Thread for Screw Tutorial/de: Difference between revisions

From FreeCAD Documentation
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{{TutorialInfo
{{TutorialInfo/de
|Topic= Produktgestaltung
|Class= Modellierung
|Level= Fortgeschrittene
|Level= Fortgeschrittene
|Time=
|Time= 60 Minuten
|Author=[[User:DeepSOIC|DeepSOIC]], [[User:Murdic|Murdic]]
|Author=[[User:DeepSOIC|DeepSOIC]], [[User:Murdic|Murdic]], vocx
|FCVersion=0.14 oder neuer (je nach Methode)
|FCVersion=0.19
|Files=[https://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=36&t=44668 Aktualisiert: Gewinde für Schrauben Tutorium]
|Files=
}}
}}


<span id="Introduction"></span>
=== Einleitung ===
== Einführung ==
Dieses Tutorial beschreibt mehrere Vorgehensweisen zum Modellieren von Gewinden in FreeCAD.


Dieses Tutorium ist eine Sammlung von Techniken zum Modellieren von Schraubengewinden in FreeCAD. Es wurde für v0.19 aktualisiert, obwohl der Gesamtprozess seit v0.14, als das Tutorial ursprünglich geschrieben wurde, im Wesentlichen gleich geblieben ist. Der aktualisierte Inhalt konzentriert sich auf den Arbeitsbereich [[File:Workbench_PartDesign.svg|24px]] [[PartDesign_Workbench/de|PartDesign]], um das Gewinde zu erstellen, verwendet aber nicht das Werkzeug [[File:PartDesign_AdditiveHelix.svg|24px]] [[PartDesign_AdditiveHelix|PartDesign WendelHinzufügen]], da dieses erst später eingeführt wurde.
Gewinde in FreeCAD zu modellieren ist nicht empfehlenswert, weil die notwendigen Berechnungen das Programm stark beanspruchen und den Speicherverbrauch in die Höhe treiben. Bereits ein einziges Gewinde in einer FreeCAD-Datei kann die Dateigröße auf mehrere Megabyte erhöhen. Es gibt jedoch Situationen, in denen sich eine präzise Modellierung von Gewinden nicht vermeiden lässt und für diese Situationen ist dieses Tutorial gedacht.


In herkömmlichen CAD Systemen wird von der Modellierung von Schraubengewinden abgeraten, da dies eine große Belastung für den Modellierungskern sowie für die Darstellung der Formen darstellt. In herkömmlichen Systemen muss ein Gewinde nicht direkt im 3D Raum dargestellt werden, da es in der technischen 2D Zeichnung, die zur Fertigung geschickt wird, mit seinen erforderlichen Eigenschaften angegeben werden kann. Mit der Popularisierung der additiven Fertigung (3D Druck) besteht nun jedoch ein echter Bedarf, 3D Gewinde zu modellieren, um sie genau so drucken zu können, wie sie entworfen wurden. Dafür ist dieses Tutorium gedacht.
=== Methode 0: Das Gewinde aus einer Bibliothek beziehen ===
Bereits fertiggestellte Modelle anderer Personen zu verwenden ist besonders einfach und zeitsparend. Mit dem Macro [[Macro BOLTS/de|BOLTS]] können verschiedene standardisierte Bauteile aus der Blibliothek ''BOLTS'' in FreeCAD eingefügt werden.


Viele der hier vorgestellten Techniken wurden aus verschiedenen Forumsbeiträgen zusammengetragen:
=== Methode 1: Verwendung von Macros ===
* [https://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=3&t=12593 Zusammenstellung von Gewindemodellierungstechniken]
Mit dem beliebten Macro [[Macro screw maker1 2/de|Screw Maker]], erstellt von ''ulrich1a'', oder dem zusätzlichen Arbeitsbereich [http://theseger.com/projects/2015/06/fasteners-workbench-for-freecad/ Fasteners Workbench], erstellt von ''shaise'' ([https://github.com/shaise/FreeCAD_FastenersWB link to GitHub]), können oftmals passende dreieckige Standardgewinde generiert werden.
* [https://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=3&t=6506 Erstellen eines Gewindes: Unerwartete Ergebnisse]


Siehe auch hilfreiche Videos:
=== Methode 2: Schummeln mit gestapelten Scheiben ===
* [https://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=8&t=44259 Einführung einer Strategie zur Konstruktion einer Schraube ohne die häufig auftretenden Probleme].
Dies ist ein guter Weg, um Gewinde grob zu visualisieren und dabei die Geometrie möglichst einfach zu halten. Da jedoch kein tatsächliches Gewinde erzeugt wird, ist diese Methode für herzustellende Bauteile normalerweise ungeeignet.


