面向CT球管的液态金属径向刻槽轴承性能分析与转子动力学分析

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CT作为重要的医疗设备,球管是其中的核心部件,其功能是产生医疗诊断用的X射线,其性能直接决定病灶的成像水平。传统CT球管寿命低,其中所用轴承是限制其寿命的主要因素,其精度、性能还直接影响CT设备的成像、噪音、稳定性等。而液态金属刻槽轴承有着几乎零磨损和良好的热传导效果,将其应用到CT球管中成为医疗设备行业争先研究的技术。运用液态金属刻槽轴承,能够大大提高轴瓦与转轴之间的接触面积,能够极大地提高阳极靶盘产生的热量往轴承支撑系统传递的效率。相较于滚珠轴承,相同条件下,液态金属刻槽轴承能够让阳极组件的热容量提高10%~20%,阳极散热效率提高约50%。目前,对于液态金属刻槽轴承的研究、试验和应用多集中在国外,国内尚处于研究开发阶段。本文在前人相关研究的基础上,做了如下工作:(1)总结100多年来CT球管在国内外的发展历史与未来的发展趋势,CT球管的结构,并探讨液态金属刻槽轴承在CT球管中的应用情况;(2)针对液态金属刻槽轴承在CT球管中的实际应用情况,建立液态金属径向刻槽轴承的润滑理论模型,通过有限差分法将气体润滑方程离散化,并利用Simpson积分法求解轴承的压力分布与承载力;(3)建立静、动态特性计算模型和求解流程,基于MATLAB编写相应的理论计算程序,研究液态金属刻槽轴承相较于普通滑动轴承的优劣;通过改变轴承结构参数和工况条件,分析比较液态金属刻槽轴承在不同条件下的静、动态特性,为轴承的设计和试验提供可行性参考和优化方向;(4)通过探究轴系转子动力学方程的求解方法,基于XLRotor软件仿真不同轴系布置结构的动力学特性,利用特征根求解和不平衡响应计算,通过分析轴承-转子系统的坎贝尔图、无阻尼临界转速图等研究其转子动力学特性,为液态金属刻槽轴承在CT球管中的应用提供结构设计与寿命评估方面的理论参考。
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