一种液态金属轴承的制作方法

1.本实用新型涉及x射线管技术领域。更具体地，涉及一种液态金属轴承。


背景技术：

2.现有液态金属轴承为了工艺和使用方便，结构件多采用螺钉连接，这使得轴承间隙内密封的液态金属存在泄漏的可能。由于液态金属具有比较高的表面张力，可以通过结构件配合表面，使得该表面粗糙度优于ra0.2、平面度在2μm以下实现较好的密封。然而，x射线管工作过程中，阳极高速旋转，支撑阳极的液态轴承旋转速度达到10000转/min，高转速造成的高压仍然可能造成液态金属轴承的泄漏。同时，轴承工作过程中还将受到高温的，高温也不利于液态金属的密封。
3.更进一步的处理是在结构件表面覆氧化铝或氧化钛膜，利用膜层对液态金属的抗润湿性来提高液态金属轴承的密封性。并且由于氧化铝膜和氧化钛膜在高温很稳定，因此还能够提高轴承在高温下的密封能力。但是，氧化铝膜和氧化钛膜比较坚硬、覆膜方法或造成膜层厚度不均、覆膜方式也不能够填补配合表面的缺陷，因此在轴承在较高转速或进一步提高转速时仍然存在较大的泄漏风险。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提供一种液态金属轴承，该液态金属轴承密封效果好，加工难度小，稳定性高。
5.为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
6.本实用新型提供一种液态金属轴承，包括：
7.第一结构件；
8.与第一结构件结合固定的第二结构件；以及
9.用可延展金属材料制成的密封环；
10.所述第一结构件与第二结构件之间形成有至少一个用以容置密封环的密封槽；
11.所述密封槽的截面形状包括两条朝向转轴逐渐聚拢的斜边。
12.此外，优选地方案是，所述密封槽包括设置在第一结构件中的第一槽部和设置在第二构件中的第二槽部。
13.此外，优选地方案是，所述第一槽部和第二槽部截面形状关于接触面对称设置。
14.此外，优选地方案是，所述密封槽的截面形状为三角形或梯形。
15.此外，优选地方案是，所述密封槽的两条斜边形成的夹角《为60
°
～80
°
。
16.此外，优选地方案是，所述密封槽的截面形状包括头部和与头部连通的楔形尾部。
17.此外，优选地方案是，所述头部为矩形，矩形深度与楔形尾部深度相同。
18.此外，优选地方案是，所述密封槽内径距转轴边缘0.5mm～2mm。
19.此外，优选地方案是，所述密封环内侧紧密接触密封槽，外侧与密封槽有间隙。
20.本实用新型的有益效果为：
21.本实用新型通过密封槽与用可延展金属材料制成的密封环的配合，将金属环置于密封槽内，使金属环能够在将第一结构件与第二结构件紧固时发生一定的形变成为密封环，从而增强轴承密封效果，而且设计成截面包括两条朝向转轴逐渐聚拢的斜边的密封槽，使密封环与液态金属可接触的面积大大减少，在本实用新型中，金属环位于密封槽内并压紧后，第一结构件与第二结构件所受到的预应力相较于截面为其他形状的密封槽会显著减弱，能够防止第一结构件与第二结构件由于受到过大的预应力，而相互之间产生缝隙，从而导致液态金属泄漏，影响液态金属轴承的正常使用的情况发生。另外，本实用新型中的密封槽在被密封环填充后，能够增加密封面积，降低液态金属泄露的风险，有效提高轴承的密封效果，同时降低液态金属轴承表面质量要求，降低液态金属轴承的加工难度，增加稳定性，延长使用寿命。
附图说明
22.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
23.图1是本实用新型的一个实施例的密封槽截面为三角形的剖面图。
24.图2是本实用新型的另一个实施例的密封槽截面为三角形的剖面图。
25.图3是本实用新型的一个实施例的密封槽截面为梯形的剖面图。
26.图4是本实用新型的另一个实施例的密封槽截面为梯形的剖面图。
27.图5是本实用新型的一个实施例的密封槽处的放大图。
28.图6是本实用新型的一个实施例的剖面图。
29.图7是本实用新型的另一个实施例的密封槽处的放大图。
30.图8是本实用新型的一个实施例的外延部与楔形尾部连接处的放大图。
