CN112983978A - 一种基于3d打印的柔性滑动轴承及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于滑动轴承技术领域，公开了一种基于3D打印的柔性滑动轴承及其制造方法，包括刚性内环、刚性外环以及若干柔性辐，各柔性辐的一端连接刚性内环外壁，另一端连接刚性外环的外壁；刚性内环、刚性外环以及若干柔性辐通过金属3D打印的方法一体成型。通过柔性辐的设置，对一些经常存在振动与冲击的较差工况，利用该柔性滑动轴承的柔性特点可以缓冲吸收外界对设备的冲击载荷，使受到冲击载荷的轴不会立即失去工作能力，且在载荷消失后能恢复良好的工作状态，使得采用该柔性滑动轴承的设备在受冲击后仍能稳定运转，大大的提高了了采用该柔性滑动轴承的设备的稳定性，省去了频繁的检修和更换操作，极大的提高了生产效率及操作工人的安全系数。

Description

一种基于3D打印的柔性滑动轴承及其制造方法
技术领域
本发明属于滑动轴承技术领域，涉及一种基于3D打印的柔性滑动轴承及其制造方法。
背景技术
现代社会的发展离不开工业，工业是一个国家最基础的根基。工业生产中会用到各种设备，每个设备都离不开零件轴承，大到火箭小到自行车，凡是具有转动机构的设备，都需要轴承发挥作用。
轴承的种类有多种多样，按照运动的方法可分为滑动轴承和滚动轴承，滚动轴承又可以分为深沟球、圆柱滚子轴承等；按照材料不同可分为金属轴承，陶瓷轴承等，目前的轴承种类较多，应用广泛且数量巨大。
目前，轴承要正常工作，轴瓦与轴和轴承之间配合的形位公差和尺寸公差就必须满足一定的条件，而且要保证同轴度、平行度、圆度等满足一定要求，导致轴承的稳定性较差，当轴承受到外界的一些干扰，如碰撞等，引起上述某个要求不满足，则轴承将立马不能工作或者基本不能工作，会大大降低生产效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，现有轴承的稳定性较差的缺点，提供一种基于3D打印的柔性滑动轴承及其制造方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一方面，一种基于3D打印的柔性滑动轴承，包括刚性内环、刚性外环以及若干柔性辐，各柔性辐的一端连接刚性内环外壁，另一端连接刚性外环的外壁；刚性内环、刚性外环以及若干柔性辐通过金属3D打印的方法一体成型。
本发明基于3D打印的柔性滑动轴承进一步的改进在于：
所述刚性内环和刚性外环的材质均为高碳高铬钢，所述柔性辐的材质为：高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、中高温轴承钢、防磁轴承钢、铜基合金、工程塑料或碳-石墨。
所述柔性辐与刚性内环和刚性外环采用同种材质，且柔性辐为多孔柔性辐。
所述若干柔性辐在刚性内环与刚性外环之间均匀分布。
所述柔性辐的长度、刚性内环的轴向长度以及刚性外环的轴向长度均相同。
还包括支座；支座与刚性外环外壁连接，支座上设置若干固定孔；且支座与刚性内环、刚性外环以及若干柔性辐通过3D打印的方法一体成型。
还包括轴承座和轴承盖；轴承座上开设安装凹槽，刚性外环位于安装凹槽内部，且刚性外环外壁上设置轴瓦，轴承盖设置在刚性外环外侧，且与轴承座一端连接，轴承座上设置若干固定孔。
所述轴承座和轴承盖螺栓连接。
本发明另一方面，一种柔性滑动轴承的制造方法，包括以下步骤：
建立柔性滑动轴承的三维模型；将三维模型进行切片并转换为与3D打印机相匹配的格式，得到若干模型切片；通过3D打印机并基于若干模型切片，采用激光熔融的方法或激光同轴送粉沉积的方法逐层打印各模型切片，得到柔性滑动轴承。
本发明柔性滑动轴承的制造方法进一步的改进在于：