Denke daran, dass Gewindeformen viel Speicherplatz beanspruchen und dass ein einziges Gewinde in einem Dokument die Dateigröße erheblich erhöhen kann, weshalb dem Benutzer empfohlen wird, Gewinde nur dann zu erstellen, wenn dies absolut notwendig ist.
Die Idee hierbei ist, ein nicht-schraubenförmiges Gewinde zu erzeugen und scheibenförmig zu stapeln. Solch ein Pseudogewinde ist auf den ersten Blick nur schwer von einem tatsächlichen Gewinde zu unterscheiden und lässt sich deshalb in bestimmten Situationen (z.B. FEM-Simulationen) verwenden.


<span id="Method_1._Using_utilities_and_parts_from_workbenches"></span>
[[File:thread-stack-vs-proper.png|500px]]
==Methode 1. Verwendung von Dienstprogrammen und Teilen der Arbeitsbereiche==


Die Verwendung von Dienstprogrammen und Teilen, die andere Leute erstellt haben, ist einfach und zeitsparend. Siehe Seite [[external_workbenches/de|externe Arbeitsbereiche]] für Informationen über externe Werkzeuge.
=== Methode 3: Ein vertikales Profil entlang einer Kurve extrudieren ===
Die Idee ist sehr einfach: Erstellen eines Profils und anschließendes Extrudieren ([[Part Sweep/de|Sweep]] [[Image:Part_Sweep.png|16px]]) des Profils entlang einer helixförmigen Kurve ([[Part Helix/de|Helix]] [[Image:Part_Helix.png|16px]]). Dabei müssen die Checkboxen ''Erzeuge Volumenkörper'' und ''Frenet'' aktiviert sein, damit später noch Bool'sche Operationen wie z.B. ''Vereinigen'' [[Image:Part_Fuse.png|16px]] oder ''Ausschneiden'' [[Image:Part_Cut.png|16px]] auf das Ergebnis anwendbar sind und zudem keine Verdrillungen entstehen.


Insbesondere werden drei Quellen empfohlen, die über den [[Std_AddonMgr/de|Addon-Manager]] installiert werden können:
Das Resultat ist eine Spule mit dem gewünschten Profil. Um daraus ein Gewinde zu machen, muss das Ergebnis der Operation mit einem Zylinder [[Image:Part_Cylinder.png|16px]] oder einer Bohrung vereinigt werden. Mit weiteren Bool'schen Operationen können zudem die abrupten Enden der Spule beseitigt werden.
* Arbeitsbereich [[Fasteners_Workbench/de|Fasteners]], zum Hinzufügen sowie Befestigen verschiedener Verbindungselemente an Bauteilen. Die Schrauben und Muttern zeigen standardmäßig kein Gewinde, aber dies kann mit einer Option gesteuert werden.
* Arbeitsbereich [[BOLTSFC_Workbench/de|BOLTSFC]], um Verbindungselemente aus der BOLTS-Bibliothek zu positionieren.


[[File:T13_00_Threads_fasteners.png|x300px]]
[[File:thread-by-vertical-profile.png|thumb|none|500px|Erstellen eines Gewindes durch Extrudieren eines Profils entlang einer Kurve. 1 - das Profil (eine [[Sketcher_Workbench/de|Zeichnung]]). 2 - die Verlaufskurve ([[Part Helix/de|Helix]]). 3 - das Ergebnis der Operation ([[Part Sweep/de|Sweep]])]]
{{Caption|Verschiedene Normschrauben, die mit dem Arbeitsbereich Fasteners eingesetzt werden. Eine Option steuert, ob ein Objekt das echte Gewinde oder nur einen einfachen Zylinder zeigt.}}


<span id="Method_2._Using_macros_(deprecated)"></span>
==== Tipps und Tricks ====
==Methode 2. Verwendung von Makros (veraltet)==


