一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管制造技术

本发明专利技术公开了一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管，属于医用探测及射线计量检测技术领域，包括靶盘、支撑环、转子钼棒、转子铜套、转子铁座、阳极波纹陶瓷和空心轴承。本发明专利技术给出了一种结合空心靶盘、空心轴承系统、阳极波纹陶瓷结构和新的靶盘固定方式的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，以实现5MHU及以上大热容量X射线管的解决方案；其中，空心靶盘的结构设计，靶盘的热量通过空腔直接将热量传导至转子铜套上；空心轴套的设计，冷却油可直接冷却到轴套内部；阳极波纹陶瓷的设计，转子铜套的热量可辐射至阳极波纹陶瓷上，再通过阳极波纹陶瓷传导至冷却油中；新的阳极靶盘固定方式的设计，提高了高速旋转过程的可靠性。

A Medical X-ray Tube for Internal Cooling Ball Bearing

The invention discloses a medical X-ray tube for internal cooling ball bearing, which belongs to the technical field of medical detection and radiometric detection, including target plate, support ring, rotor molybdenum rod, rotor copper sleeve, rotor iron seat, anode corrugated ceramic and hollow bearing. The invention provides a medical X-ray tube of internal cooling ball bearing combined with hollow target disc, hollow bearing system, anode corrugated ceramic structure and new target disc fixing mode to realize a solution of 5MHU and above large heat capacity X-ray tube, in which the structure design of hollow target disc, the heat of target disc is directly transmitted to the copper sleeve of the rotor through the cavity; The cooling oil can be directly cooled to the inner part of the sleeve; the heat of the copper sleeve of the rotor can be radiated to the anode corrugated ceramic, and then transmitted to the cooling oil through the anode corrugated ceramic; the reliability of the high-speed rotating process is improved by the design of the new fixing mode of the anode target plate.

