CN111564928B - 一种防水水下模型及其制作方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种防水水下模型，包括被安装在3D打印外壳中的电机和传动结构，3D打印外壳包括相互分体的电机防水隔仓和传动防水隔仓，电机防水隔仓和传动防水隔仓的内部涂覆有密封防水胶层，电机内置于电机防水隔仓中，传动结构穿设于传动防水隔仓中并且伸入到电机防水隔仓与电机相连，电机防水隔仓和传动防水隔仓中供传动结构穿过的区域设置有油封区域，油封区域被填充有防水防锈油，电机防水隔仓和传动防水隔仓之间通过防水胶粘结固定；还公开了一种防水水下模型的制造方法，该模型和制造方法，独立的防水密封设计配合隔仓、胶封、油封的组合方案，在不影响电机和传动结构初始结构下，进一步提高了防水结构的可靠性与安全性。

Description

一种防水水下模型及其制作方法

技术领域

本发明涉及水下模型制造技术领域，并且特别涉及一种防水水下模型及其制作方法。

背景技术

直流电机及其驱动机构常用于需要电驱动力并且长期与水接触的环境中，对此直流电机及其驱动机构的防水结构，目前主要分为三种方式：1、以电机主体的内部结构进行改造设计的防水电机，其成本和技术门槛较高，制作周期也较长；2、在不改变电机结构的前提下，对其输出轴和外壳连接处进行防水改造，其对密封结构的工艺技术要求比较高，有时需要针对防水方案的要求对原有的传动机构设计进行改造，其便捷性较强，对自制模型的设计要求较高；3、针对电机及其整体的传动结构进行防水结构设计，此方法较前两种方法来说，灵活性最强，但遇到磁吸方法改变传动结构的设计会使适应性降低，特别是消磁环境下不宜使用。

3D打印技术因其用户定义的灵活性与模型制作的方便性受到越来越多用户的需求，对于水工实验与相关水下的模型制作来说是一种非常方便快捷的解决方案，然而常用的熔融沉积式打印方法或者熔丝打印中，受其使用的材料与加工工艺的影响，其防水性能较差，无法满足在水下中小型驱动电机的防水需求。

发明内容

为了解决现有技术中使用3D打印制作含有电机及传动的模型中，由于整体结构不具备防水性而无法进行水下作业的技术问题，本发明提出了一种防水水下模型及其制作方法，解决了现有技术中使用3D打印制作含有电机及传动的模型中，由于整体结构不具备防水性而无法进行水下作业的技术问题。

根据本发明的一方面，提出了一种防水水下模型，包括被安装在3D打印外壳中的电机和传动结构，所述3D打印外壳包括相互分体的电机防水隔仓和传动防水隔仓，所述电机防水隔仓和传动防水隔仓的内部涂覆有密封防水胶层，所述电机内置于所述电机防水隔仓中，所述传动结构穿设于所述传动防水隔仓中并且伸入到所述电机防水隔仓与所述电机相连，所述电机防水隔仓和所述传动防水隔仓中供传动结构穿过的区域设置有油封区域，所述油封区域被填充有防水防锈油，所述电机防水隔仓和传动防水隔仓之间通过防水胶粘结固定。首先，使用3D打印制作外壳配合内部胶封防水，不影响电机和传动结构初始结构，灵活性强，适用于大多数中小型电机驱动系统；其次，采用分模块化的思路，分别对电机和传动结构进行单独的防水密封设计，使得模块间的干扰降低，提高了防水结构的可靠性与安全性；最后，采用隔仓设计配合胶封、油封的组合方案，进一步提高了防水结构的可靠性与安全性。

进一步的，所述电机防水隔仓包括电机防水仓体、电机隔板和电机限位块，所述电机隔板沿所述电机防水仓体的轴向延伸设置且限制所述电机的径向位置，所述电机限位块设在所述电机防水仓体前部限制所述电机的轴向位置，所述电机防水仓体上设有可供所述传动结构穿设的安装孔。采用电机防水隔仓内部优化设计，将电机位置可靠固定，同时电机防水隔仓的外部形状不受电机的形状限制。