* In der Vergangenheit wurden die Teile aus der BOLTS-Bibliothek mit dem [[Macro_BOLTS/de|Makro BOLTS]] eingefügt. Dies ist nun veraltet. Stattdessen wird der Arbeitsbereich [[BOLTSFC_Workbench/de|BOLTSFC]] verwendet.
[[File:thread-by-vertical-profile-rule1.png|300px]]


* In der Vergangenheit wurde das autonome [[Macro_screw_maker1_2/de|Screw-Maker-Makro]] von ulrich1a verwendet, um einzelne Bolzen, Schrauben und Unterlegscheiben zu erstellen. Dies ist nun veraltet. Der Arbeitsbereich [[Fasteners_Workbench/de|Fasteners]] von shaise enthält das vollständige Screw-Maker-Makro zusammen mit einer Benutzerschnittstelle (GUI) zur Auswahl der richtigen Komponente.
Regel 1: Die Kurve darf sich nicht selbst schneiden, da sonst ein ungültiger Festkörper entsteht. Versuche, das Ergebnis zu vereinigen oder auszuschneiden werden sehr wahrscheinlich scheitern. Nichtsdestotrotz kann dieses Problem im 3D-Druck oder für Visualisierungen vernachlässigbar sein.


<span id="Method_3._Fake_threads:_non-helical"></span>
[[File:thread-by-vertical-profile-rule2.png|1000]]
== Methode 3. Scheingewinde: nicht spiralförmig ==


In vielen Fällen brauchen wir keine echten Gewinde, wir brauchen nur ein visuelles Anzeichen dafür, dass die Gewinde vorhanden sein werden.
Regel 2: Behalten Sie im Hinterkopf, dass das Werkzeug [[Part Helix/de|Helix]] [[Image:Part_Helix.png|16px]] in FreeCAD nicht immer präzise genug arbeitet. Als Folge kann es passieren, dass beim Vereinigen der Gewindespule mit einem Zylinder Probleme auftreten. Im Allgemeinen sollten geometrische Verknüpfungen zwischen Elementen, die mit dem Werkzeug [[Part Sweep/de|Sweep]] [[Image:Part_Sweep.png|16px]] erzeugt wurden und anderen Elementen besser vermieden werden.


Wir können ein Scheingewinde erzeugen, indem wir eine nicht spiralförmige Bahn verwenden, zum Beispiel durch Drehen eines Sägezahnprofils oder durch Stapeln von Scheiben mit konischen Kanten. Dieses Scheingewinde ist durch einfache Kontrolle kaum von dem echten schraubenförmigen Gewinde zu unterscheiden. Diese Methode ist gut geeignet, um ein gewindeähnliches Objekt zu visualisieren, aber sie ist nicht nützlich, wenn wir ein echtes Gewinde in 3D drucken müssen.
Tipp 1: Der Radius der Helix ist unbedeutend, falls kein kegelförmiges Gewinde entstehen soll. Bedeutend sind nur die Steigung und die Höhe der Kurve, d.h. es die Kurve kann für verschiene Gewinde mit gleicher Steigung wiederverwendet werden.


[[File:T13_01_Threads_comparison_fake_real.png|x300px]]
Tip 2. Keep it short (low number of turns). Long threads tend to fail in Boolean operations. Consider stacking the thread from short pieces using [[Draft Array|Draft Array]], if a long thread proves problematic.
{{Caption|Links: einfacher Bolzen mit einem unechten, nicht spiralförmigen Gewinde. Rechts: einfacher Bolzen mit einem echten spiralförmigen Gewinde. Wenn der 3D Druck nicht erforderlich ist, ist ein simuliertes Gewinde oft ausreichend für die Visualisierung.}}


<span id="Revolving_sawtooth_profile"></span>
==== Pros and cons ====
=== Umlaufendes Sägezahnprofil ===
+ Very natural way of defining thread profile


# Klicke auf {{Button|[[File:PartDesign_Body.svg|16px]] [[PartDesign_Body/de|PartDesign Körper]]}}.
+ easy to understand
# Klicke auf {{Button|[[File:PartDesign_NewSketch.svg|16px]] [[PartDesign_NewSketch/de|PartDesign Neue Skizze]]}}. Wähle {{Value|XZ_Ebene}}.
# Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Innendurchmesser {{Value|10 mm}}, Außendurchmesser um {{Value|12.6 mm}}, Steigung {{Value|3 mm}}, Zähnezahl {{Value|8}}, und Gesamthöhe {{Value|30 mm}}.
# Wähle die Skizze aus und klicke dann auf {{Button|[[File:PartDesign_Revolution.svg|16px]] [[PartDesign_Revolution/de|PartDesign Umdrehung]]}}. Wähle {{Value|Vertikale Skizzenachse}}, und drücke {{Button|OK}}.