具体实施方式
31.现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
32.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
33.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
34.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
36.为了能够有效提高液态金属轴承的密封效果，同时降低液态金属轴承表面质量要求，降低液态金属轴承的加工难度，增加稳定性，延长其使用寿命。本实用新型提供一种液态金属轴承，结合图1至图8所示，具体地所述液态金属轴承包括：第一结构件01；与第一结构件01结合固定的第二结构件02；以及用可延展金属材料制成的密封环04；所述第一结构件01与第二结构件02之间形成有至少一个用以容置密封环04的密封槽；所述密封槽的截面
形状包括两条朝向转轴03逐渐聚拢的斜边。
37.参照图5所示，在第一结构件01与第二结构件02未进行装配固定时，此时两结构件之间的为未发生形变的金属环05，金属环05的截面为矩形。
38.本实用新型通过密封槽与用可延展金属材料制成的密封环04的配合，将金属环05置于密封槽内，使金属环05能够在将第一结构件01与第二结构件02紧固时产生一定的形变成为密封环04，从而增强轴承密封效果，而且设计成截面包括两条朝向转轴03逐渐聚拢的斜边的密封槽，使密封环04与液态金属可接触的面积大大减少，在本实用新型中，金属环05位于密封槽内并被压紧后，第一结构件01与第二结构件02所受到的预应力相较于截面为其他形状的密封槽会显著减弱，能够防止第一结构件01与第二结构件02由于受到过大的预应力，而相互之间产生缝隙，从而导致液态金属泄漏，影响液态金属轴承的正常使用的情况发生。另外，本实用新型中的密封槽在被密封环04填充后，能够增加密封面积，降低液态金属泄露的风险，有效提高轴承的密封效果，同时降低液态金属轴承表面质量要求，降低液态金属轴承的加工难度，增加稳定性，延长使用寿命。
39.可以理解的是，液态金属轴承属于滑动轴承，应用于x射线管中具有低噪声、长寿命等多项优点，使得其成为x射线管高端产品的必备部件。液态金属轴承通常包括外壳；以及可相对于外壳旋转的转轴03；外壳包括第一结构件01；以及与第一结构件01结合固定的第二结构件02；密封环04位于第一结构件01与第二结构件02之间。
40.密封槽的截面形状包括两条朝向转轴03逐渐聚拢的斜边，具体地，密封槽的截面形状为三角形或梯形。
41.正如背景技术中所说的，液态金属轴承的密封始终是液态金属轴承考虑的重要问题，因液态金属泄漏造成的轴承失效故障在轴承故障原因中占比较高。液态金属泄漏一方面会使得轴承内部润滑降低，轴承摩擦系数升高，轴承磨损升高，最终造成轴承失效；另一方面液态金属泄漏进入x射线管的高压区将影响x射线管的耐压。
42.可以理解的是，液态金属轴承是以液态金属作为轴承润滑的滑动轴承，液态金属存在于轴承间隙中。液态金属具有很强的腐蚀性，会腐蚀大多数金属材料，为了减少液态金属对结构件的腐蚀，结构件一般采用耐液态金属腐蚀的钼、钨或其合金材料。
43.密封槽与密封环04配合使用能够达到很好的密封效果，其可以单独作为轴承密封的结构，同时也可以与其他密封形式同时使用，构成密封效果更好的复合密封形式。
44.可以理解的是，金属环05的厚度应比密封槽深度略大，在紧固过程中产生形变从而填补结构件表面的加工缺陷。金属环05的体积应比截面为三角形或梯形的密封槽的容积大20％～30％。从而在挤压后，密封环04能够填充满密封槽的内侧，并产生合适的预应力达到良好密封的效果。
45.在一具体的实施例中，关于密封槽的设置，所述密封槽包括设置在第一结构件01中的第一槽部和设置在第二构件中的第二槽部。进一步地，所述第一槽部和第二槽部截面形状关于接触面对称设置。如图1所示，液态金属存在于轴承间隙，a、b、c位置均填充液态金属。具体地，当在接触面的上下两侧配置第一槽部以及第二槽部时即在第一结构件01上的第一槽部与第二结构件02上的第二槽部共同组成密封槽时，第一槽部与第二槽部相对设置，共同与金属环05配合实现轴承的密封。
