CN1684630A - 锥形滚柱轴承 - Google Patents

Abstract

在具有旋转台架(24)和静止台架(22)的诊断***中，轴承座圈(50)旋转，其表面部分根据到旋转轴线(A)的距离具有不同的线速度。锥形滚柱轴承(46)与轴承座圈(50)连接并且形成圆锥形，以便使速度与座圈(50)的可变的线性表面速度匹配。最好，座圈(50)包括两个面，给接触的轴承(46)提供轴向和径向支撑面。在座圈(50)周围成对地布置轴承(46)。驱动电动机(52)与轴承(46)中的一个连接，使台架(24)旋转。

Description

锥形滚柱轴承

技术领域

本发明涉及医学成像技术。具体来说，本发明涉及如包含在第三和***CT扫描器中的旋转台架，并且将参考所述旋转台架对本发明进行具体描述。但是，本发明还可以与核照相机以及具有旋转轴承的其它成像***结合在一起应用，并且本发明不限于上述的这些应用。

背景技术

典型的情况是，第三和***CT***具有旋转台架和静止台架。这两个台架通过轴承***连接，该轴承***允许第一台架相对第二台架旋转。

直径通常为一米或更大的大型滚珠轴承部件已经被用于提供台架之间的连接。大型滚珠轴承部件价格昂贵并且往往产生噪音。

在其它***中，已经使用了滚柱轴承。圆柱形的滚柱沿着轴向和径向支撑旋转台架。典型的情况是，旋转台架具有三个轴承座圈或轨迹，轴承沿着轴承座圈或轨迹滚动。圆形的座圈使轴承能够给旋转台架提供径向支撑(克服重力的法向力)，而第二和第三座圈使轴承能够给旋转台架提供横向，即轴向，支撑。为了防止旋转台架摆动，滚柱轴承用很大的反向压力压住第二和第三座圈。

当台架以恒定角速度旋转时，台架的各个部分按照不同的径向尺寸以不同的线速度运动。更具体地说，第二和第三座圈的距离台架的转轴较远的部分比距离转轴较近的部分具有更高的线速度。换句话说，任何运动元素的线速度是径向位置以及台架角速度的函数。

在其他因素中，这一点对第二和第三轴向支撑轴承座圈的影响很大。这两个轴承座圈的外缘比其内缘移动得更快。接触第二和第三座圈的每个圆柱型滚柱轴承只能以唯一的速度旋转。因此，在轴承座圈与滚柱轴承之间出现滑动，引起很大的摩擦力，并且使轴承座圈和轴承过早出现磨损。此外，为了使台架的速度与在座圈和轴承上引起的速度较高的磨损平衡，对台架的工作速度进行了限制。

本发明提出了改进的设备和方法，这些设备和方法克服了上述以及其他限制。

发明内容

按照本发明的一个方面，提供了一种诊断成像设备。通过多个锥形滚柱轴承使第一和第二台架连接，当第二台架旋转时，这些锥形滚柱轴承给其提供支撑。轴承与旋转台架上的轴承座圈连接。

按照本发明的另一个方面，提供了一种诊断成像方法。用多个安装在第二台架上的锥形滚柱轴承支撑第一旋转台架。第一台架与滚柱轴承同时旋转，该台架的轴承座圈与滚柱轴承接触。