[[File:T13_02_Threads_Sawtooth_sketch_profile.png|x300px]]
+ no problems with mesh generation, unlike method 4
{{Caption|Profil, das zur Erstellung der Umdrehung verwendet wird, die ein Gewinde simuliert.}}


[[File:T13_03_Threads_Sawtooth_revolution_1.png|x300px]] [[File:T13_04_Threads_Sawtooth_revolution_2.png|x300px]]
- due to invalidity of self-intersecting sweeps, it is next to impossible to generate a gapless thread (that is, with no cylindrical faces at the outer or inner sides of the thread)
{{Caption|Schnittdarstellung des resultierenden nicht spiralförmigen Gewindes, das durch Drehen des Sägezahnprofils um die vertikale Achse erzeugt wird.}}


<span id="Stacking_discs"></span>
- Boolean operations are required to obtain meaningful results. These take long time and fail often.
=== Stapeln von Scheiben ===


# Wiederhole die ersten beiden Schritte aus dem vorherigen Abschnitt.
- Threads with high number of turns are problematic.
# Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Innendurchmesser {{Value|10 mm}}, dem Außendurchmesser um {{Value|12.6 mm}} und der Steigung {{Value|3 mm}}, aber zeichne nur einen einzelnen Zahn des Sägezahns.
# Wähle die Skizze aus und klicke dann auf {{Button|[[File:PartDesign_Revolution.svg|16px]] [[PartDesign_Revolution/de|PartDesign Umdrehung]]}}. Wähle {{Value|Vertikale Skizzenachse}}, und drücke {{Button|OK}}.


# Wähle die {{Value|Umdrehung}}, klicke dann auf {{Button|[[File:PartDesign_LinearPattern.svg|16px]] [[PartDesign_LinearPattern/de|PartDesign Lineares Muster]]}}. Wähle {{Value|Vertikale Skizzenachse}}. Für ein Scheingewinde mit einer Steigung von {{Value|3 mm}}, setze die {{MenuCommand|Länge}} auf {{Value|3}}, und {{MenuCommand|Häufigkeiten}} auf {{Value|2}}, dann drücke {{Button|OK}}. Dadurch werden zwei Scheiben erstellt, eine über der anderen.
=== Method 4. Sweeping a horizontal profile ===
# Du kannst weitere Scheiben hinzufügen, indem du den Wert der {{MenuCommand|Häufigkeiten}} im linearen Muster, und durch Erhöhen der {{MenuCommand|Länge}}, die die Gesamtlänge des Scheingewindes darstellt.
==== Idea ====


Die {{MenuCommand|Länge}} und {{MenuCommand|Häufigkeiten}} sind miteinander verwandt. Wenn die Länge zu groß ist, aber die Anzahl der Häufigkeiten nicht hoch genug ist, hast du getrennte Scheiben, und die Berechnung des Körpers wird fehlschlagen, da das resultierende Objekt immer ein [[PartDesign_Body/de|einzelne aneinandergrenzende Festkörper]] sein muss. Um beispielsweise eine Gesamthöhe von {{Value|30 mm}} zu erhalten, setze {{MenuCommand|Länge}} auf {{Value|27 mm}} und {{MenuCommand|Häufigkeiten}} auf {{Value|10}}.
The idea is to sweep a horizontal cross-section of the thread along the helix. The main problem here is figuring out, what profile to use to obtain a certain thread.


