Thread for Screw Tutorial/pl

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. It was updated for v0.19, although the overall process has been essentially the same since v0.14, when the tutorial was originally written. The updated content focuses on the use of the PartDesign Workbench to create the thread, and new illustrations for methods 0 to 3.

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.

Many of the techniques presented here have been collected from different forum threads:
 * Gathering thread modeling techniques
 * Creating a thread: Unexpected results

See also helpful videos:
 * Introducing a strategy for designing a bolt without the commonly found problems.

Remember that thread shapes take a lot of memory, and having just one thread in a document can increase the file size significantly, so the user is advised to create threads only when absolutely necessary.

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 standard 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.
 * 2) Click on . Select.
 * 3) Draw a closed sketch with the required inner diameter, outer diameter around , pitch , number of teeth , and total height.
 * 4) Select the sketch, then click on . Select, and press.





Stacking discs

 * 1) Repeat the first two steps from the previous section.
 * 2) Draw a closed sketch with the required inner diameter, outer diameter around , and pitch , but draw only a single tooth of the sawtooth.
 * 3) Select the sketch, then click on . Select, and press.
 * 4) Select the, then click on . Select . For a fake thread with a pitch of , set the  to , and  to , then press . This will create two discs, one on top of the other.
 * 5) You can add more discs by increasing the value of  in the linear pattern, and by raising the, which is the total length of the fake thread.

The and  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. For example, to get a total height of, set to  and  to.

If you wish, you may add a 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.





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).

PartDesign
A true thread consists of a closed profile sweeping a solid along a helical path.


 * 1) In the Workbench_Part.svg Part Workbench, click on  to create a . Give it the appropriate values for ,  , and.
 * 2) Move to the Workbench_PartDesign.svg PartDesign Workbench, and click on.
 * 3) Click on . Select.
 * 4) Draw a closed sketch with the required profile for the thread teeth, normally a triangular shape. In this case we will use a height of, which is slightly smaller than the  pitch used for the helix path.
 * 5) Select the sketch, then click on . In, click on , and choose the helix object previously created. Then change  to  so that the profile sweeps the path without twisting; then press.
 * 6) When the dialog asks for a reference, choose.
 * 7) The helical coil is created, but there is no central body or shaft.
 * 8) Click on  with the appropriate   and   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 head to the screw, and a tip.







Part
This process can also be done with the tools of the Part Workbench.
 * 1) In the Workbench_Part.svg Part Workbench, click on  to create a . Give it the appropriate values for ,  , and.
 * 2) In this case, you don't need a . Switch to the Workbench_Sketcher.svg Sketcher Workbench, then click, and choose the global XZ plane.
 * 3) Then return to the Workbench_Part.svg Part Workbench, and use.
 * 4) Select the appropriate sketch from  and click the arrow to pass it to.
 * 5) Click, and choose all edges of the existing helix in the 3D view. Click.
 * 6) Make sure to tick  and . Obtaining a solid is the key to be able to perform Part Boolean operations with the resulting coil, otherwise only a surface will be produced.
 * 7) Click  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.



Sztuczki wzmagające sukces


 * When the profile sweeps the helix, the resulting solid coil must not touch or self-intersect as it will be an invalid solid. Attempts to do boolean operations with it (fuse or cut) are very likely to fail. Check the quality of the coil with ; if self-intersections are reported, you must increase the pitch of the helix.

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.


 * When a cylinder is added to a coil to form the main shaft of a screw, the cylinder must not be tangent to the coil profile. That is, the cylinder must not have the same radius as the inner radius of the thread, as this is very likely to fail a fuse operation. In general, avoid geometry coincident to elements of the sweep, such as tangent faces, or edges tangent to faces they are not connected to. In order to produce a good boolean union, the swept coil and the cylinder must intersect. Check the quality of the fusion with ; if coplanar faces are reported increase the cylinder's radius by a small amount.
 * If the coil and the cylinder are tangent, even if the first fusion succeeds, it may fail in subsequent boolean operations with a third solid.
 * This is a limitation of the OpenCASCADE Technology (OCCT) kernel; in general, it doesn't handle well operations between coplanar surfaces.

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.


 * 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. Reducing the amount the boolean operations results in less memory consumption and smaller files.

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),

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


 * 1) First create an Archimedian spiral in the XY plane.
 * 2) Set the number of turns to 0.5.
 * 3) Set the radius to the inner radius of the thread, the outer radius will be this plus the depth of the cut.
 * 4) Set the growth to double the depth of cut of the thread.
 * 5) Part Mirror the spiral against the XY plane
 * 6) 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,


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

- zdefiniowanie kształtu gwintu jest skomplikowane,

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.



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.