达芬奇设计八角外圈减摩滚珠轴承结构

　　这款滚珠轴承的核心设计目标，是解决两个相对转动平面之间的滑动摩擦损耗问题，这类结构最初的应用场景，是配套垂直起降类载人载具的旋转支撑部位，用来承载上部结构的轴向载荷，同时降低转动过程中的阻力。从结构设计逻辑来看，轴承采用了非标准的八角形外圈结构，区别于常规圆形轴承的整周圆弧轮廓，八角形的外圈平面可以直接和对应安装基座的定位面贴合，不需要额外设计圆形安装孔的抱紧结构，在快速原型制作、简易工装搭建的场景下，这种平面贴合的安装方式能大幅降低基座的加工难度，只需要在安装板上开出对应尺寸的中心过孔，将八角外圈平放在安装面后，通过四个对角的平面做定位，就能限制轴承外圈的周向转动，不需要额外设计紧定螺钉、压盖这类固定结构。

　　从功能特性上分析，轴承的内圈为整圆通孔结构，用来穿装转轴或者连接上部的旋转负载，内圈和外圈之间的滚道内排布滚珠，将两个平面之间的滑动摩擦转化为滚珠的滚动摩擦，在无润滑的工况下，也能将转动阻力降低到滑动结构的十分之一以下，适合低速、轻载的转动支撑场景，比如小型展示台、手动旋转工装、3D打印的动态演示装置这类对承载要求不高，但需要转动顺畅的应用场景。设计过程中没有采用常规轴承的密封、保持架结构，一方面是为了适配熔融沉积成型的加工工艺，避免打印过程中出现悬空支撑难以去除的问题，另一方面开放式的滚道结构也方便在使用过程中随时补充润滑脂，不需要拆解轴承结构。

　　从安装边界尺寸来看，八角外圈的对边距离是安装时需要重点控制的尺寸，安装基座上的定位区域需要预留至少和外圈对边尺寸一致的平面空间，中心过孔的直径需要略大于轴承内圈的内径，避免转轴穿过时和基座发生干涉；轴承的轴向厚度决定了安装后两个相对转动平面之间的间隙，设计时需要根据这个厚度调整上下安装板的间距，避免间隙过小导致轴承被压死无法转动，间隙过大出现轴向窜动的问题。滚道的深度设计经过了反复验证，滚珠嵌入滚道的深度约为自身直径的三分之一，既不会因为嵌入过浅导致滚珠在转动过程中脱出，也不会因为嵌入过深增加滚珠和滚道之间的接触摩擦。

　　在实际应用选型时，这类结构不适合高速、重载的工业传动场景，因为没有保持架分隔滚珠，高速转动时滚珠之间会发生相互碰撞摩擦，快速升温导致结构卡滞，同时八角外圈的结构抗径向载荷的能力弱于整圆外圈，在存在径向冲击力的工况下，八角的棱角位置容易出现应力集中导致结构断裂。但在教学演示、复古机械复原、小型创意装置制作的场景下，这种结构的优势非常明显，安装便捷、加工难度低，不需要复杂的装配工序，打印完成后清理掉毛刺，将滚珠填入滚道就可以直接使用，不需要额外的装配工装。设计时特意将外圈的八个棱角做了小尺寸的倒角处理，避免安装和使用过程中棱角划伤操作人员，同时也能减少打印过程中棱角位置的翘曲变形，提升成型件的尺寸精度。内圈的端面和外圈的端面设计为齐平结构，安装时上下两个安装板可以同时压紧内圈和外圈的端面，不需要额外设计轴向定位的台阶，进一步降低了配套安装结构的设计复杂度。