Wenn du möchtest, kannst du einen {{Button|[[File:PartDesign_AdditiveCylinder.svg|16px]] [[PartDesign_AdditiveCylinder|/de|PartDesign AdditiverZylinder]]}} mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Scheiben entspricht und so hoch ist wie die gesamte Gewindehöhe. Dadurch werden alle Scheiben zu einem einzigen Festkörper verbunden, wodurch gewährleistet wird, dass es keine getrennten Scheiben gibt.
[[File:thread-by-horz-profile.png|600px]]


[[File:T13_05_Threads_Stacked_discs_sketch.png|x300px]]
If one uses a circle as a horizontal profile (the circle has to be placed off the origin, that offset defines the depth of the thread), thread profile will be sinusoidal.
{{Caption|Profil, das zur Erstellung der Umdrehung verwendet wird, die ein Gewinde simuliert.}}


[[File:T13_06_Threads_Stacked_discs_1.png|x300px]] [[File:T13_07_Threads_Stacked_discs_2.png|x282px]]
To obtain a standard sawtooth profile, a pair of mirrored archimedean spirals need to be fused into a wire. The resulting figure is a heart shape, which becomes barely distinguishable from a circle when the depth of the thread is small compared to its diameter (this is why such a "thick" thread is shown on the picture above).
{{Caption|Links: einzelne Scheibe, die durch Umdrehung entstanden ist. Rechts: mehrere Scheiben, die in einem linearen Muster in Z Richtung angeordnet sind und ein spiralförmiges Gewinde simulieren.}}


<span id="Method_4._Sweeping_a_vertical_profile"></span>
==== Generating the profile ====
== Methode 4. Austragen eines vertikalen Profils ==
Figuring out, what the horizontal profile needs to be made for obtaining 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|common]] between a horizontal plane face and the thread.


<span id="PartDesign_Workbench"></span>
===== Profile for triangular thread =====
===Arbeitsbereich PartDesign===
# Create a spiral (archimedian) in XY plane.
## Set number of turns to 0.5,
## the radius to the inner radius of the thread (outer radius will be this + depth of cut)
## and growth to double the depth of cut of the thread.
# [[Part Mirror|Part Mirror]] the spiral against XY plane
# [[Part Fuse|Part Fuse]] the spiral and the mirror to obtain a closed wire, shaped like a heart. Done!


Ein echtes Gewinde besteht aus einem geschlossenen Profil, das einen Festkörper entlang einer spiralförmigen Bahn austrägt.
===== Profile for arbitrary cross-section =====
[[File:thread-by-horz-profile-profileMake.png|1000px]]