还包括：得到柔性滑动轴承后，将柔性滑动轴承的表面进行车削和/或磨削加工处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于3D打印的柔性滑动轴承，通过柔性辐的设置，能够满足柔性滑动轴承在工作过程中的柔性要求，利用柔性滑动轴承的柔性特点，对一些经常存在振动与冲击的较差工况，利用该柔性滑动轴承的柔性特点可以缓冲吸收外界对设备的冲击载荷，使突然受到冲击载荷的轴不会立即失去工作能力，且在载荷消失后能恢复良好的工作状态，使得采用该柔性滑动轴承的设备在受冲击后仍能稳定运转，大大的提高了了采用该柔性滑动轴承的设备的稳定性，省去了频繁的检修和更换操作，极大的提高了生产效率及操作工人的安全系数。同时，基于金属3D打印的方法的一体成型技术，保证柔性滑动轴承的三部分，即刚性内环、刚性外环以及柔性辐之间的稳定连接，有效解决了现有焊接或者螺栓拼接的周期长、安装复杂及维修不便的缺陷，实现具有结构性能梯度的柔性滑动轴承。
进一步的，柔性辐在刚性内环与刚性外环之间均匀分布，保证受到冲击时，各部位受力均衡，提升柔性滑动轴承整体的稳定性。
进一步的，柔性辐的长度、刚性内环的轴向长度以及刚性外环的轴向长度相同，最大限度的提升柔性滑动轴承柔性，使得柔性滑动轴承能够承受更大的冲击。
进一步的，设置轴承座、轴承盖以及轴瓦，并在轴承座上设置若干固定孔，提升柔性滑动轴承的适应性，便于安装使用。
附图说明
图1为本发明一实施例柔性滑动轴承主视图；
图2为本发明图1的A-A剖视图；
图3为本发明图1的B-B剖视图；
图4为本发明一实施例柔性滑动轴承结构示意图；
图5为本发明再一实施例柔性滑动轴承主视图；
图6为本发明图5的A-A剖视图；
图7为本发明图5的B-B剖视图；
图8为本发明又一实施例柔性滑动轴承主视图；
图9为本发明图8中框线部分放大图；
图10为本发明图8的F-F剖视图；
图11为本发明图10中框线部分放大图；
图12为本发明柔性滑动轴承正常工作状态示意图；
图13为本发明柔性滑动轴承收到冲击时的工作状态示意图。
其中：1-刚性内环；2-刚性外环；3-柔性辐；4-轴承座；5-轴承盖；6-轴瓦；7-轴。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1至4，本发明一实施例中，提供一种基于3D打印的柔性滑动轴承，包括刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3，各柔性辐3的一端连接刚性内环1外壁，另一端连接刚性外环2的外壁；刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3通过金属3D打印的方法一体成型；使用时，刚性内环1与轴7连接。
优选的，刚性内环1以及刚性外环2为实体结构，以保证柔性滑动轴承满足耐磨性、刚性等要求，而柔性辐3与刚性内环1和刚性外环2采用同种材质，柔性辐3为多孔柔性辐，多孔柔性辐即表示辐条上设置有多个通孔，根据实验数据表明，多孔结构能满足实体结构的基本强度要求前提下，具有较小的质量和一定的韧性，产生柔性特点，通过若干通孔的设计，在满足强度的条件下，使柔性辐3具有一定的韧性。
同时，近几十年逐渐兴起的3D打印技术即增材制造技术，具有低成本、短周期、高效率等优点。且在结构方面，3D打印技术可以不考虑零件的复杂程度，用同样的成本打印各种复杂的结构。3D打印技术可以使用很多种材料，金属、有机物、塑料、尼龙以及陶瓷等，亦或是使用两种或者更多种材料来打印。目前，金属3D打印技术可以使用两种金属来打印，可以使制造的零件具有强度、刚度、挠度和硬度梯度，以满足不同工况的使用，可有效避免传统方法要制造不同性能梯度的零件时，一般是使用焊接或者螺栓拼接的的方法继而导致的周期长、安装复杂、维修不便的问题。
因此，本发明中的多孔柔性辐可以通过3D打印技术进行实现。并且，本发明中，刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3通过金属3D打印的方法一体成型，不考虑工件复杂程度的优点，可以在不增加成本的前提下制备刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3，并且，基于精密的3D打印控制，保证柔性滑动轴承的尺寸精度和位置精度，满足同轴度、平行度及圆度要求。