优选的，所述电机隔板包括限制电机放置竖直位置的第一平面和限制电机放置水平位置的第二平面，所述的第一平面和第二平面上设有冗余胶层。与电机接触的第一平面、第二平面上设置冗余胶层，确保电机防水密封的完整性。

优选的，所述第一平面与电机防水仓体下部围绕形成填充通孔，所述填充通孔中灌封第一防水隔层。电机防水隔仓的此结构便于打印和结构稳定，同时也确保胶封防水的可靠性。

进一步的，所述电机防水仓体内还设有第二防水隔层和第三防水隔层，所述第二防水隔层设置在所述电机隔板与所述电机防水仓体上部之间且包裹电机的四周，所述的第三防水隔层设置在所述电机的后端，第二防水隔层与第三防水隔层组成电机的半封闭防水隔层。第二防水隔层与第三防水隔层组成电机的半封闭防水隔层，进一步确保电机防水的稳定性和可靠性。

进一步的，所述电机前端与传动结构相连的位置与电机防水仓体之间设置油封层，所述油封层包裹电机与传动结构相连的位置。传动连接位置进一步配合油封，不仅做到可靠防水，同时进一步提高传动结构的防水和防盐雾特性。

进一步的，所述传动防水隔仓内沿轴心线设置有安装通孔和第四防水隔层区，所述传动结构穿设于安装通孔和第四防水隔层区，所述安装通孔和第四防水隔层区内灌封第四防水隔层。传动部分的单独的防水设计，确保传动结构防水的稳定性和可靠性。

进一步的，所述传动结构包括传动轴、两个支撑轴承和联轴器，所述支撑轴承套设在传动轴上并且其中之一被设置于电机防水隔仓中，另一个被设置于传动防水隔仓中，所述联轴器传动连接传动轴与电机，所述传动轴的直径小于安装通孔的直径。传动轴的直径小于安装通孔，可以使在不妨碍传动结构运转的情况下，最大限度的增加防水密封区域。

进一步的，所述安装通孔和第四防水隔层中设有包裹传动轴的油封层。在防水密封层下，配合油封，可以极大的减少长期使用使传动轴产生的腐蚀或者氧化的问题。

根据本发明的一方面，提出了一种防水水下模型的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：根据设计的电机防水隔仓和传动防水隔仓的结构，通过3D打印制作电机防水隔仓和传动防水隔仓；

步骤2：对电机防水隔仓和传动防水隔仓的内部均匀涂覆防水胶，防水胶的胶体凝固形成密封防水胶层；

步骤3：将直径大于传动轴直径的柱体嵌件外圆周面上包覆塑料薄膜；

步骤4：将步骤3包覆完的柱体嵌件插入传动防水隔仓中，将一支撑轴承放入传动防水隔仓中，对传动防水隔仓的灌封防水胶，形成第四防水隔层，待胶体凝固后将柱体嵌件取出；

步骤5：将步骤4完成后的传动防水隔仓中和步骤2完成后的电机防水隔仓的前部填充防水防锈油；

步骤6：将联轴器安装在电机上，在电机隔板的第一平面和第二平面上均匀涂覆防水胶，防水胶的胶体凝固形成冗余胶层固定电机，另一个支撑轴承安装在将传动轴电机防水隔仓上，传动轴插入传动防水隔仓的对应位置；

步骤7：向电机防水隔仓中灌封第一防水隔层、第二防水隔层和第三防水隔层，形成对电机的完成半封闭防水隔层；

步骤8：将步骤7完成后的电机防水隔仓和步骤6完成后传动防水隔仓进行组装，对组装连接处使用防水胶密封粘结。

上述方法不影响原电机及其传动结构，适用于大多数中小型电机驱动系统，电机防水隔仓和传动防水隔仓的单独密封，工艺简单又能提高防水的稳定性，降低模块间的干扰，特别是在传动结构部分的灌胶工艺，在不妨碍机构运转的同时最大限度的增加防水密封区域，配合油封的方法又可以极大的减少长期使用使传动轴腐蚀或者氧化的问题，此方法也可以适用其他轴传动的传动结构。