# Im [[File:Workbench_Part.svg|24px]] [[Part_Workbench|Part Arbeitsbereich]], klicke auf {{Button|[[File:Part_Primitives.svg|16px]] [[Part_Primitives/de|Part Grundkörper]]}} zum Erstellen einer {{Button|[[File:Part_Helix.svg|16px]] [[Part_Helix/de|Part Helix]]}}. Gib ihm die entsprechenden Werte für {{MenuCommand|Steigung}} {{Value|3 mm}}, {{MenuCommand|Höhe}} {{Value|23 mm}}, und {{MenuCommand|Radius}} {{Value|10 mm}}.
# make a (vertical) cut profile. Make sure that the height of the sketch matches the pitch of the thread you need.
# Gehe zum [[File:Workbench_PartDesign.svg|24px]] [[PartDesign_Workbench/de|PartDesign Arbeitsbereich]], und klicke auf {{Button|[[File:PartDesign_Body.svg|16px]] [[PartDesign_Body/de|PartDesign Körper]]}}.
# make a helix1 with height identical to the pitch and the pitch identical to the thread pitch and a helix radius of 0.42*nominal diameter of the thread.
# Klicke auf {{Button|[[File:PartDesign_NewSketch.svg|16px]] [[PartDesign_NewSketch/de|PartDesign Neue Skizze]]}}. Wähle {{Value|XZ_Ebene}}.
# Sweep the cut profile along the helix1. Set make solid and frenet to true.
# Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Profil für die Gewindezähne, normalerweise eine dreieckige Form. In diesem Fall werden wir eine Höhe von {{Value|2,9 mm}} verwenden, die etwas kleiner ist als die für den Spiralpfad verwendete Steigung {{Value|3,0 mm}}. Das Profil darf keine Selbstüberschneidungen erzeugen, wenn es entlang der Spirale bewegt wird, weder zwischen den Windungen noch in der Mitte, daher kann die Skizze, wie sie für Stapelscheiben gezeigt wird, nicht verwendet werden.
# Make a circle with nominal radius of the thread in the x-y-plane.
# Wähle die Skizze aus und klicke dann auf {{Button|[[File:PartDesign_AdditivePipe.svg|16px]] [[PartDesign_AdditivePipe|PartDesign Additives Rohr]]}}. Im {{MenuCommand|Pad für die Austragung}} klicke auf {{MenuCommand|Objekt}}, und wähle das zuvor erstellte Spiralobjekt aus. Ändere dann {{MenuCommand|Ausrichtungsmodus}} in {{Value|Frenet}}, so dass das Profil den Pfad ohne Verdrehung überstreicht; drücke dann {{Button|OK}}.
# Make a face from the circle. (Part-workbench: advanced utility to create shapes, or [[Draft Upgrade]] then MakeFace = true)
# Wenn der Dialog nach einem Verweis fragt, wähle {{Value|Querverweis erstellen}}.
# cut the face with the sweep profile
# Der schraubenförmige Wendel wird erstellt, aber es gibt keinen zentralen Körper oder Welle.
# make a clone from the cut (Draft workbench)
# Klicke auf {{Button|[[File:PartDesign_AdditiveCylinder.svg|16px]] [[PartDesign_AdditiveCylinder|PartDesign Additiver Zylinder]]}} mit dem entsprechenden {{MenuCommand|Radius}} {{Value|10 mm}} und {{MenuCommand|Höhe}} {{Value|29.9 mm}}, um den Rest des spiralförmigen Gewindes zu berühren und automatisch mit ihm zu verschmelzen.
# Downgrade the clone in order to get a wire. (Draft workbench) This wire is the horizontal profile needed for this method.
# Zusätzliche boolesche Operationen sind erforderlich, um die abrupten Enden der Wendels zu formen. Sie können z.B. additive Merkmale verwenden, um der Schraube einen Kopf und eine Spitze zu geben.
# Make a helix with radius of nominal radius of the thread and a pitch of the thread and the height of the needed thread.
# Sweep the wire along the helix. Set solid and frenet to true.
You are done.


[[File:T13_08_Threads_Helical_thread_profile.png|x300px]] [[File:T13_09_Threads_Helical_thread_path.png|x300px]]
Credit: step-by-step guide from a [http://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=3&t=6506#p52558 forum post by Ulrich1a], slightly modified.
{{Caption|Links: Profil für ein spiralförmiges Gewinde. Rechts: Spiralenpfad, die zur Erzeugung einer Austragung verwendet wird.}}


[[File:T13_10_Threads_Helical_thread_coil.png|x300px]] [[File:T13_11_Threads_Helical_thread_coil_sliced.png|x300px]]
The steps are also shown in action on this video by Gaurav Prabhudesai: http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs
{{Caption|Links: spiralförmiger Wendel, die sich aus dem Austragungsvorgang des geschlossenen Profils entlang der spiralförmigen Bahn ergibt. Rechts: Schnitt durch das Wendel, der sich aus der Austragung ergibt.}}


[[File:T13_12_Threads_Helical_thread_cylinder.png|x300px]] [[File:T13_13_Threads_Helical_thread_finished.png|x300px]]
==== Pros and cons ====
{{Caption|Links: spiralförmiger Wendel, der mit einem zentralen Zylinder verschmolzen ist, um den Körper der Schraube zu bilden. Rechts: weitere Merkmale, ein Kopf und eine Spitze, hinzugefügt, um die Form der Schraube zu verbessern.}}
+ A ready-to-use thread-on-a-rod solid shape is created by the sweep directly.


<span id="Part_Workbench"></span>
+ Less or even no Boolean operations required, generation speed is very high compared to Method 3.
===Arbeitsbereich Part===


