Poradnik: Tworzenie gwintów

From FreeCAD Documentation
Revision as of 21:02, 26 March 2020 by FuzzyBot (talk | contribs) (Updating to match new version of source page)
Ćwiczenie
Temat
Modelowanie
Poziom trudności
Zaawansowany
Czas wykonania
Autorzy
DeepSOIC, Murdic
Wersja FreeCAD
0.14 lub nowszy (zależy od metody)
Pliki z przykładami
nie dołączono
Zobacz również
-

Wprowadzenie

Ten poradnik jest zbiorem technik modelowania gwintów śrubowych w programie FreeCAD.

This tutorial is a collection of techniques to model screw threads in FreeCAD.

Modelowanie gwintów jest niewskazane ponieważ nakłada duże obciążenie na jądro modelowania, jak również powoduje duże obciążenie po stronie renderingu. Kształty gwintów zajmują dużo pamięci, a posiadanie tylko jednego gwintu w projekcie FreeCAD, może łatwo zwiększyć rozmiar pliku do rozmiarów megabajtów. Są jednak pewne sytuacje, w których konieczne jest modelowanie gwintu do pełnych szczegółów i właśnie dlatego powstał ten poradnik.

Thread shapes take a lot of memory, and having just one thread in a FreeCAD project can increase the file size significantly. However, with the popularization of additive manufacturing (3D printing), there is a real need to model threads, in order to print them exactly as designed. This is what this tutorial is for.

See also helpful videos.

Metoda 0. Zdobądź jedną z bibliotek do tworzenia części

Korzystanie z modeli, które opracowały inne osoby, jest wygodne i pozwala zaoszczędzić wiele czasu. Zapoznaj sie z Macro BOLTS, który jest interfejsem do wstawiania standardowych elementów z biblioteki BOLTS.

Using models that other people have made is easy and saves time. See the external workbenches page for information on external tools.

In particular, two resources are recommended that can be installed from the Addon Manager:

  • Fasteners Workbech, to place parametric screws and washers that follow ISO standards. The screws and nuts by default don't show a thread, but this can be controlled with an option.
  • BOLTSFC, to place standards parts from the BOLTS library, which also follow ISO standards.

Metoda 1. Używanie makrodefinicji

Znany jest skrypt Screw Maker, autorstwa ulrich1a, oraz cały Fasteners Workbench przygotowany przez shaise (link do GitHub). Umożliwiają one wygenerowanie gwintu. Są one przeznaczone do tworzenia standardowych profili gwintów (trójkątnych).

  • In the past, the Macro BOLTS was used to insert the parts from the BOLTS library. This is now deprecated. Use the BOLTSFC workbench instead.
  • In the past the stand-alone Screw Maker macro, by ulrich1a, was used to create individual bolts, screws, and washers. This is now deprecated. The Fasteners workbench, by shaise, includes the screw maker macro completely, together with a toolbar to select the right component.

Metoda 2. Imitacja przez ułożenie stosu krążków.

Jest to bardzo dobry sposób na wizualizację gwintów, przy jednoczesnym zachowaniu prostoty geometrii.

In many cases we don't need real threads, we just need a visual indication that the threads will be there.

Ideą jest stworzenie nie-spiralnego gwintu (który jest tylko kształtem zębów wyciągniętych przez obrót, lub stosu krążków o skośnych krawędziach). Taki pozorny gwint trudno odróżnić od prawdziwego gwintu spiralnego, jedynie na niego patrząc. To również może się sprawdzić w przypadku FEM. Jeśli jednak zechcesz go wydrukować za pomocą technologii 3D, nie będzie to działało.

Revolving sawtooth profile

  1. Click on PartDesign Body.
  2. Click on PartDesign New sketch. Select XZ_Plane.
  3. Draw a closed sketch with the required inner diameter 10 mm, outer diameter around 12.5 mm, pitch 3 mm, number of teeth 8, and total height 30 mm.
  4. Select the sketch, then click on PartDesign Revolution. Select Vertical sketch axis, and press OK.

File:T13 01 PartDesign Sawtooth revolution 1.png File:T13 02 PartDesign Sawtooth revolution 2.png

Left: profile used to create the revolution. Right: isometric view of the sectional cut of the revolved shape resulting in the non-helical thread.

Stacking discs

  1. Repeat the first two steps from the previous section.
  2. Draw a closed sketch with the required inner diameter, outer diameter, and pitch, but draw only a single tooth of the sawtooth.
  3. Select the sketch, then click on PartDesign Revolution. Select Vertical sketch axis, and press OK.
  4. Select the revolution, then click on PartDesign Linear pattern. Select Vertical sketch axis. For a fake thread with a pitch of 3 mm, set the Length to 3, and Occurrences to 2, then press OK.
  5. You can add more discs by increasing the value of Occurrences in the linear pattern, and by raising the Length, which is the total length of the fake thread.