优选的，柔性辐3与刚性内环1和刚性外环2均采用高碳高铬钢，其含碳量Wc为1％左右，含铬量Wcr为0.5％-1.65％，通过金属3D打印的方法进行制备时，一般采用的是高碳高铬钢粉末材料。
优选的，所述若干柔性辐3在刚性内环1与刚性外环2之间均匀分布，保证受到冲击时，各部位受力均衡，提升柔性滑动轴承整体的稳定性。
优选的，所述柔性辐3的长度、刚性内环1的轴向长度以及刚性外环2的轴向长度均相同，最大限度的提升柔性滑动轴承的柔性，使得柔性滑动轴承能够承受更大的冲击。
本发明柔性滑动轴承，通过柔性辐3的设置，能够满足柔性滑动轴承在工作过程中的柔性要求，利用柔性滑动轴承的柔性特点，可使突然受到冲击载荷的轴7不会立即失去工作能力，大大的提高了设备稳定性，省去了频繁的检修和更换操作，极大的提高了生产效率及操作工人的安全系数。
参见图5至7，本发明一实施例中，提供一种基于3D打印的柔性滑动轴承，包括刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3，各柔性辐3的一端连接刚性内环1外壁，另一端连接刚性外环2的外壁；刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3通过金属3D打印的方法一体成型；使用时，刚性内环1与轴7连接。
其中，本实施例中，刚性内环1和刚性外环2的材质均为高碳高铬钢，所述柔性辐3的材质为：柔性辐3的材质为：高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、中高温轴承钢、防磁轴承钢、铜基合金、工程塑料或碳-石墨。通过采用高耐磨，延伸率较好的金属材料制备柔性辐3，保证柔性辐3的具有一定的韧性。基于金属3D打印技术可以使用两种金属来打印，刚性内环1及刚性外环2使用高耐磨性，高强度的高碳高铬钢；柔性辐3采用高耐磨，延伸率较好的金属材料，保证刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3能够通过金属3D打印的方法一体成型。
参见图8至11，本发明一实施例中，提供一种基于3D打印的柔性滑动轴承，包括刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3，各柔性辐3的一端连接刚性内环1外壁，另一端连接刚性外环2的外壁；刚性内环1、刚性外环2以及若干柔性辐3通过金属3D打印的方法一体成型；使用时，刚性内环1与轴7连接。
本实施例中，基于3D打印的柔性滑动轴承还包括轴承座4、轴承盖5以及轴瓦6，轴承座4上设置安装凹槽，刚性外环2位于安装凹槽内部，轴瓦6与刚性外环2外壁连接，轴承盖5设置在刚性外环2外侧，且与轴承座4一端连接，轴承盖5用于盖紧刚性内环1、刚性外环2及若干柔性辐3组成的整体，轴承座4上设置若干固定孔，用于将柔性滑动轴承安装在设备上。
综上所述，本发明基于3D打印的柔性滑动轴承，对一些经常存在振动与冲击的较差工况，利用该柔性滑动轴承的柔性特点可以缓冲吸收外界对设备的冲击载荷，在载荷消失后能恢复良好的工作状态，参见图12和13，轴7部分受力向上移动，柔性滑动轴承的若干柔性辐3短暂的变形，外力消失后，若干柔性辐3恢复正常状态，柔性滑动轴承恢复正常工作状态，使得采用该柔性滑动轴承的设备在受冲击后仍能稳定运转，通过柔性滑动轴承吸收外界的不良振动干扰，极大提高了设备的稳定性和可靠性。
本发明再一实施例中，提供一种柔性滑动轴承的制造方法，可以用于制造上述实施例中的柔性滑动轴承，具体的，包括以下步骤：
建立柔性滑动轴承的三维模型；将三维模型进行切片并转换为与3D打印机相匹配的格式，得到若干模型切片；通过3D打印机并基于若干模型切片，采用激光熔融的方法或激光同轴送粉沉积的方法逐层打印各模型切片，得到柔性滑动轴承。