Dieser Arbeitsgang kann auch mit den Werkzeugen dem [[Part_Workbench/de|Part Arbeitsbereich]] durchgeführt werden.
+ Thread ends are nicely cut straight away
# Im [[File:Workbench_Part.svg|24px]] [[Part_Workbench|Part Arbeitsbereich]], klicke auf {{Button|[[File:Part_Primitives.svg|16px]] [[Part_Primitives/de|Part Grundkörper]]}} zum Erstellen einer {{Button|[[File:Part_Helix.svg|16px]] [[Part_Helix/de|Part Spirale]]}}. Gib ihm die entsprechenden Werte für {{MenuCommand|Steigung}}. {{Value|3 mm}}, {{MenuCommand|Höhe}} {{Value|23 mm}}, und {{MenuCommand|Radius}} {{Value|10 mm}}.
# In diesem Fall benötigst du keinen {{Button|[[File:PartDesign_Body.svg|16px]] [[PartDesign_Body/de|PartDesign Körper]]}}. Wechsle zum [[File:Workbench_Sketcher.svg|24px]] [[Sketcher_Workbench/de|Skizzierer Arbeitsbereich]], und klicke dann {{Button|[[File:Sketcher_NewSketch.svg|16px]] [[Sketcher_NewSketch/de|Skizzierer Neue Skizze]]}}, und wähle die globale XZ Ebene.
# Kehre dann zurück zum [[File:Workbench_Part.svg|24px]] [[Part_Workbench/de|Part Arbeitsbereich]], und verwende {{Button|[[File:Part_Sweep.svg|16px]] [[Part_Sweep/de|PartAustragung]]}}.
# Wähle die entsprechende Skizze aus {{MenuCommand|Verfügbares Profil}} und klicke auf den Pfeil, um sie an {{MenuCommand|Gewählte Profile}} zu übergeben.
# Klicke auf {{Button|Austragungspfad}}, und wähle alle Kanten der vorhandenen Spirale in der [[3D_view/de|3D Ansicht]]. Klicke auf {{Button|Fertig}}.
# Stelle sicher, dass die {{CheckBox|TRUE|Festkörper erzeugen}} und {{CheckBox|TRUE|Frenet}} angehakt sind. Das Erhalten eines Volumenkörpers ist der Schlüssel, um [[Part_Boolean/de|Part Boolsche]] Operationen mit dem resultierenden Wendel durchführen zu können, andernfalls wird nur eine Fläche erzeugt.
# Klicke auf {{Button|OK}}, um das Dialogfeld zu verlassen und den Wendel zu erzeugen.


Nun kannst du fortfahren, andere Grundelemente wie {{Button|[[File:Part_Cylinder.svg|16px]] [[Part_Cylinder/de|Part Zylinder]]}}, oder andere Formen, um {{Button|[[File:Part_Fuse.svg|16px]] [[Part_Fuse/de|Part Verschmelzen]]}} auszuführen, und {{Button|[[File:Part_Cut.svg|16px]] [[Part_Cut/de|Part Schnitte]]}} hinzuzufügen, um den Bau der Schraube abzuschließen.
+ Long threads are not a problem, unless a Boolean operation is needed. Otherwise, it is not going to be much better than Method 3.


[[File:T13_14_Threads_components.png|x300px]]
+ Gapless threads are not a problem.
{{Caption|Erstellen einer Gewinde-Wendel durch Austragen eines vertikalen Profils, (1) das [[Sketch/de|Skizzenprofil]], (2) der [[Part_Helix/de|wendelförmige]] Austragungspfad und (3) das Ergebnis der [[Part_Sweep/de|Austragung]].}}


<span id="Tips_for_success"></span>
- Defining thread profile is complicated.
=== Tips für den Erfolg ===


* {{Emphasis|Regel 1.}} Wenn das Profil die Wendel austrägt, darf sich die resultierende feste Wendel nicht berühren oder sich selbst schneiden, da es sich dann um einen ungültigen Festkörper handelt. Dies gilt sowohl für das Profil, das sich entlang der Wendel bewegt, als auch für Schnittpunkte in der Mitte der Spirale. Versuche, damit boolesche Operationen durchzuführen (Vereinigen oder Schneiden), werden sehr wahrscheinlich fehlschlagen. Prüfe die Qualität der Wendel mit {{Button|[[File:Part_CheckGeometry.svg|16px]] [[Part_CheckGeometry|Part GeometriePrüfen]]}}; wenn Selbstüberschneidungen gemeldet werden, musst du die Steigung der Spirale erhöhen.
- Standard mesher generates ugly meshes, which can lead to problems. Other meshers are better, Mefisto seems to give the best results.


