通过洛氏硬度衡量。洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。

如图1或图4所示，本申请一实施例中，提供了一种芯轴，用于液态金属轴承，包括：轴体10和内芯20，其中，轴体10由第一材料形成，且轴体10沿轴体10的轴向设有第一通道101，内芯20由第二材料形成，第二材料的硬度小于第一材料的硬度，内芯20设置在第一通道101内。

本申请中的轴体10一般为钼或钼合金，其具有硬脆性，若直接在轴体10上加工冷却介质流道30难度较大，因为冷却介质流道30尺寸小形状复杂，多采用电火花线切割进行加工，加工时间长效率低。因此，如图2所示，本申请首先通过车床在轴体10上加工出第一通道101，随后如图3所示，通过浇筑、压铸或等静压等成型技术在第一通道101中填充第二材料以形成内芯20，其中第二材料一般需要具有导热性好、熔点低和塑性好的特点。

采用上述技术方案，由于内芯20的硬度小于轴体10的硬度，从而方便通过电火花线切割技术对内芯20加工以形成冷却介质流道30，进而提高了加工效率，且降低了加工难度。

在一些实施例中，如图1所示，本申请中的第一通道101沿其轴向呈凹凸结构，同时，内芯20沿其轴向也凸凹结构；当内芯20设置在第一通道101内时，内芯20上的凸凹结构与第一通道101上的凹凸结构相配合。

示例性的，如图2所示，第一通道101沿轴向间隔设置有多个凹槽，如图1所示，内芯20沿轴向间隔设置有多个凸起201。在加工芯轴时，首先将轴体10加工成如图2所示的结构，然后通过浇筑、压铸或等静压等成型技术在第一通道101中填充第二材料以形成内芯20，此时，内芯20上的凸凹结构与第一通道101上的凹凸结构相配合。

本申请中的凹槽形状可以是V型槽、U型槽或其它形状，槽形状不做要求。由于轴体10与内芯20的连接面呈凹凸不平的结构，这种凹凸不平的界面结构有两个显著特点：首先，轴体10的第一材料和内芯20的第二材料除了通过界面反应进行连接外，还可以通过凹凸不平的界面形成强力机械咬合，维持两种材料的连接强度与稳定性；其次，第一材料与第二材料间凹凸不平的界面设计增加了两种材料的连接面积，在增加了焊接强度的同时还可以增加轴体10与内芯20的接触面积，进而提高了轴体10传递到内芯20上的热量的效率。

在一些实施例中，当轴体10与内芯20的连接界面为凹凸结构时，为了进一步增加轴体10和内芯20的机械咬合力和接触面积，如图2所示，本申请在轴体10的内壁上设置有第一凹槽1011和第二凹槽1012，其中，第一凹槽1011的深度方向和第二凹槽1012的深度方向平行或者相交，且第一凹槽1011和第二凹槽1012均与第一通道101连通。

示例性的，如图2所示，其中，第一凹槽1011的深度方向为水平方向，第二凹槽1012的深度方向为竖直方向，第一凹槽1011的深度方向和第二凹槽1012的深度方向相交，且第一凹槽1011和第二凹槽1012不连通。

由于轴体10的内壁上设置有第一凹槽1011和第二凹槽1012，而且第一凹槽1011和第二凹槽1012均与第一通道101连通，所以当通过浇筑、压铸或等静压等成型技术在第一通道101中填充第二材料以形成内芯20时，第二材料也会对应填充到对应的第一凹槽1011和第二凹槽1012内，从而就能够增加轴体10和内芯20的机械咬合力和接触面积。

需要说明的是，本申请中第一凹槽和第二凹槽的结构方向仅为示例，在其他可替代的方案中，也可以采用其它结构，例如，第一凹槽1011的深度方向和第二凹槽的深度方向平行。本申请对第一凹槽和第二凹槽的深度方向均不作特殊限制，只要上述结构能实现本申请的目的便可。

在一些实施例中，如图1所示，本申请中的内芯20沿内芯20的轴向设置有冷却介质流道30，该冷却介质流道30的直径小于第一通道101的直径。冷却介质流道30的设置，方便了冷却介质从内芯20中流动。

在一些实施例中，如图4并结合图5所示，本申请中的冷却介质流道30包括第二通道301和至少一个翅片流道302，其中，翅片流道302沿第二通道301的周向设置，且翅片流道302与第二通道301连通。

示例性的，如图5所示，本申请包括多个翅片流道302，多个翅片流道302沿第二通道301的周向设置在第二通道301的侧壁上。优选地，多个翅片流道302沿第二通道301的周向均匀设置在第二通道301的侧壁上，且每个翅片流道302均与第二通道301连通。多个翅片流道302的设置，增加了冷却介质的流通量，有效提高了冷却效果。

需要说明的是，本申请实施例中的冷却介质流道的结构仅为示例，在其他可替代的方案中，也可以采用其它结构，例如，多个圆柱型通道。本申请对冷却介质流道的具体结构不作特殊限制，只要上述结构能实现本申请的目的便可。