46.在上述实施例中，可以设置多个密封槽，相应的可以在两结构件之间配置多个与
密封槽配合的金属环05。
47.参照图示结构，图1所示的结构在相互配合的第一结构件01与第二结构件02上均加工槽部，同样也可以如图2所示只在一侧零件上加工密封槽达到类似效果。
48.在一具体的实施例中，所述密封环04的材质为可延展材料；如：金、铜、铂、镍等，这些材料除了具有延展性外，还需要具有一定耐高温性能，能够承受轴承不超过600℃的工作温度，并能够承受反复的温升。
49.另外，进一步地，延展性材料在采取退火处理的方法处理后，更有利于轴承的密封。如铜在不退火处理的情况下，最大延伸率为15％～25％，退火处理后延伸率可达到30％～50％；镍经过退火处理后最大延伸率在10％～30％。铜可经过450～600℃的退火，镍的退火温度在660℃左右。而且材质应选用纯度在99.99％以上的高纯度金属材料，具体地，铜宜选用含氧量少的高纯无氧铜，因为含氧量高的铜垫在高温处理过程中易出现裂纹。
50.在一可选地实施例中，可以采用截面为三角形或梯形的金属环，其能够有效的节省制作密封环所需要的用量，节省制作成本。同样能够起到密封的作用，也可以减少密封环的加工缺陷从而增强密封效果。
51.为了使金属环05能够紧密的填充到密封槽内，且靠近转轴03的一侧不会留有缝隙影响密封效果，所述密封槽的两条斜边形成的夹角《为60
°
～80
°
。
52.在一具体的实施例中，所述密封槽的截面形状包括头部和与头部连通的楔形尾部。所述内延部由楔形尾部的靠近转轴03的端部向靠近转轴03的方向延伸。在本实施例中，所述头部为矩形，矩形深度与楔形尾部深度相同。具体的，如图6、图7所示。液态金属存在于轴承间隙，a、b、c位置均填充液态金属。当采用螺钉等紧固件紧固两结构件以使可延展的金属环05发生一定形变时，填充满整个密封槽的头部并产生一定的预紧力，即可实现轴承的压紧密封。在紧固状态下，密封环04填充满头部，能够防止出现孔隙而形成气室。如若形成气室，气室内的气体缓慢释放，则将在很长时间内影响x射线管真空腔内的真空度，造成产品测试时间加长或失效。
53.在本实施例中，金属环05的体积比密封槽的容积大5％～10％。金属环05的厚度应比两结构件紧固后的内延部深度略高，在紧固过程中金属环05产生形变从而弥补两结构件表面的加工缺陷。增加密封面的覆盖面积，降低液态金属泄露的风险。当金属环05的体积比密封槽的容积大5％～10％，金属环05被压紧并填充满密封槽的内延部以及楔形尾部后，第一结构件01与第二结构件02所受到的预应力在合理的承受范围内，能够有效防止第一结构件01与第二结构件02由于受到过大的预应力，而相互之间产生缝隙，从而导致液态金属泄漏，影响液态金属轴承的正常使用。
54.图7所示为两结构件紧固之前的装配情况，此时金属环05还未发生变形，其截面为矩形，通过将密封槽深度以及金属环05的内径设计成合理的尺寸，可以使得挤压变形之后密封环04填充满整个楔形尾部内侧的内延部的空腔，从而起到密封作用。具体地，例如在紧固力作用下，金属环05的变化量达到5％～10％则可实现有效密封。进一步地，使金属环05具有合理的内径裕量即可使得被挤压后形成的密封环04填充满整个密封槽。可以理解的是，在两结构件上开槽的深度应考虑金属环05的变形量，由于存在限位措施，金属环05实际变形量应小于其自身可实现的最大变形量。金属环05变形量设计值在5％～10％范围内可以实现较好的密封，也不会超过金、银、铜、铂、镍等材料的最大变形量。
55.另外，所述楔形尾部与内延部的连接处形成的夹角具体的实施例如图8所示。第一结构件01以及第二结构件02上的密封槽的深度为1～1.5mm，宽度为4～6mm。密封槽内配置有一采用金、铜、铂、镍、不锈钢等材质制成的金属环05。在紧固力作用下，密封槽的楔形尾部与头部的连接处形成的角部挤压金属环05使其产生较大变形，变形后形成的密封环04填充满头部，可填补结构件表面的加工缺陷，第一结构件01以及第二结构件02与密封环04紧密接触并保持一定的预紧力，可实现有效密封。