本发明的一个优点在于增加了滚柱轴承和轴承座圈的寿命。

另一个优点在于减少了所需滚柱轴承的总数。

另一个优点是减少了轴承***的旋转摩擦。

另一个优点是能够使用单一尺寸的滚柱轴承。

另一个优点在于对轴承座圈的加工精度要求较低。

另一个优点在于旋转台架较小。

另一个优点在于使驱动电动机成为一个整体。

另一个优点在于与目前生产的相似的***相比减少了成本。

另一个优点在于转速更高。

对于本领域的一般技术人员，通过阅读以下对优选实施例的详细描述，本发明的许多其他优点和好处将变得更加清楚。

附图说明

本发明可以在部件和部件设计以及步骤和步骤设计等方面采用不同的形式。附图仅用于示出优选实施例，不应将其理解为对本发明进行限制。

图1为按照本发明的计算机断层扫描器的示意图；

图2为按照本发明的，图1的旋转台架和锥形滚柱轴承的截面图；

图3为图2的，包括驱动电动机的滚柱轴承的详图；

图4为按照本发明的轴承-座圈连接的几何表示；

图5为本发明的另一个双面座圈的实施例；

图6为本发明的另一个三面座圈的实施例。

具体实施方式

参照图1，CT扫描器10包括对象床12，用于将位于其上的对象移入或移出成像区域14。来自X射线源16的X射线被整形并校准为扇形光束，经过成像区域14并且被在成像区域14远侧的检测器部件20检测。在示出的第三代实施例中，源16与检测器部件20同时旋转，当源16围绕轴A旋转时，围绕成像区域14距离检测器部件20总保持180°。或者，像在***CT扫描器中那样，在静止台架22上的各个检测器的静止环可以取代检测器阵列20。

当旋转台架24围绕对象旋转时，将检测到的X射线强度采集到数据存储器30中。在采集数据时，重构处理器32对采集到的数据实施卷积和反向投影算法或者其他重构技术，形成图像表示。图像表示被存储在图像存储器34中。视频处理器36提取图像表示的经过选择的部分并且对它们进行格式化，以便在人可读监视器38如CRT监视器、有源矩阵监视器或LCD显示器等上进行观察。

第一、旋转台架24位于第二、静止台架22里面。X射线源16和检测器阵列20连同其它相关电子设备44如电源、数据缓冲器等一起安装在旋转台架24上。

由多个锥形滚柱轴承46将旋转台架24支撑在静止台架22中。在优选实施例中，有四组双轴承，共有八个滚柱轴承。当然，根据其它因素如台架24的重量、工作速度等，轴承对的数量可多可少。每个轴承46围绕它自己的轴承轴自由地旋转，该轴在机械上固定在静止台架22上。

参照图2，轴承46与圆锥形的轴承座圈50连接。座圈50的表面相对于轴线A成一定角度，因此，如图2所示，轴承46提供径向(与轴线A垂直的方向)支撑和轴向(与轴线A平行的方向)支撑。

如在背景技术中所讨论的，座圈50按照恒定的角速度运动，但是，在台架24旋转时，座圈50的远离轴线A的部分比靠近轴线A的部分具有更高的线速度。使轴承46逐渐变细成为圆锥形，以补偿线速度偏差。当台架24旋转时，与台架24接触的每个轴承46同时旋转。由于是圆锥形，每个轴承都具有一个宽或较大直径端和一个窄或较小直径端。台架也一样，在轴承宽端的表面比在窄端的表面运动的线速度更高。使轴承46成为直径随座圈50的斜坡或半径高度成比例变化的形状，因此，当轴承46与座圈50都旋转时，在它们之间不存在滑动。

最好，由金属芯构成轴承46，最好是不锈钢，并且用聚合外壳最好是聚氨酯覆盖之。最好，该外壳比表面涂层更厚，更像一般车轮上的轮胎等。该外壳的厚度足以提供平滑的缓冲，但又足够薄以刚性地支撑旋转台架。尽管优选了聚氨酯，也可以考虑既具有合适的硬度(防止台架24的轴向和径向移动)，又防止座圈50与轴承46之间的金属与金属接触的其它外壳。

参照图3，轴承中的一个与外部驱动电动机52连接，成为驱动轴承54。可以用与其它轴承46不同的物质覆盖驱动轴承54，以便提高与轴承座圈50的摩擦力。这种物质可以是硬化橡胶等。

为了使圆锥形轴承座圈50与锥形轴承46的速度匹配，导出了表示轴承46的直径沿着轴线增加的展开角度。参照图4，导出了使速度V_p和V_i与座圈50和轴承46匹配的角度φ。首先，求出座圈50的直径与轴承直径之比，