在一些实施例中，第一材料为钼或钼合金，第二材料为铜、铝、铁、镍、银或上述一种或多种元素的合金中的至少一种。

由于钼或钼合金硬度高，从而确保了轴体10的硬度。由于铜、铝、铁、镍、银具有导热性好、熔点低和塑性好的特点，从而其形成的第二材料不但方便加工而且导热性好。

在一些实施例中，为了加工方便，如图6所示，本申请中的第一通道101可以为圆柱型结构。

具体地，当内芯20与轴体10的连接结构如图6所示时，此时，内芯20与轴体10连接界面呈光滑结构，若用钎焊技术将内芯20和轴体10进行连接，则内芯20可以为实体结构；若采用等静压技术进行扩散焊或粉末烧结将内芯20和轴体10进行连接则需要存在内芯20的其轴向为中空结构。

因为钎焊技术是可以在两种材料的间隙中间通过毛细作用连接轴体10和内芯20的，而其它连接第一材料和第二材料的技术是需要内芯20沿其轴向存在中空结构来完成两种材料连接的。从提高散热效率的功能上来说轴体10和内芯20之间的凹凸结构是可以提高散热效率的，但是在本实施例中提到的钎焊、等静压扩散焊和粉末烧结技术制备芯轴时，无法实现轴体10和内芯20之间存在凹凸配合，这与制造技术限制有关。虽然轴体10和内芯20之间呈光滑结构时会降低导热效率，但是其仍然能够实现本发明的目的。

在一些实施例中，如图7所示，本申请中的第一通道101为螺旋型结构，其中，螺旋型结构上的螺牙形状不做要求，具体可以根据实际需要进行设计。

当第一通道101为螺旋型结构时，采用浇筑、压铸或等静压等技术进行填充以形成内芯20，此时，内芯20整体也呈螺旋型结构，这样不但可以通过螺旋型结构的咬合提高轴体10与内芯20的连接强度与稳定性；而且，螺旋型结构的设置，增大了轴体10与内芯20的接触面积，进而提高了轴体10传递到内芯20上的热量的效率。

在一些实施例中，如图8所示，本申请还提供了一种液态金属轴承，包括轴承本体和设置在轴承本体上的芯轴，该芯轴为如本申请实施例描述中任意一的芯轴。

示例性的，如图8所示，该液态金属轴承的液态金属轴承球管管芯11主要包括：管壳12、定子线包13、转子14、液态金属轴承外套组件15、16、17，靶盘18、阴极20和管芯部件21，由于液态金属轴承球管管芯11中各个部件的连接结构为现有技术，此处不再累述。其中，管壳12的作用是维持管芯部件21工作时的真空环境，定子线包13提供转子14一个转动力矩，转子14、液态金属轴承外套组件15、16、17和靶盘18使用螺钉连接在一起，此部分部件在工作时是转动的。液态金属轴承作为旋转部件的支撑件，液态金属19填充在液态金属轴承芯轴和液态金属轴承外套组件之间的缝隙中，起一个润滑和导热作用。在液态金属轴承芯轴的翅片流道内通冷却介质即可实现球管高效散热的作用。

本申请还提供了一种X射线管，包括如本申请实施例描述中的液态金属轴承。

本申请还提供了一种X射线扫描设备，包括如本申请实施例描述中的X射线管。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种芯轴，其特征在于，包括：

轴体(10)，所述轴体(10)由第一材料形成，且所述轴体(10)沿所述轴体(10)的轴向设有第一通道(101)；

内芯(20)，所述内芯(20)由第二材料形成，所述第二材料的硬度小于所述第一材料的硬度，所述内芯(20)设置在所述第一通道(101)内。

2.根据权利要求1所述的芯轴，其特征在于，所述第一通道(101)沿所述轴体(10)的轴向呈凹凸结构，所述内芯(20)沿所述内芯(20)的轴向呈凸凹结构；

当所述内芯(20)设置在所述第一通道(101)内时，所述内芯(20)上的凸凹结构与所述第一通道(101)上的凹凸结构相配合。

3.根据权利要求2所述的芯轴，其特征在于，所述轴体(10)的内壁上设置有第一凹槽(1011)和第二凹槽(1012)，所述第一凹槽(1011)的深度方向与所述第二凹槽(1012)的深度方向平行或者相交；且所述第一凹槽(1011)和所述第二凹槽(1012)均与所述第一通道(101)连通。

4.根据权利要求1所述的芯轴，其特征在于，所述内芯(20)沿所述内芯(20)的轴向设置有冷却介质流道(30)，且所述冷却介质流道(30)的直径小于所述第一通道(101)的直径。

5.根据权利要求4所述的芯轴，其特征在于，所述冷却介质流道(30)包括第二通道(301)和至少一个翅片流道(302)，所述翅片流道(302)沿所述第二通道(301)的周向设置，所述翅片流道(302)与所述第二通道(301)连通。

6.根据权利要求1所述的芯轴，其特征在于，所述第一材料为钼或钼合金，所述第二材料为铜、铝、铁、镍、银或上述一种或多种元素的合金中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的芯轴，其特征在于，所述第一通道(101)为圆柱型结构。

8.根据权利要求1所述的芯轴，其特征在于，所述第一通道(101)为螺旋型结构。

9.一种液态金属轴承，包括轴承本体和设置在所述轴承本体上的芯轴，其特征在于，所述芯轴为如权利要求1-8任意一所述的芯轴。

10.一种X射线管，其特征在于，包括如权利要求9中所述的液态金属轴承。

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