【技术实现步骤摘要】
一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管
本专利技术属于医用探测及射线计量检测
，特别涉及一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管。
技术介绍
X射线管主要用于X射线机、CT机等医疗设备上，在施加外部高压作用下，产生X射线，供医生对患者进行诊断或治疗。X射线管产生X射线的机理大致如下：X射线管的灯丝（阴极）在加热状态下，自由电子逸出灯丝表面，形成电子云。在X射线管阴极、阳极间施加高电压情况下（一般为40~150千伏），灯丝处的电子高速飞向靶盘（阳极），撞击阳极靶盘后产生X射线，并通过射线窗口输出有效X射线。如前述，在此能量转化过程中，只有1%的电子动能转化为X射线，剩余99%的动能转化为热能，通过热辐射或热传导，传至X射线管外，由X射线管管套和X射线管散热器带走。具体来说，包括：（1）靶盘的热量（占总热量的90%）一部分辐射到X射线管中部的金属壳上，另一部分透过两端玻壳或其他材料辐射到X射线管外，最后一部分通过转子铜套带走。其中辐射到金属壳的热量最大约占60%，透过玻璃辐射的热量约20%，通过转子铜套带走的热量约20%。（2）阴极的热量（占总热量10%）通过阴极玻璃和金属壳带走。在使用过程中，X射线管只有1%的能量转化为X射线，其余99%转化为热能，必须进行快速散热。因此，X射线管的热量管理是影响其可靠性及寿命的关键因素之一。如图5所示，在现有技术方案下，由于靶盘的在工作时温度可达到1000度以上，热量传导至滚珠轴承轴杆的温度有500度以上，而轴杆只能通过轴套传热至绝缘油中，导致散热效率很低。现有技术中，X射线管的在散热过程中具有如下缺点：1、阳极热容量受限；2、对轴承材料要求高；3、轴承寿命受限；4、靶盘高速旋转过程中，发生固定位置偏移和脱落风险高。导致以上结论的原因如下：1、现有X射线管设计中，高压发生器阳极通过滚珠轴承上的螺纹和靶盘连接，该结构限制了滚珠轴承的散热效率；同时，靶盘工作时可达到1100度的高温，热量通过钼杆传导至铁座，再到轴杆，然后再由滚珠传导至轴承外圈，外圈传导至轴套，被绝缘油带走。由此可见，热传导散热的路径非常长。而以上约束条件，导致阳极热容量只能做到3.5MHU及以下，不适合5MHU及以上大热容量的X射线管；2、现有X射线管设计中，靶盘的热量传导至轴杆，但轴杆允许的最高工作温度不高于550度，所以制造轴杆法兰盘一般采用热传导率极低的材料，故而轴承制造成本很高；3、由于轴杆长期工作在500度左右，这就要求轴承外圈的工作温度不能低于350度（注：该种向心推力结构轴承内外温差不允许超过150度，否则轴承内外滚道易变形导致卡轴），而往往轴承外圈的温度只能满足最基本温度要求（维持在350°左右），导致轴承寿命下降；4、现有X射线管设计中，靶盘固定方式为单螺纹固定方式具体结构见图1，由于阳极靶盘在工作中转速可到达10800RPM，这就导致了在高速工作状态下螺纹有可能松动，目前的解决方案是：（1）靶盘和转子铜套采用单螺纹固定，后续采用高温焊料1600℃焊接，该方案成本高昂，需投入电子束焊设备；（2）靶盘和转子铜套采用钼螺母固定，钼螺母和转子铜套采用机械铆接，该方案可靠性差，容易导致高速旋转时靶盘脱落，有安全风险；（3）靶盘和转子铜套采用钼螺母固定，钼螺母和转子铜套之间通过钽垫片连接，该方式增加成本而且高速旋转时会有松动，影响图像质量。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管，解决了X射线管散热的问题。技术方案：一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管，包括靶盘、支撑环、转子钼棒、转子铜套、转子铁座、阳极波纹陶瓷和空心轴承，所述靶盘与支撑环连接，所述支撑环与转子钼棒连接，所述转子钼棒与转子铁座连接，所述转子铜套套设在转子铁座的外壁上，所述阳极波纹陶瓷套设在转子铜套的外部，所述空心轴承设置在转子钼棒和转子铁座内。本专利技术给出了一种结合空心靶盘、空心轴承系统、阳极波纹陶瓷结构和新的靶盘固定方式的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，以实现5MHU及以上大热容量X射线管的解决方案；其中，空心靶盘的结构设计，靶盘的热量通过空腔直接将热量传导至转子铜套上；空心轴套的设计，冷却油可直接冷却到轴套内部；阳极波纹陶瓷的设计，转子铜套的热量可辐射至阳极波纹陶瓷上，再通过阳极波纹陶瓷传导至冷却油中；新的阳极靶盘固定方式的设计，提高了高速旋转过程的可靠性。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述靶盘包括靶盘石墨和TZM和铼钨层，所述靶盘石墨和TZM和铼钨层内部均为中空结构，所述TZM和铼钨层设置于靶盘石墨的左端面上，所述支撑环的左端面与TZM和铼钨层的右端面贴合，并且支撑环的左端部置于靶盘石墨的内部空腔中。TZM、石墨和支撑环通过高温焊接方式连接，支撑环通过螺钉和转子连接，这样靶盘热量在不考虑辐射时只能通过支撑环将热量传导至转子，轴承不会直接承受靶盘的高温，可有效地提高轴承可靠性。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述空心轴承包括空心轴套、轴承外圈上、轴承中间环、轴承外圈下和轴杆，所述轴杆的一端设置在空心轴套内，所述轴承外圈上、轴承中间环和轴承外圈下设置在轴杆的外壁和空心轴套的内壁之间，所述轴承中间环设置在轴承外圈上和轴承外圈下之间，所述轴承中间环和轴承外圈下之间设有过渡环。，靶盘的热量较少地传导至轴杆，再传导至轴套，通过冷却油将热量带走，可提高轴承的可靠性。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述空心轴承内远离轴杆的一端设有空腔。设置的空腔内部可进入冷却液，提高了散热性。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述轴杆靠近靶盘的端部设有轴承法兰。设置轴承法兰将空心轴承与转子钼棒连接。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述阳极波纹陶瓷的外壁上设有一组陶瓷波纹。增大阳极陶瓷表面积，提高阳极陶瓷的散热能力，转子铜套辐射至阳极陶瓷的热量能够迅速通过阳极波纹陶瓷传导至冷却油中，这样靶盘的热量一部分通过金属壳传导至冷却油中，一部分通过阳极陶瓷传导至冷却油中，这样轴承在工作中只要解决本身的发热即可。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述阳极波纹陶瓷的靠近靶盘的端部设有阳极大可伐，所述阳极波纹陶瓷远离靶盘的端部设有阳极小可伐。阳极大可伐和阳极小可伐与阳极波纹陶瓷端封焊接，波纹陶瓷以及端封结构可以确保整管的同轴度，降低绝缘材料和金属之间的机械应力，增强机械强度。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述靶盘和支撑环与转子铜套之间通过3-6颗螺钉连接。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述转子铜套和空心轴承之间通过6-12颗螺钉固定。进一步的，上述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，所述螺钉为不锈钢材料通过熔融点焊固定。采用新的阳极靶盘固定方式设计，通过多颗螺钉固定，能够改善现有技术中单一螺纹固定方式，其中靶盘和支撑环与转子铜套之间采用3-6颗螺钉固定，转子铜套和空心轴承之间采用6-12颗螺钉固定，采用氩弧焊熔融点焊，不需要任何其他工艺实现靶盘的高速旋转10800rpm，可靠性极高。上述技术方案可以看出，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术所述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，具有如下优点：1、提高X射线管在高速旋转状态下工作的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管，其特征在于：包括靶盘（1）、支撑环（2）、转子钼棒（3）、转子铜套（4）、转子铁座（5）、阳极波纹陶瓷（6）和空心轴承（7），所述靶盘（1）与支撑环（2）连接，所述支撑环（2）与转子钼棒（3）连接，所述转子钼棒（3）与转子铁座（5）连接，所述转子铜套（4）套设在转子铁座（5）的外壁上，所述阳极波纹陶瓷（6）套设在转子铜套（4）的外部，所述空心轴承（7）设置在转子钼棒（3）和转子铁座（5）内。