The Length and Occurrences are related. If the length is too large, but the number of occurrences is not high enough, you will have disconnected discs, and the Body computation will fail, as the resulting object must always be a single contiguous solid. If you wish, you may add a PartDesign Additive cylinder with a diameter equal to the inner diameter of the discs, and as high as the total thread height. This will join all discs into a single solid, thus guaranteeing that there will not be disconnected discs.

File:T13 03 PartDesign Stacked discs 1.png File:T13 04 PartDesign Stacked discs 2.png

Left: single profile used to create a single disc by revolution. Right: multiple discs placed in a linear pattern in the Z direction resulting in the non-helical thread.

Metoda 3. Modyfikacja (owinięciem) profilu pionowego.

Zamysł

Koncepcja jest dość prosta: narysuj profil gwintu, a następnie rozciągnij go funkcja sweep wzdłuż ścieżki helix. W trakcie wykonania operacji należy zaznaczyć pola Solid i Frenet. Solid jest kluczem do wykonywania na nim operacji union lub cut. Frenet zabezpieczy profil przed skręcaniem (więcej informacji na ten temat można znaleźć w dokumentacji Part Sweep).

General

Draw the profile of the thread, and then sweep it along a helical path.

  1. Click on Part Primitives to create a Part Helix. Give it the appropriate values for Pitch 3 mm, Height 20 mm, and Radius 10 mm.
  2. Click on PartDesign Body.
  3. Click on PartDesign New sketch. Select XZ_Plane.
  4. Draw a closed sketch with the required profile for the thread teeth, normally a triangular shape.
  5. Select the sketch, then click on PartDesign Additive pipe. In Path to sweep along, click on Object, and choose the helix object previously created. Then change Orientation mode to Frenet so that the profile sweeps the path without twisting; then press OK.
  6. When the dialog asks for a reference, choose Create cross-reference.
  7. The helical coil is created, but there is no central body or shaft.
  8. Click on PartDesign Additive cylinder with the appropriate Radius 9.1 mm and Height 24 mm to touch the rest of the helical thread and automatically fuse to it.
  9. Additional boolean operations are needed to shape up the abrupt ends of the coil. For example, you can use additive features to provide a hexagonal head to the screw, and subtractive features to remove the excess material from the tip of the screw.

This process can also be done with the tools of the Part Workbench.

  1. In this case, you don't need a PartDesign Body, just create the sketch from the Sketcher Workbench with Sketcher New sketch, and choose the global XZ plane.
  2. Then use Part sweep.
  3. Select the appropriate sketch from Available profile and click the arrow to pass it to Selected profiles.
  4. Click Sweep path, and choose all edges of the existing helix in the 3D view. Click Done.
  5. Make sure to tick Create solid and Frenet. Create solid is the key to be able to perform Part Boolean operations with the resulting coil.
  6. Click OK to exit the dialog and create the coil.

W ten sposób otrzymujemy model zwojów gwintu, bez pręta lub otworu. Aby wykonać gwint na pręcie lub otworze, należy funkcją union lub cut połączyć te zwoje z kształtem walca. Wymagane będą dodatkowe operacje logiczne, aby ukształtować surowe, ostre krawędzie uzwojenia.

Tworzenie zwoju gwintu przez zamiatanie profilu pionowego.
1 - profil ( sketch).
2 - ścieżka zamiatania (Part Helix).
3 - wynik zamiatania (Part Sweep)

Sztuczki wzmagające sukces ----

Reguła 1. Wyciągnięty profil nie może zawierać krawędzi, które się przecinają lub stykają. Powstanie wtedy nieprawidłowy kształt gwintu. Istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że próby zespojenia lub wycięcia takim kształtem gwintu, nie powiodą się. Niemniej jednak, postępowanie to może okazać się właściwe w przypadku technik drukowania 3D i wizualizacji. W ten sposób można ukryć nieużywaną część uzwojenia w walcu (nakładające się), pomijając operacje łączenia powstałych brył.

1000

Reguła 2. Pamiętaj, że spirala w FreeCAD jest nieprecyzyjna. W konsekwencji, walec dokładnie dopasowany do kształtu gwintu, prawdopodobnie nie zetknie się z nim. Ogólnie rzecz biorąc, należy unikać geometrii pokrywającej się z elementami tworzonymi mechanizmem wyciągnięcia, takimi jak powierzchnie styczne, krawędzie styczne do powierzchni, z którymi nie są one połączone, obrzeża równoległe i styczne itp.