$R=\frac{D_0}{d_0}$

式中，D_o为座圈50的外径，d_o为轴承46的外径，R为两个测量值之比。由此得到轴承的角速度ω_t，

                           ω_t＝ω_gR

式中，ω_g为台架的角速度，单位为rpm。根据***的几何关系，得到，

$L_c=\frac{D_0-D_i}{2\sin \mathrm{\α}}$

式中，L_c为滚柱轴承46接触面的长度，D_i为轴承座圈50的内径，α为轴承座圈50的仰角。解得D_i为，

                         D_i＝D₀-2L_csinα

为了使速度与接触面匹配，推出在轴承46的端部与座圈50匹配的速度V_o和V_i：

$V_0={\mathrm{\ω}}_t\frac{d_0}{2}={\mathrm{\ω}}_g\frac{D_0}{2}$

解得ω_t为，

${\mathrm{\ω}}_t={\mathrm{\ω}}_g\frac{D_0}{d_0}$

式中，d₀为轴承46的外径。相似地，

${\mathrm{\ω}}_t={\mathrm{\ω}}_g\frac{D_i}{d_i}$

式中，d_i为滚柱轴承46的内径。将以上两个等式合并，得到，

$d_i=d_0\frac{D_i}{D_0}$

最后，可以得到角度φ：

$\mathrm{\φ}=\arcsin \left(\frac{d_0-d_i}{{2L}_c}\right)$

可以得到轴承的轴向长度L_r：

               L_r＝L_ccosφ

但应该理解，为了保持同一个角度φ，滚柱轴承46的实际长度可以变得稍长或稍短。

参照图5，在另一个实施例中，座圈60为座圈50的倒置。这个替代座圈60仍然给台架62提供轴向和径向支撑。

参照图6，在另一个实施例中，座圈70有三个面，锥形滚柱轴承72挨着座圈70的垂直侧面。圆柱形(无锥度)滚柱轴承74挨着座圈70的水平面，由于整个这个面到轴线A的距离相等，因此表现不出速度失配现象。在该实施例中，直轴承74给台架76提供径向支撑，而锥形轴承72给台架76提供轴向支撑。

Claims (20)

1.一种诊断成像设备，该设备包括：

第一静止台架(22)；

第二旋转台架(24)，具有至少两个轴承座圈(50，60，70)，所述第二台架(24)围绕对象接收区域(14)旋转；以及

多个锥形滚柱轴承(46，72)，用于给围绕旋转轴线旋转的旋转台架(24)提供支撑。

2.如权利要求1所述的诊断成像设备，还包括：

辐射检测装置(20)，用于检测来自所述对象接收区域的辐射；

重构处理装置(32)，用于将接收到的辐射重新构成为图像表示；以及

显示装置(38)，用于将所述图像表示转换为人可读图像。

3.如权利要求1所述的诊断成像设备，还包括：

X射线产生装置(16)，安装在所述旋转台架(24)上，发射穿过所述对象接收区域(14)的X射线。

4.如权利要求1、2和3中的任何一项所述的诊断成像设备，其中，每个锥形滚柱轴承(46、72)具有截圆锥表面并且围绕轴承轴线旋转，圆锥表面在宽端运动的线速度大于在窄端的线速度。

5.如前述权利要求中的任何一项所述的诊断成像设备，其中：

所述至少两个座圈(50)的表面根据距所述旋转轴线的距离，以变化的线速度运动；并且

在相同的角速度下，所述锥形滚柱轴承(46、72)的表面旋转的线速度沿着所述轴承(46，72)的纵轴变化，所述锥形轴承表面的变化的线速度与所述座圈(50，60，70)的变化的线速度成比例。

