高速CT機主軸承

溫景波，周琳， 謝興會，凌紅，劉文勝

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

CT機是電子計算機控制技術和X線檢查攝影技術相結合的產物，現已得到廣泛使用，成為醫學診斷中不可缺少的設備。CT機主軸承應用于固定的CT機架和旋轉掃描部分之間的連接部位，是CT機旋轉掃描部分的關鍵部件，用于傳遞和承受X線管、準直儀、探測器、滑環等裝置產生的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩，需滿足CT機高轉速、低噪聲、高精度、低振動、長壽命的使用要求。

伴隨著CT機的發展歷程， CT機主軸承也在不斷發展，按照CT機主軸承的工作轉速，CT機可分為4代。第1代CT機主軸承，轉速通常在20 r/min以下，主要結構為四點接觸球轉盤軸承或交叉圓柱滾子轉盤軸承；第2代CT機主軸承，轉速通常在60 r/min左右，結構與第1代基本相同，僅在保持架材料和結構等方面進行了優化；第3代CT機主軸承，轉速通常為120～180 r/min，主要結構為鋼絲滾道軸承和等截面薄壁軸承；第4代CT機主軸承，轉速通常在300 r/min以上，結構為空氣軸承或其他先進結構軸承。目前醫療上使用的主流機型是較為先進的第3代CT機，因此，對第3代CT機主軸承的結構和特點進行介紹。

1 鋼絲滾道軸承

1.1 結構特點

圖1所示為CT機鋼絲滾道軸承結構圖。軸承內圈1和內圈8通過非標大直徑細牙螺紋連接成整體內圈，其與外圈之間鑲嵌有帶切口的非整圈的鋼絲滾道，鋼絲滾道與內圈之間裝有彈性襯墊，以滿足CT機極高的運轉平穩性和低噪聲的要求。

1，8—內圈；2—鋼球；3，5—鋼絲滾道；4—外圈；6—彈性襯墊；7—保持架

內、外圈通常采用低碳鋼,去應力退火后機加工；鋼絲滾道通常采用DIN 54SiCr6材料(性能約相當于國內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。

優點：(1)經過精密數控加工的鋼絲滾道具有高精度、低摩擦力矩的特點，對高轉速工況的適應性強；(2)軸承內部安裝有能夠吸振的彈性襯墊，可以滿足CT機對運轉平穩性和低噪聲的極高要求；(3)軸承內圈通過非標大直徑細牙螺紋的定位連接方式組合成整體內圈，可以很方便地調整軸承游隙，使軸承工作在適當預緊的狀態。

缺點：(1)由于鋼絲滾道不是整圈結構，必需留一個切口，該切口的處理比較麻煩，在使用中有因為切口處鋼絲錯位或間隙大而導致軸承產生異響的現象；(2)非標大直徑細牙螺紋的定位連接方式有時會因運輸過程中的沖擊，出現細牙螺紋跳扣、亂扣現象，造成軸承因精度喪失而失效。

1.2 關鍵技術

(1)冷拔成特定鋼絲截面形狀的成形技術，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時的熱處理和機加工變形控制專有技術。

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

(4)其他專有技術，如非標大直徑細牙螺紋的設計加工技術、軸承游隙調整和裝配技術等。

2 等截面薄壁軸承

2.1 結構特點

圖2為CT機等截面薄壁軸承結構圖。其軸承座和軸之間鑲嵌有一對等截面薄壁軸承，為不可分離型角接觸球軸承，接觸角為30°，背對背安裝，分別用外圈壓板和內圈壓板壓緊，形成所需預載荷。在一對等截面薄壁軸承的兩內圈間還設有防止蠕動打滑的止動銷(圖2中未顯示)。

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

優點：(1)選用標準化、系列化的精密級等截面薄壁軸承，采用不同的鑲嵌方式，可以滿足不同直徑、結構的CT機主軸承的使用要求，具有很好的適應性與經濟性；(2)使用壓板壓緊等截面薄壁軸承，形成所需的預載荷，可以較方便地調整軸承游隙，使軸承在適當的預緊狀態下工作。

缺點：(1)大規格等截面薄壁軸承加工過程中的變形控制技術要求較高，軸承制造工藝性差；(2)使用壓板調整軸承游隙的方法，對操作者的技術水平要求較高，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—內圈壓板；7—內圈壓板螺釘；8—保持架；9—等截面薄壁軸承內圈；10—軸

2.2 關鍵技術

(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，主要是薄壁套圈的冷、熱加工與檢測技術。

(2)等截面薄壁軸承的內圈與軸之間的防蠕動措施。

(3)其他專有技術，如整體保持架的加工技術、游隙調整和裝配技術等。

3 雙列角接觸球轉盤軸承

以上兩種結構的CT機主軸承，能夠滿足第3代CT機的使用要求，在國外已得到廣泛應用。但是由于均為鑲嵌式結構，存在零件加工難度大、生產成本高、結構復雜等不足。為此，國內最新研制出一種新結構的CT機主軸承，在相同外形尺寸條件下，改鑲嵌式結構為整體式結構，簡化了加工工藝，降低了生產成本，提高了軸承的可靠性。

3.1 結構特點

圖3所示為CT機雙列角接觸球轉盤軸承結構圖。該軸承兩個內圈通過止口定位并由螺釘連接成整體內圈。套圈均采用優質碳素結構鋼或合金結構鋼，溝道表面采用中頻感應淬火；保持架材料為工程塑料。

優點：(1)用常規轉盤軸承的加工技術即可加工出適用于第3代CT機的主軸承，工藝成熟；(2)結構簡單，可靠性更高；(3)比鑲嵌式結構的軸承加工工藝性能好，裝配與調整簡單；(4)可以獲得比鑲嵌式結構軸承更高的加工精度，利于提高轉速、減小振動和降低噪聲；(5)制造成本低，有市場競爭優勢。

1—外圈；2—連接螺釘；3，6—內圈；4—保持架；5—鋼球

缺點：(1)溝道淬火硬度略低于鑲嵌式結構軸承，壽命略小于鑲嵌式結構軸承；(2)軸承游隙配制和調整過程沒有鑲嵌式結構軸承簡便。

3.2 關鍵技術

(1)軸承套圈的熱處理技術。

(2)實現內圈精密重復定位的止口配合尺寸的設計加工技術。

(3)控制內、外圈溝道形狀、位置的加工與檢測技術。

(4)雙溝道的超精技術。

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

4 結束語

CT機用雙列角接觸球轉盤軸承的樣品，已通過了數千萬轉的壽命試驗，且全壽命周期內振動、噪聲值均在規定的范圍內，能夠滿足第3代CT機對主軸承的使用要求。