Wskazówka nr 1. Promień spirali nie ma znaczenia (chyba że spirala jest stożkowa). Liczy się tylko gęstość zwojów (pitch) i wysokość spirali. Oznacza to, że możesz użyć zwykłej spirali do wygenerowania określonej liczby zwojów gwintu o jednakowym skoku.

Wskazówka 2. Zadbaj o to, aby model gwintu był krótki (mała liczba obrotów). Długie gwinty mają tendencję do generowania nieudanych operacji logicznych. Rozważ możliwość układanie długich gwintów z krótkich elementów za pomocą funkcji Draft Array, w przypadku gdy długi gwint okaże się problematyczny.

  • Tip 3. For 3D visualization and 3D printing it may be okay to leave the cylinder and the thread unfused, that is, with intersections between the two solids.
Zalety i wady

+ bardzo przyjazny sposób definiowania profilu gwintu,

+ koncepcja budowy modelu łatwa do zrozumienia,

- z powodu zawodności samoczynnie przecinających się kształtów wyciągnięć, prawie niemożliwe jest wygenerowanie gwintu bez szczelin (to znaczy bez powierzchni płaskich na zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni gwintu),

Metoda 4. Wyciągnięcie profilu poziomego

Zamysł

General

Koncepcja polega na wyciągnięciu poziomego przekroju gwintu wzdłuż spirali. Głównym problemem jest tutaj ustalenie, jakiego profilu użyć, aby uzyskać określony gwint.

Jeśli użyjemy okręgu jako profilu poziomego, profil gwintu będzie sinusoidalny (środek okręgu musi być umieszczony poza punktem początku, przesunięcie to określa głębokość gwintu).

Aby otrzymać standardowy profil zęba piły, para lustrzanych odbić spirali łukowych musi zostać połączona w jedną ścieżką. W rezultacie tej operacji otrzymamy kształt serca, który staje się ledwie odróżnialny od okręgu, w przypadku gdy głębokość gwintu jest niewielka w zestawieniu z jego średnicą (to dlatego taki "gruby" gwint pokazano na powyższym rysunku).

Generowanie kształtu

Nie jest łatwo określić, jak przygotować profil poziomy, aby uzyskać określony kształt pionowy. W sytuacjach nieskomplikowanych, dotyczących kształtu trójkątnego lub trapezowego, profil może być wykonany ręcznie. Alternatywnie można go skonstruować, tworząc krótki gwint metodą 3 i pobierając jego kawałek poprzez wykonanie funkcji common pomiędzy płaszczyzną poziomą a gwintem.

Figuring out the horizontal profile to obtain a certain vertical profile is not easy. For simple cases like triangular or trapezoidal it can be constructed manually. Alternatively, it can be constructed by creating a short thread with method 3, and getting a slice of it by doing a Part Common between a horizontal plane face and the thread.

Kształt dla gwintu trójkątnego
  1. stwórz spiralę łukową (archimedian) w płaszczyźnie XY,
    1. ustaw liczbę zwojów na 0.5,
    2. wartość promienia zdefiniuje wewnętrzny promień gwintu (promień zewnętrzny będzie powiększony o głębokość nacięcia),
    3. oraz wysokość, by podwoić głębokość nacięcia gwintu.
  2. Part Mirror spirala na przeciw płaszczyzny XY.
  3. Part Union spirala i jej odbicie lustrzane w celu uzyskania zamkniętego odcinka w kształcie serca.

Zrobione!

  1. First create an Archimedian spiral in the XY plane.
    1. Set the number of turns to 0.5.
    2. Set the radius to the inner radius of the thread, the outer radius will be this plus the depth of the cut.
    3. Set the growth to double the depth of cut of the thread.
  2. Part Mirror the spiral against the XY plane
  3. Part Union the spiral and the mirror to obtain a closed wire, shaped like a heart.
Kształt dla dowolnego przekroju