6.如前述权利要求中的任何一项所述的诊断成像设备，其中，所述锥形滚柱轴承(46、72)至少给所述旋转台架(24)提供轴向支撑。

7.如权利要求6所述的诊断成像设备，其中，所述锥形滚柱轴承(46)给所述旋转台架提供径向和轴向支撑。

8.如前述权利要求中的任何一项所述的诊断成像设备，还包括：

至少一个驱动装置(52)，安装在所述锥形滚柱轴承(46、72)中的一个上，用于驱动所述旋转台架(24)。

9.如前述权利要求中的任何一项所述的诊断成像设备，其中，所述至少两个座圈(50)构成了对所述旋转台架(24)的圆锥形座圈。

10.如前述权利要求中的任何一项所述的诊断成像设备，其中，每个滚柱轴承(46、72)包括：

一个轴，所述轴承围绕该轴旋转；

一个金属芯；以及

一个聚合外壳，该聚合外壳在所述轴承的接触面上。

11.如前述权利要求中的任何一项所述的诊断成像设备，其中，所述滚柱轴承(46、72)具有由下式定义的圆锥角φ：

$\mathrm{\φ}=\arcsin \left(\frac{d_0-d_i}{{2L}_c}\right)$

式中，d₀为所述轴承的大端直径，d_i为所述轴承的小端直径，L_c为在所述大端与小端之间沿着所述轴承的表面测量的长度。

12.一种诊断成像方法，该方法包括：

用安装在静止台架(22)上的多个锥形滚柱轴承(46、72)支撑包围对象接收区域(14)的旋转台架(24)；

使所述台架(24)与所述滚柱轴承(46、72)同时旋转，所述台架(24)的轴承座圈(50，60，70)与所述轴承的表面接触。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

收集从所述对象接收区域(14)接收到的辐射的数据表示；

将所述数据重新构成为电子图像表示；

将所述图像表示转换为人可读显示。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

从安装在所述旋转台架(24)上的源(16)发射通过所述对象接收区域(14)的X射线，所述收集步骤包括检测穿过所述对象接收区域(14)的X射线。

15.如权利要求12、13和14中的任何一项所述的方法，还包括：

使至少两个轴承座圈(50，60)根据距所述旋转轴线的距离，以变化的线速度旋转；并且

在相同的角速度下，使所述锥形滚柱轴承(46、72)的表面按照沿着所述轴承(46，72)的纵轴变化的线速度旋转，这个变化的线速度与所述座圈(50，60，70)的变化的线速度成比例。

16.如权利要求12-15中的任何一项所述的方法，还包括：

用所述锥形滚柱轴承(46，72)给所述旋转台架(24)至少提供轴向支撑。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

用所述轴承(46，72)在两个轴承座圈(50，60)中的***给所述旋转台架(24)提供径向和轴向支撑。

18.如权利要求12-17中的任何一项所述的方法，还包括：

按照以下关系式定义所述滚柱轴承(46，72)的圆锥角φ：

$\mathrm{\φ}=\arcsin \left(\frac{d_0-d_i}{{2L}_c}\right)$

式中，d₀为所述轴承的较大端直径，d_i为所述轴承的较小端直径，L_c为在所述较大端与较小端之间沿着所述轴承的表面测量的长度。

19.如权利要求12中的任何一项所述的方法，还包括：

用聚氨酯外壳覆盖所述滚柱轴承(46，72)的接触面。

20.一种滚柱轴承(46，72)，用在计算机断层扫描器中，所述滚柱轴承包括：

一个轴，所述轴承围绕该轴旋转；

一个锥形的具有梯形截面的圆锥体，该圆锥体的锥形表面为与所述计算机断层扫描器的旋转台架的轴承座圈连接的接触面，由下式定义所述轴承的圆锥角φ：

$\mathrm{\φ}=\arcsin \left(\frac{d_0-d_i}{2L_c}\right)$

式中，d₀为所述轴承的较大端直径，d_i为所述轴承的较小端直径，L_c为在所述较大端与较小端之间沿着所述轴承的表面测量的长度；以及

一个聚合外壳，该聚合外壳在所述轴承体的接触面上。

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