【技术特征摘要】
1.一种内部冷却滚珠轴承医用X射线管，其特征在于：包括靶盘（1）、支撑环（2）、转子钼棒（3）、转子铜套（4）、转子铁座（5）、阳极波纹陶瓷（6）和空心轴承（7），所述靶盘（1）与支撑环（2）连接，所述支撑环（2）与转子钼棒（3）连接，所述转子钼棒（3）与转子铁座（5）连接，所述转子铜套（4）套设在转子铁座（5）的外壁上，所述阳极波纹陶瓷（6）套设在转子铜套（4）的外部，所述空心轴承（7）设置在转子钼棒（3）和转子铁座（5）内。2.根据权利要求1所述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，其特征在于：所述靶盘（1）包括靶盘石墨（8）和TZM和铼钨层（9），所述靶盘石墨（8）和TZM和铼钨层（9）内部均为中空结构，所述TZM和铼钨层（9）设置于靶盘石墨（8）的左端面上，所述支撑环（2）的左端面与TZM和铼钨层（9）的右端面贴合，并且支撑环（2）的左端部置于靶盘石墨（8）的内部空腔中。3.根据权利要求1所述的内部冷却滚珠轴承医用X射线管，其特征在于：所述空心轴承（7）包括空心轴套（10）、轴承外圈上（11）、轴承中间环（12）、轴承外圈下（13）和轴杆（14），所述轴杆（14）的一端设置在空心轴套（10）内，所述轴承外圈上（11）、轴承中间环（12）和轴承外圈下（13）设置在轴杆（14）的外壁和空心轴套（10）...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颂东，于山，
申请(专利权)人：思柯拉特医疗科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32