本发明的一种防水水下模型及其制作方法对现有技术上的改进，首先，将防水模型构建在方便模型加工的3D打印制作基础上，通过电机防水隔仓和传动防水隔仓的结构设计，在不影响电机及传动结构的基础上进行完整的防水结构设计，灵活性强，适用于大多数中小型电机驱动系统；其次，通过将电机和传动结构进行独立的单独密封设计，使得电机和传动结构的防水结构变成两个独立的防水模块，降低模块间的干扰，提高防水的可靠性和安全性；再者，采用隔仓配合胶封油封的组合防水方案，不仅不妨碍机构运转，还能再防水可靠的基础上防止传动结构的腐蚀氧化问题；最后，针对传动结构的灌胶工艺，在不妨碍机构运转的前提下最大限度的增加防水密封区域，提高防水的可靠性。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是根据本发明的一个实施例的一种防水水下模型的示意图；

图2是根据本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的电机防水隔仓前侧视角示意图；

图3是根据本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的电机防水隔仓后侧视角示意图；

图4是根据本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的冗余胶层示意图；

图5是根据本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的传动防水隔仓结构示意图；

图6是根据本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的组装剖面图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。

图1是本发明的一个实施例的一种防水水下模型的示意图。

如图1所示，一种防水水下模型，包括被安装在3D打印外壳中的电机和传动结构，3D打印外壳包括相互分体的电机防水隔仓10和传动防水隔仓20，电机防水隔仓10和传动防水隔仓20的内部涂覆有密封防水胶层(图示未给出)，电机防水隔仓10和传动防水隔仓20之间通过防水胶(图示未给出)粘结固定。将防水模型构建在方便模型加工的3D打印制作基础上，通过相互独立的电机防水隔仓10和传动防水隔仓20的结构设计，可以在不影响电机及传动结构的基础上进行完整的防水结构设计，灵活性强，适用于大多数中小型电机驱动系统。

图2、图3是本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的电机防水隔仓的结构示意图。

如图2、3所示，电机防水隔仓10包括电机防水仓体11、电机隔板12和电机限位块13、和可供传动结构穿设的安装孔14和供支撑轴承放置的轴承孔15，在本具体实施例中，电机防水隔仓10为一桶状外形的仓体，但不局限于此，根据外形实际需要3D打印出所需形状。电机防水仓体11中轴向延伸设置有电机隔板12，电机隔板12限制电机的径向位置，电机防水仓体前部设有电机限位块13，电机限位块13限制电机的轴向位置。在具体实施例中，电机隔板12包括限制电机放置竖直位置的第一平面121和限制电机放置水平位置的第二平面122，第一平面121和第二平面122形成一L型结构，用于放置及固定电机在电机防水仓体11中的位置，电机限位块13沿电机防水仓体11内壁设置，为一弧形限位块，第一平面121与电机防水仓体11下部围绕形成填充通孔16，此结构不仅使结构中壁厚均匀结构稳定并且也便于打印，也加强了电机防水仓体11的防水性能，同时有利于电机防水隔仓10和传动防水隔仓20的固定防水粘结。

在具体实施例中，第一平面121和第二平面122上铺设设有冗余胶层35，冗余胶层35的厚度约0.2-0.3mm之间，冗余胶层35的设置有利于电机的固定和电机四周形成封闭的防水结构。

图5是根据本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的传动防水隔仓结构示意图。

如图5所示，传动防水隔仓20的外形采用有利于水下作业或实验的流线型设计，但并不局限于此，传动防水隔仓20内沿轴心线设置有安装通孔21、轴承孔22和第四防水隔层区23，传动结构可穿设于安装通孔21、支撑轴承孔22和第四防水隔层区23，安装通孔21和第四防水隔层区23内可灌封胶层。

图6是根据本发明的一个具体实施例的一种防水水下模型的组装剖面图。

如图6所示，一种防水水下模型，电机51内置于电机防水隔仓10中，传动结构穿设于所述传动防水隔仓20中并且伸入到电机防水隔仓10与所述电机51相连，传动结构包括传动轴52、两个支撑轴承和联轴器，支撑轴承套设在传动轴52上并且其中之一被设置于电机防水隔仓10的轴承孔15内，另一个被设置于传动防水隔仓的轴承孔22内，联轴器传动连接传动轴52与电机51，在本实施例中，电机51放置在电机隔板12上，电机的输出轴通过联轴器与传动轴52相连，传动轴穿设于传动防水隔仓20的安装通孔21中且通过电机防水隔仓10的安装孔14进入电机防水隔仓10内。

