高速CT機(jī)主軸承

溫景波，周琳， 謝興會(huì)，凌紅，劉文勝

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

CT機(jī)是電子計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和X線檢查攝影技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，現(xiàn)已得到廣泛使用，成為醫(yī)學(xué)診斷中不可缺少的設(shè)備。CT機(jī)主軸承應(yīng)用于固定的CT機(jī)架和旋轉(zhuǎn)掃描部分之間的連接部位，是CT機(jī)旋轉(zhuǎn)掃描部分的關(guān)鍵部件，用于傳遞和承受X線管、準(zhǔn)直儀、探測(cè)器、滑環(huán)等裝置產(chǎn)生的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩，需滿足CT機(jī)高轉(zhuǎn)速、低噪聲、高精度、低振動(dòng)、長(zhǎng)壽命的使用要求。

伴隨著CT機(jī)的發(fā)展歷程， CT機(jī)主軸承也在不斷發(fā)展，按照CT機(jī)主軸承的工作轉(zhuǎn)速，CT機(jī)可分為4代。第1代CT機(jī)主軸承，轉(zhuǎn)速通常在20 r/min以下，主要結(jié)構(gòu)為四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤(pán)軸承或交叉圓柱滾子轉(zhuǎn)盤(pán)軸承；第2代CT機(jī)主軸承，轉(zhuǎn)速通常在60 r/min左右，結(jié)構(gòu)與第1代基本相同，僅在保持架材料和結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了優(yōu)化；第3代CT機(jī)主軸承，轉(zhuǎn)速通常為120～180 r/min，主要結(jié)構(gòu)為鋼絲滾道軸承和等截面薄壁軸承；第4代CT機(jī)主軸承，轉(zhuǎn)速通常在300 r/min以上，結(jié)構(gòu)為空氣軸承或其他先進(jìn)結(jié)構(gòu)軸承。目前醫(yī)療上使用的主流機(jī)型是較為先進(jìn)的第3代CT機(jī)，因此，對(duì)第3代CT機(jī)主軸承的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1 鋼絲滾道軸承

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1所示為CT機(jī)鋼絲滾道軸承結(jié)構(gòu)圖。軸承內(nèi)圈1和內(nèi)圈8通過(guò)非標(biāo)大直徑細(xì)牙螺紋連接成整體內(nèi)圈，其與外圈之間鑲嵌有帶切口的非整圈的鋼絲滾道，鋼絲滾道與內(nèi)圈之間裝有彈性襯墊，以滿足CT機(jī)極高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和低噪聲的要求。

1，8—內(nèi)圈；2—鋼球；3，5—鋼絲滾道；4—外圈；6—彈性襯墊；7—保持架

內(nèi)、外圈通常采用低碳鋼,去應(yīng)力退火后機(jī)加工；鋼絲滾道通常采用DIN 54SiCr6材料(性能約相當(dāng)于國(guó)內(nèi)60Si2CrA彈簧鋼)，淬、回火后可獲得理想的硬度和韌性；鋼球材料為GCr15；保持架材料為聚酰胺(尼龍)PA-11或PA-12。

優(yōu)點(diǎn)：(1)經(jīng)過(guò)精密數(shù)控加工的鋼絲滾道具有高精度、低摩擦力矩的特點(diǎn)，對(duì)高轉(zhuǎn)速工況的適應(yīng)性強(qiáng)；(2)軸承內(nèi)部安裝有能夠吸振的彈性襯墊，可以滿足CT機(jī)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和低噪聲的極高要求；(3)軸承內(nèi)圈通過(guò)非標(biāo)大直徑細(xì)牙螺紋的定位連接方式組合成整體內(nèi)圈，可以很方便地調(diào)整軸承游隙，使軸承工作在適當(dāng)預(yù)緊的狀態(tài)。

缺點(diǎn)：(1)由于鋼絲滾道不是整圈結(jié)構(gòu)，必需留一個(gè)切口，該切口的處理比較麻煩，在使用中有因?yàn)榍锌谔庝摻z錯(cuò)位或間隙大而導(dǎo)致軸承產(chǎn)生異響的現(xiàn)象；(2)非標(biāo)大直徑細(xì)牙螺紋的定位連接方式有時(shí)會(huì)因運(yùn)輸過(guò)程中的沖擊，出現(xiàn)細(xì)牙螺紋跳扣、亂扣現(xiàn)象，造成軸承因精度喪失而失效。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)冷拔成特定鋼絲截面形狀的成形技術(shù)，包括各種專用模具和加工工藝。

(2)軸承直徑在1 m左右、滾道鋼絲截面直徑≤7 mm時(shí)的熱處理和機(jī)加工變形控制專有技術(shù)。

(3)彈性襯墊的專有技術(shù)，如彈性襯墊的材料和形狀、黏彈性能和老化情況所產(chǎn)生的效應(yīng)等[1]。

(4)其他專有技術(shù)，如非標(biāo)大直徑細(xì)牙螺紋的設(shè)計(jì)加工技術(shù)、軸承游隙調(diào)整和裝配技術(shù)等。