56.可以理解的是，由于上述的角部行程较大，在其作用下采用铜质的金属环的延伸率在30％～50％、采用镍质的金属环的延伸率在10％～30％，均远大于所需变形量，可以实现完全填充满密封槽的效果。当角部的夹角为70
°
时可以获得较好的密封效果。
57.当第一结构件01与第二结构件02采用平面接触摩擦形式连接，该方式要求两结构件的接触面的表面粗糙度达到2μm以下，零件加工要求很高，加工成本也很高；当采用本实用新型的密封槽与金属环05配合密封的形式，结构件表面粗糙度要求可以放宽到0.7～0.9μm，达到了普通零件的要求水平，从而可以改变零件加工方式，可以降低零件加工费用，还可以简化零件处理和装配工艺，更易于实现、更经济节省成本。
58.在一具体地实施过程中，紧固件压紧后，轴承的第一结构件01与第二结构件02会共同挤压金属环05,金属环05产生形变在密封槽内形成密封环04，并填充在密封槽内。金属环05由可延展的材料制成，在紧固力下，位于密封槽内的密封环04会产生一定的预应力，弥补轴承的结构件的加工缺陷从而达到密封的要求。此时，第一结构件01、第二结构件02应紧密贴合，以使密封环04靠近转轴03的一侧不与液态金属接触，从而防止密封环04被腐蚀。压紧状态下，当密封槽截面为三角形时，密封环04的内侧即靠近转轴03的环侧被挤成尖锐的形状，以尽可能减少密封环04与液态金属的接触面积。
59.进一步地，由于密封环04所采用的材料一般为不耐液态金属腐蚀的材料，尤其在高温下两者的反应更加剧烈。为了解决上述问题，所述密封槽内径距转轴03边缘0.5mm～2mm。也就是说，在第一结构件01与第二结构件02的接触面上均留有环宽为0.5mm～2mm的圆环面，该圆环面一方面可以起到限位作用，在两结构件紧固时，两相对的结构件的表面紧密贴合后利用紧固件装配到位，保证了轴承组件的轴向高度，也保证了密封槽的填充效果；另一方面当轴承紧固到位后，两结构件上的圆环面紧贴在一起，隔绝了液态金属和密封环04，从而防止了液态金属在工况下腐蚀密封环04。
60.在一具体的实施方式中，所述液态金属轴承包括第一结构件01和与第一结构件01结合固定的第二结构件02；所述第一结构件01与第二结构件02之间设置有至少一个用以容置密封环的密封槽，密封槽的截面形状包括两条朝向转轴逐渐聚拢的斜边；可延展金属环05，该金属环05的宽度小于等于密封槽的宽度，金属环05体积比密封槽的体积大5％～30％，通过紧固方式使所述第一构件01和第二构件02摩擦接触，紧密固定，所述金属环05在所述密封槽中形成密封环04。可以理解的是，金属环05在置入密封槽并被第一结构件01以及第二结构件02压紧固定后即成为密封环04。
61.在一具体的实施例中，所述密封环04内侧紧密接触密封槽，外侧与密封槽有间隙。通过上述设置，密封环04的内侧与密封槽紧密贴合作为密封面，防止液态金属泄漏，而密封环04外侧与密封槽之间的间隙可以用于当有液态金属泄漏时，储存泄露的液态金属，防止其直接进入x射线管，造成损坏。
62.综上所述，采用密封槽与金属环配合形成密封环从而对液态金属轴承进行密封，可以显著降低第一结构件和第二结构件的加工难度。通常液态金属轴承的工作转速可达到10000转/min，对机械性能、液态金属密封等条件的要求都非常高，对轴承的零件尺寸公差、形位公差、轴承面表面粗糙度、密封面表面粗糙度等也提出了很高的要求，加工成本也非常高。本实用新型采用金属环被挤压在密封槽内形成密封环的方式具有很好的轴承密封作用，能够单独作为轴承的密封结构，使得轴承的密封面的加工要求有所降低，能够有效降低成本；另外，也减少了在轴承表面覆膜等复杂工艺，使得轴承加工工艺变得简单。因此，采用上述密封方式的液态金属轴承的加工成本大大降低、生产周期也有所缩短。
63.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。