在具体实施例中，电机防水隔仓10和传动防水隔仓20的内部涂覆有密封防水胶层(图示未给出)，3D打印材料一般采用聚乳酸PLA、ABS塑料、尼龙等具有热塑性的材料，但该材料不具备水下模型所需的防水性能，通过内部涂覆一层密封防水胶层进行基础的防水密封。

在具体实施例中，电机防水隔仓10的填充通孔16中灌封第一防水隔层31，电机防水仓体内还填充有第二防水隔层32和第三防水隔层33，第二防水隔层32设置在电机隔板12与电机防水仓体11上部之间且包裹电机的四周，第三防水隔层33设置在所述电机51的后端，第二防水隔层32、第三防水隔层33和冗余胶层35组成电机的半封闭防水隔层。电机51前端与传动结构相连的位置与电机防水仓体11之间设置油封层41，油封层41包裹电机与传动结构相连的位置，油封层41被填充有防水防锈油。传动防水隔仓20中安装通孔21和第四防水隔层区22内灌封第四防水隔层34，并且安装通孔21和第四防水隔层24中设有包裹传动轴52的油封层42，油封层42被填充有防水防锈油，防水防锈油采用粘性较大的黄油或者机油，对于传动轴52应完全包裹。

首先，将防水模型构建在方便模型加工的3D打印制作基础上，通过电机防水隔仓和传动防水隔仓的结构设计，在不影响电机及传动结构的基础上进行完整的防水结构设计，灵活性强，适用于大多数中小型电机驱动系统；其次，通过将电机和传动结构进行独立的单独密封设计，使得电机和传动结构的防水结构变成两个独立的防水模块，降低模块间的干扰，提高防水的可靠性和安全性；再者，采用隔仓配合胶封与油封的组合防水方案，不仅不妨碍机构运转，还能再防水可靠的基础上防止传动结构的腐蚀氧化问题。

本发明还公开一种防水水下模型的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：根据设计的电机防水隔仓和传动防水隔仓的结构，通过3D打印制作电机防水隔仓和传动防水隔仓；

步骤2：对电机防水隔仓和传动防水隔仓的内部均匀涂覆防水胶，防水胶的胶体凝固形成密封防水胶层；

步骤3：将直径大于传动轴直径的柱体嵌件外圆周面上包覆塑料薄膜；

步骤4：将步骤3包覆完的柱体嵌件插入传动防水隔仓中，将一支撑轴承放入传动防水隔仓中，对传动防水隔仓的灌封防水胶，形成第四防水隔层，待胶体凝固后将柱体嵌件取出；

步骤5：将步骤4完成后的传动防水隔仓中和步骤2完成后的电机防水隔仓的前部填充防水防锈油；

步骤6：将联轴器安装在电机上，在电机隔板的第一平面和第二平面上均匀涂覆防水胶，防水胶的胶体凝固形成冗余胶层固定电机，另一个支撑轴承安装在将传动轴电机防水隔仓上，传动轴插入传动防水隔仓的对应位置；

步骤7：向电机防水隔仓中灌封第一防水隔层、第二防水隔层和第三防水隔层，形成对电机的完成半封闭防水隔层；

步骤8：将步骤7完成后的电机防水隔仓和步骤6完成后传动防水隔仓进行组装，对组装连接处使用防水胶密封粘结。

上述方法不影响原电机及其传动结构，适用于大多数中小型电机驱动系统，电机防水隔仓和传动防水隔仓的单独密封，工艺简单又能提高防水的稳定性，降低模块间的干扰，特别是在传动结构部分的灌胶工艺，在不妨碍机构运转的同时最大限度的增加防水密封区域，配合油封的方法又可以极大的减少长期使用使传动轴腐蚀或者氧化的问题，此方法也可以适用其他轴传动的传动结构。

显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (9)