2 等截面薄壁軸承

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖2為CT機(jī)等截面薄壁軸承結(jié)構(gòu)圖。其軸承座和軸之間鑲嵌有一對(duì)等截面薄壁軸承，為不可分離型角接觸球軸承，接觸角為30°，背對(duì)背安裝，分別用外圈壓板和內(nèi)圈壓板壓緊，形成所需預(yù)載荷。在一對(duì)等截面薄壁軸承的兩內(nèi)圈間還設(shè)有防止蠕動(dòng)打滑的止動(dòng)銷(圖2中未顯示)。

軸承座和軸通常采用低碳鋼，去應(yīng)力退火后機(jī)加工；等截面薄壁軸承的套圈及鋼球采用AISI 52100鋼(性能相當(dāng)于國(guó)內(nèi)GCr15軸承鋼)；保持架材料以聚酰胺(尼龍)等非金屬材料為主。

優(yōu)點(diǎn)：(1)選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的精密級(jí)等截面薄壁軸承，采用不同的鑲嵌方式，可以滿足不同直徑、結(jié)構(gòu)的CT機(jī)主軸承的使用要求，具有很好的適應(yīng)性與經(jīng)濟(jì)性；(2)使用壓板壓緊等截面薄壁軸承，形成所需的預(yù)載荷，可以較方便地調(diào)整軸承游隙，使軸承在適當(dāng)?shù)念A(yù)緊狀態(tài)下工作。

缺點(diǎn)：(1)大規(guī)格等截面薄壁軸承加工過(guò)程中的變形控制技術(shù)要求較高，軸承制造工藝性差；(2)使用壓板調(diào)整軸承游隙的方法，對(duì)操作者的技術(shù)水平要求較高，不容易控制。

1—外圈壓板螺釘；2—外圈壓板；3—等截面薄壁軸承外圈；4—鋼球；5—軸承座；6—內(nèi)圈壓板；7—內(nèi)圈壓板螺釘；8—保持架；9—等截面薄壁軸承內(nèi)圈；10—軸

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)直徑在1 m左右、截面尺寸25.4 mm×25.4 mm的不可分離型角接觸球軸承的制造技術(shù)，主要是薄壁套圈的冷、熱加工與檢測(cè)技術(shù)。

(2)等截面薄壁軸承的內(nèi)圈與軸之間的防蠕動(dòng)措施。

(3)其他專有技術(shù)，如整體保持架的加工技術(shù)、游隙調(diào)整和裝配技術(shù)等。

3 雙列角接觸球轉(zhuǎn)盤(pán)軸承

以上兩種結(jié)構(gòu)的CT機(jī)主軸承，能夠滿足第3代CT機(jī)的使用要求，在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用。但是由于均為鑲嵌式結(jié)構(gòu)，存在零件加工難度大、生產(chǎn)成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足。為此，國(guó)內(nèi)最新研制出一種新結(jié)構(gòu)的CT機(jī)主軸承，在相同外形尺寸條件下，改鑲嵌式結(jié)構(gòu)為整體式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了加工工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了軸承的可靠性。

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖3所示為CT機(jī)雙列角接觸球轉(zhuǎn)盤(pán)軸承結(jié)構(gòu)圖。該軸承兩個(gè)內(nèi)圈通過(guò)止口定位并由螺釘連接成整體內(nèi)圈。套圈均采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，溝道表面采用中頻感應(yīng)淬火；保持架材料為工程塑料。

優(yōu)點(diǎn)：(1)用常規(guī)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的加工技術(shù)即可加工出適用于第3代CT機(jī)的主軸承，工藝成熟；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性更高；(3)比鑲嵌式結(jié)構(gòu)的軸承加工工藝性能好，裝配與調(diào)整簡(jiǎn)單；(4)可以獲得比鑲嵌式結(jié)構(gòu)軸承更高的加工精度，利于提高轉(zhuǎn)速、減小振動(dòng)和降低噪聲；(5)制造成本低，有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

1—外圈；2—連接螺釘；3，6—內(nèi)圈；4—保持架；5—鋼球

缺點(diǎn)：(1)溝道淬火硬度略低于鑲嵌式結(jié)構(gòu)軸承，壽命略小于鑲嵌式結(jié)構(gòu)軸承；(2)軸承游隙配制和調(diào)整過(guò)程沒(méi)有鑲嵌式結(jié)構(gòu)軸承簡(jiǎn)便。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)軸承套圈的熱處理技術(shù)。

(2)實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈精密重復(fù)定位的止口配合尺寸的設(shè)計(jì)加工技術(shù)。

(3)控制內(nèi)、外圈溝道形狀、位置的加工與檢測(cè)技術(shù)。

(4)雙溝道的超精技術(shù)。

(5)其他專有技術(shù)，如圓弧齒同步帶輪齒圈的加工檢測(cè)技術(shù)、軸承游隙調(diào)整和裝配技術(shù)等。

4 結(jié)束語(yǔ)

CT機(jī)用雙列角接觸球轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的樣品，已通過(guò)了數(shù)千萬(wàn)轉(zhuǎn)的壽命試驗(yàn)，且全壽命周期內(nèi)振動(dòng)、噪聲值均在規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠滿足第3代CT機(jī)對(duì)主軸承的使用要求。