具体的，利用3维绘图软件SolidWorks等，绘制柔性滑动轴承的三维模型，再将该三维模型利用切片软件进行切片后转为STL格式(3D打印机所能识别的通用格式)，然后通过激光熔融3D打印机，基于若干模型切片，利用激光熔融的方法逐层打印各模型切片，得到柔性滑动轴承。或者，基于若干模型切片，利用激光同轴送粉沉积的方法逐层打印各模型切片，得到柔性滑动轴承。
其中，激光同轴送粉沉积的方法与激光熔融的方法的区别是，前者在粉缸里成型，后者是将金属粉末用送粉器送至熔池附近，虽然激光同轴送粉沉积能大大的节省材料，但精度不如激光熔融。
其中，在进行打印时均采用粉末材料。
优选的，该柔性滑动轴承的制造方法还包括：得到柔性滑动轴承后，将柔性滑动轴承的表面进行车削和/或磨削加工处理。由于金属3D打印的方法制造的零件只能保证一定的尺寸精度和位置精度，因此，还需要传统切削加工对柔性滑动轴承的表面进行车削和/或磨削加工的后处理，以满足表面精度要求。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，包括刚性内环(1)、刚性外环(2)以及若干柔性辐(3)，各柔性辐(3)的一端连接刚性内环(1)外壁，另一端连接刚性外环(2)的外壁；刚性内环(1)、刚性外环(2)以及若干柔性辐(3)通过金属3D打印的方法一体成型。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，所述刚性内环(1)和刚性外环(2)的材质均为高碳高铬钢，所述柔性辐(3)的材质为：高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、中高温轴承钢、防磁轴承钢、铜基合金、工程塑料或碳-石墨。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，所述柔性辐(3)与刚性内环(1)和刚性外环(2)采用同种材质，且柔性辐(3)为多孔柔性辐。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，所述若干柔性辐(3)在刚性内环(1)与刚性外环(2)之间均匀分布。
5.根据权利要求1所述的基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，所述柔性辐(3)的长度、刚性内环(1)的轴向长度以及刚性外环(2)的轴向长度均相同。
6.根据权利要求1所述的基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，还包括支座；支座与刚性外环(2)外壁连接，支座上设置若干固定孔；且支座与刚性内环(1)、刚性外环(2)以及若干柔性辐(3)通过3D打印的方法一体成型。
7.根据权利要求1所述的基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，还包括轴承座(4)和轴承盖(5)；轴承座(4)上开设安装凹槽，刚性外环(2)位于安装凹槽内部，且刚性外环(2)外壁上设置轴瓦(6)，轴承盖(5)设置在刚性外环(2)外侧，且与轴承座(4)一端连接，轴承座(4)上设置若干固定孔。
8.根据权利要求7所述的基于3D打印的柔性滑动轴承，其特征在于，所述轴承座(4)和轴承盖(5)螺栓连接。
9.一种权利要求1至8任一项所述柔性滑动轴承的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立柔性滑动轴承的三维模型；将三维模型进行切片并转换为与3D打印机相匹配的格式，得到若干模型切片；通过3D打印机并基于若干模型切片，采用激光熔融的方法或激光同轴送粉沉积的方法逐层打印各模型切片，得到柔性滑动轴承。
10.根据权利要求9所述的柔性滑动轴承的制造方法，其特征在于，还包括：得到柔性滑动轴承后，将柔性滑动轴承的表面进行车削和/或磨削加工处理。
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