1.一种防水水下模型，包括被安装在 3D 打印外壳中的电机和传动结构， 其特征在于，所述 3D 打印外壳包括相互分体的电机防水隔仓和传动防水隔仓，所述电机防水隔仓和传动防水隔仓的内部涂覆有密封防水胶层，所述电机内置于所述电机防水隔仓中，所述传动结构穿设于所述传动防水隔仓中并且伸入到所述电机防水隔仓与所述电机相连，所述电机防水隔仓和所述传动防水隔仓中供传动结构穿过的区域设置有油封区域，所述油封区域被填充有防水防锈油，所述电机防水隔仓和传动防水隔仓之间通过防水胶粘结固定，所述电机防水隔仓包括电机防水仓体、电机隔板和电机限位块，所述电机隔板沿所述电机防水仓体的轴向延伸设置且限制所述电机的径向位置，所述电机限位块设在所述电机防水仓体前部限制所述电机的轴向位置，所述电机防水仓体上设有可供所述传动结构穿设的安装孔。

2.根据权利要求 1 所述的一种防水水下模型，其特征在于，所述电机隔板包括限制电机放置竖直位置的第一平面和限制电机放置水平位置的第二平面，所述的第一平面和第二平面上设有冗余胶层。

3.根据权利要求 2所述的一种防水水下模型，其特征在于，所述第二平面与电机防水仓体下部围绕形成填充通孔，所述填充通孔中灌封第一防水隔层。

4.根据权利要求 1 所述的一种防水水下模型，其特征在于，所述电机防水仓体内还设有第二防水隔层和第三防水隔层，所述第二防水隔层设置在所述电机隔板与所述电机防水仓体上部之间且包裹电机的四周，所述的第三防水隔层设置在所述电机的后端，第二防水隔层与第三防水隔层组成电机的半封闭防水隔层。

5.根据权利要求 1 所述的一种防水水下模型，其特征在于，所述电机前端与传动结构相连的位置与电机防水仓体之间设置油封层，所述油封层包裹电机与传动结构相连的位置。

6.根据权利要求 1 所述的一种防水水下模型，其特征在于，所述传动防水隔仓内沿轴心线设置有安装通孔和第四防水隔层区，所述传动结构穿设于安装通孔和第四防水隔层区，所述安装通孔和第四防水隔层区内灌封第四防水隔层。

7.根据权利要求 6 所述的一种防水水下模型，其特征在于，所述传动结构包括传动轴、两个支撑轴承和联轴器，所述支撑轴承套设在传动轴上并且其中之一被设置于电机防水隔仓中，另一个被设置于传动防水隔仓中，所述联轴器传动连接传动轴与电机，所述传动轴的直径小于安装通孔的直径。

8.根据权利要求 6 所述的一种防水水下模型，其特征在于，所述安装通孔和第四防水隔层中设有包裹传动轴的油封层。

9.一种如权利要求1-8任一所述的防水水下模型的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤 1：根据设计的电机防水隔仓和传动防水隔仓的结构，通过 3D 打印制作电机防水隔仓和传动防水隔仓，电机防水隔仓的内部包括电机隔板和电机限位块；

步骤 2：对电机防水隔仓和传动防水隔仓的内部均匀涂覆防水胶，防水胶的胶体凝固形成密封防水胶层；

步骤 3：将直径大于传动轴直径的柱体嵌件外圆周面上包覆塑料薄膜；

步骤 4：将步骤 3 包覆完的柱体嵌件插入传动防水隔仓中，将一支撑轴承放入传动防水隔仓中，对传动防水隔仓灌封防水胶，形成第四防水隔层， 待胶体凝固后将柱体嵌件取出；

步骤 5：将步骤 4 完成后的传动防水隔仓中和步骤 2 完成后的电机防水隔仓的前部填充防水防锈油；

步骤 6：将联轴器安装在电机上，在电机隔板的第一平面和第二平面上均匀涂覆防水胶，防水胶的胶体凝固形成冗余胶层固定电机，另一个支撑轴承安装在传动轴电机防水隔仓上，传动轴插入传动防水隔仓的对应位置； 步骤 7：向电机防水隔仓中灌封第一防水隔层、第二防水隔层和第三防水隔层，形成对电机的半封闭防水隔层；

步骤 8：将步骤 7 完成后的电机防水隔仓和步骤 6 完成后传动防水隔仓进行组装，对组装连接处使用防水胶密封粘结。

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