  1. stwórz (pionowy) zarys cięcia; upewnij się, że wysokość szkicu odpowiada skokowi potrzebnego gwintu,
  2. stwórz spiralę1 o wysokości równej skokowi gwintu, oraz o promieniu spirali równym 0,42 średnicy nominalnej gwintu,
  3. wyciągnij profil cięcia wzdłuż spirali1; zaznacz opcje Solid i Frenet,
  4. wykreśl okrąg o wymiarze promienia równym wymiarowi nominalnego promienia gwintu w płaszczyźnie X-Y,
  5. przekształć okrąg w płaszczyznę (środowisko pracy Part: Zaawansowane narzędzie do tworzenia kształtów, lub Draft Upgrade następnie MakeFace = true),
  6. wytnij ścianę przy pomocy profilu wyciągnięcia,
  7. wykonaj kopię z wyciętego kawałka (Draft Workbench),
  8. zmniejsz wycięty kawałek, by uzyskać odcinek (Draft Workbench); ten odcinek jest profilem poziomym wymaganym przez tą metodę,
  9. wykonaj spiralę o wymiarze promienia równym wymiarowi nominalnemu promienia gwintu i skoku gwintu, oraz potrzebnej wysokości gwintu.
  10. Wyciągnij odcinek wzdłuż spirali; zaznacz opcje Solid i Frenet,

To wszystko.

Na podstawie: przewodnik krok po kroku od forum, post Ulrich1a, nieznacznie zmodyfikowane.

Drogę postępowania zaprezentował Gaurav Prabhudesai w przygotowanym przez siebie filmie instruktażowym: http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs

Zalety i wady

+ gotowy do użycia kształt bryły z gwintem na rdzeniu jest tworzony bezpośrednio przez wyciągnięcie,

  • a ready-to-use thread-on-a-rod solid shape is created by the sweep directly.
  • fewer or even no boolean operations are required, so generation speed is very high compared to Method 3.
  • thread ends are nicely cut straight away
  • long threads are not a problem, unless a boolean operation is needed. Otherwise, it is not going to be much better than Method 3.
  • threads without a gap are not a problem.

- zdefiniowanie kształtu gwintu jest skomplikowane,

Metoda 5. Wyciąganie pomiędzy wytłaczanymi ścianami ślimakowymi =

Zamysł

Spiralne wypusty będą wyciskać współosiowe powierzchnie, które mogą być poddane wyciąganiu, podczas gdy spirala parametryczna FreeCAD nie będzie miała takiej możliwości. Do zdefiniowania gwintu potrzebne są dwa spiralne wypusty (helical splines). Te dwa wypusty mogą być skalowane z biblioteki, a następnie odpowiednio rozmieszczone i wytłoczone, w celu uzyskania właściwego kształtu bryły.

Parametryczne spirale FreeCAD tak naprawdę nie są spiralne, ale spiralne b-splines nie są trudne do rozmieszczenia. Jedną z dostępnych metod jest układanie dwunastokątów o promieniu 5 mm w odstępach Z 1/12 mm (0.08333 mm) i ścieżkami Spline od wierzchołka do wierzchołka w porządku rosnącym i obrotowym, oraz aby rozważyć zrobienie tego raz, z powiedzmy, 10 obrotami, tak aby Spline mógł być ponownie użyty jako plik biblioteczny do importu i ponownego użycia. Dla ułatwienia skalowania wygodnie jest używać średnicy 10 mm i rastra 1 mm. Jeśli robisz to ręcznie, narysowanie Dwire, a następnie przekształcenie go w b-spline jest łatwiejsze niż narysowanie Spline. Odcinki Dwire nie mają obliczonej krzywizny podczas rysowania, więc podążają za kursorem i zatrzaskują się bardziej posłusznie.

Po przeskalowaniu Spline do odpowiedniej wielkości i umieszczeniu ich w taki sposób, że wyciągnięcie będzie miało odpowiedni kąt zawarty pomiędzy boczkami gwintu, są one wytłaczane wzdłuż ich osi, długość skoku jest odpowiednia dla Spline wewnętrznego, skok zewnętrzny/8.

ISO i inne gwinty zostały uelastycznione, czyli płaskie, wewnętrzne i zewnętrzne krawędzie, zamiast ostrrych, co odpowiada użytkownikom FreeCAD w tej metodzie, ponieważ możemy wyciągnąć do spiralnej powierzchni czołowej przy nominalnym rozmiarze połączenia, podczas gdy powierzchnia wewnętrzna nie może być wyciągnięta do zewnętrznej krawędzi Spline, ponieważ powierzchnia czołowa jest profilem zamkniętym, Spline jest otwarty.

761PX

Ta metoda produkuje wysoce stabilne bryły, które prawidłowo działają z funkcjami logicznymi. Chociaż nie wytwarza ona "parametrycznych" gwintów śrubowych w standardowych rozmiarach w sensie prostego dostępu do kształtu poprzez rozmiar łącznika, jest to łatwy sposób na stworzenie wiarygodnej biblioteki do ponownego użycia. Modele o specjalnych kształtach, takich jak ACME czy śruby z serii Archimedian, są również nieskomplikowane do modelowania jako rozwiązania jednorazowe. Template:Tutorials navi/pl