模型原创设计来自：萌小白DIY

爆甲陀螺-天照

今天我们要做什么？

你有没有玩过指尖陀螺？今天我们要设计一个超酷的指尖陀螺，它不仅能旋转，还有六个装甲在旋转时会自动展开，停止时又会自动收缩回去！这个神奇的陀螺将帮助我们学习轴承原理、向心力和磁力应用，是一个集科学与趣味于一体的3D打印项目！

三步轻松制作神奇陀螺！

听起来很复杂？其实一点也不难！只要按照我们的步骤来，你就能拥有一个超酷的变形陀螺：

1. 第一步 ：设计陀螺的基本结构（轴承和主体）
2. 第二步 ：添加可展开收缩的装甲系统
3. 第三步 ：打印并组装（安装磁铁，让装甲能自动收缩）

准备好开始这次有趣的冒险了吗？

准备工作

在开始设计前，我们需要了解一些重要的概念和准备一些材料！

文件下载

指尖陀螺：轴承与动态平衡-模型草图

需要准备的材料

• 24个小磁铁（型号5x1.6mm，其中12个为备用，以防失败）
• 模型胶水

魔法工具箱与实验探索

轴承设计与探索应用

• 学习如何设计一体化打印的轴承结构(参数化定制轴承的在线设计工具参数化模型编辑器-轴承
• 打印三种轴承（球、辊、哑铃），对比了解各自的优缺点，了解轴承的工作原理。
• 球形轴承珠的摩擦力最小，这是因为球形轴承珠与轴承圈之间只有一个点接触，接触面积最小，从而产生的摩擦力也最小。相比之下，辊形和哑铃形轴承与轴承圈之间的接触面积更大，因此摩擦力也更大。
• 掌握轴承球（珠子）的支撑设计技巧

实验探索：

• 找一个有轴承的滑板轮或指尖陀螺
• 仔细观察轴承的结构：外圈、内圈、滚珠
• 感受轴承旋转时的流畅性和稳定性
• 思考轴承为什么能减少摩擦

向心力和离心力探索实验

• 理解向心力和离心力
• 理解旋转物体的物理特性
• 掌握利用向心力和离心力设计机构的方法

实验探索：

让我们用简单的例子来理解陀螺旋转时的力:

• 想象一下你拿着一根绳子,绳子另一端系着一个小球。当你让小球在空中转圈圈时:

1. 绳子会把小球往你的手这边拉,这就是向心力(往圆心方向拉的力)
2. 而小球会感觉有一个力在往外推,就像你坐旋转木马时感觉被往外推一样,这就是离心力

• 在我们的陀螺中:

1. 当陀螺高速旋转时,装甲就像那个转圈的小球
2. 装甲会感受到往外推的力(离心力),所以会自动展开
3. 当陀螺停下来后,这个力就消失了,磁铁就会把装甲拉回去

指尖陀螺的工作原理

什么是指尖陀螺？

• 指尖陀螺是一种手持旋转玩具
• 中心有一个轴承，周围是平衡的重量分布
• 通过手指拨动使其高速旋转
• 利用角动量保持稳定旋转

为什么装甲会自动展开和收缩？

• 旋转时产生向心力，使装甲向外展开
• 停止旋转后，向心力消失
• 内置的磁铁产生吸引力，使装甲自动收缩回原位
• 这是物理力平衡的绝佳演示

开始建模

第一步：设计陀螺的基本结构

首先，我们需要设计陀螺的整体框架：

• 确定陀螺的大小和形状（建议直径在6厘米左右）
• 创建陀螺主体，确保重量分布均匀（环形阵列）
• 规划装甲连接点的位置
• 设计中心轴承的外形轮廓

• 添加指尖握持部分的设计

第二步：设计精密轴承系统

这是陀螺性能的关键部分：

• 设计中心轴承结构，包括：

1. 外圈：固定在陀螺主体上
2. 内圈：与中心轴连接
3. 滚珠：减少摩擦的关键部件

• 控制轴承间隙在0.15mm，这是3D打印轴承的关键参数
• 设计轴承的滚珠和支撑结构，支撑结构要在建模时设计好
• 确保轴承内外圈的间隙合适，过紧会卡住，过松会晃动

第三步：设计可展开收缩的装甲系统

这是最具挑战性的步骤：

• 设计六个对称分布的装甲
• 创建装甲的铰链连接结构
• 设计装甲展开和收缩的限位机构
• 为磁铁预留安装位置

第四步：添加细节和优化

完善模型的最后步骤：

• 为装甲添加造型细节
• 优化轴承结构，确保旋转流畅
• 检查所有活动部件的间隙
• 添加装饰性元素

第五步：优化打印方向和设置

为了获得最佳打印效果：

• 选择最佳的打印方向，通常是轴承轴线垂直于打印平台
• 陀螺主体打印时无需额外支撑

打印后处理和组装方法

如何清理轴承支撑

1. 打印完成后，先不要转动轴承
2. 使用尖嘴钳或小刀小心地移除轴承内的支撑结构
3. 从最容易接触的支撑开始，逐步清理
4. 注意不要用力过猛，避免损坏轴承结构
5. 确保所有支撑都已清理干净

如何安装磁铁

1. 准备12个5x1.6mm的小磁铁
2. 确认磁铁的极性，确保装甲和主体之间能相互吸引
3. 使用胶水固定磁铁
4. 注意磁铁的安装方向，确保装甲能正确收缩

如何激活陀螺

1. 支撑清理完成后，轻轻转动轴承，确保旋转流畅
2. 测试装甲的展开和收缩功能
3. 用手指拨动陀螺，让它高速旋转
4. 观察装甲在旋转时自动展开的效果
5. 当陀螺停止旋转时，装甲应该自动收缩回去

优化模型

常见问题及解决方案

1. 装甲展开问题

现象：装甲无法在陀螺旋转时自动展开

原因分析：

• 磁铁吸力过大
• 铰链结构过紧
• 重量分布不均匀

解决方法：

• 调整磁铁大小、距离或角度
• 优化铰链间隙
• 平衡装甲重量

1. 磁力调节技巧

• 选择合适尺寸的磁铁
• 调整磁铁安装位置（调整孔的深度或角度）
• 使用不同强度的磁铁

优化步骤

模型修改

• 微调铰链间隙（建议0.3mm左右）
• 调整磁铁槽位深度
• 优化装甲重量分布

打印、组装、测试

创新挑战

为指尖陀螺添加更多功能：

• 设计不同形状的装甲（如龙鳞、机械臂等）
• 设计不同重量分布的陀螺，比较旋转时间
• 尝试使用不同材料打印（比如夜光PLA、金属PLA等），比较效果

实际应用案例

轴承结构在日常用品中的应用

• 自行车轮毂的轴承结构
• 滑板轮的轴承系统
• 风扇中的轴承应用
• 硬盘驱动器中的精密轴承

总结与反思

我们学到了什么

• 掌握了轴承结构的设计原理和技巧
• 理解了向心力在旋转物体中的作用
• 学会了设计和添加支撑结构的方法
• 掌握了磁力应用的基本原理
• 探索了物理原理在玩具设计中的应用

思考问题

• 如何进一步延长陀螺的旋转时间？
• 能否设计更高效的轴承结构？
• 如何优化装甲展开的角度和速度？
• 磁铁的大小和位置如何影响装甲的收缩效果？

记得分享你的指尖陀螺照片和视频！看看谁的陀螺旋转时间最长，装甲展开效果最酷炫！下节课我们将探索更多精彩的3D打印技术！