[[File:T13_15_Threads_self_intersection.png|x300px]] [[File:T13_16_Threads_no_self_intersections_OK.png|x300px]]
- large memory footprint [http://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=3&t=12593&start=10#p101197]
{{Caption|Links: ungültige Austragung, der durch die Verwendung einer sehr kleinen Steigung der Spirale im Vergleich zur Höhe des Dreiecksprofils erzeugt wurde. Rechts: Steigung, die ausreichend groß ist und keine Selbstüberschneidungen verursacht.}}


* {{Emphasis|Regel 2.}} Wenn ein Zylinder zu einer Wendel hinzugefügt wird, um den Hauptschaft einer Schraube zu bilden, darf der Zylinder das Wendelprofil nicht berühren. Das heißt, der Zylinderradius und der Innenradius des Gewindes dürfen nicht gleich groß sein, da dies sehr wahrscheinlich zum Versagen eines Vereinigungsvorgangs führt.
Im Allgemeinen vermeide Geometrie deckungsgleich mit Elementen der Austragung, wie z.B. tangentiale Flächen oder Kanten, die Flächen berühren, mit denen sie nicht verbunden sind. Um eine guten boolesche Vereinigung herzustellen, muss sich die ausgetragene Wendel und der Zylinder überschneiden. Prüfe die Qualität der Vereinigung mit {{Button|[[File:Part_CheckGeometry.svg|16px]] [[Part_CheckGeometry|Part GeometriePrüfen]]}}; Wenn komplanare Flächen gemeldet werden, erhöhe den Radius des Zylinders um einen kleinen Betrag.
* Wenn die Wendel und der Zylinder tangential verlaufen, kann es bei nachfolgenden booleschen Operationen mit einem dritten Festkörper fehlschlagen, selbst wenn die erste Vereinigung erfolgreich ist.
* Dies ist eine Einschränkung des OpenCASCADE-Technology- (OCCT-) Kerns; im Allgemeinen kommt er mit Operationen zwischen komplanaren Flächen nicht gut zurecht.


[[File:T13_17_Threads_tangent_faces.png|x300px]] [[File:T13_18_Threads_no_tangent_faces_OK.png|x300px]]
=== Method 5. Lofting between helical extruded faces ===
{{Caption|Links: der Massivzylinder verläuft tangential zum Innenradius des Gewindes ; dies kann zu einer ungültigen boolschen Vereinigung führen. Rechts: der Zylinder hat einen etwas größeren Radius, so dass sich die beiden Festkörper schneiden; dies führt zu einer gültigen Verschmelzung.}}


* {{Emphasis|Regel 3.}} Der innere Zylinder hat eine Nahtlinie. Du solltest vermeiden, den Anfang der Wendel entlang dieser Naht zu platzieren. Drehe entweder die Spirale oder den Zylinder um einige Grad.
==== Idea ====


Helical splines will extrude coaxial faces that are able to be lofted, while FreeCAD's parametric helix won't. It takes two helical splines to define a thread. Those two can be scaled from a library spline, then located and extruded appropriately to get the form right.


* {{Emphasis|Tip 1.}} Der Radius des Spiralpfades spielt keine Rolle, es sei denn, die Spirale ist verjüngt. Alles, was zählt, ist die Steigung und die Höhe der Spirale. Das bedeutet, dass du eine einzige {{Button|[[File:Part_Helix.svg|16px]] [[Part_Helix/de|Part Spirale]]}}, verwenden kannst um mehrere Gewinde mit gleicher Steigung zu erzeugen. Was die Position der resultierenden Wendel bestimmt, ist die Position des Profils [[Sketch/de|Skizze]].


* {{Emphasis|Tip 2.}} Halte das Gewinde kurz, d.h. mit einer geringen Anzahl von Windungen. Lange Gewinde neigen dazu, bei boolschen Operationen zu versagen. Wenn du viele Windungen hinzufügen musst, ziehe in Betracht, zuerst ein kurzes Gewinde zu erstellen und dann {{Button|[[File:Draft_OrthoArray.svg|16px]] [[Draft_OrthoArray/de|Entwurf AnordnungRechtwinklig]]}}, um das gleiche Muster mehrmals zu duplizieren.
FreeCAD's parametric helixes aren't truly helical, but helical b-splines aren't difficult to lay out. One manual method is to array dodecagons (12-sided polygons) with 5mm radius/10mm diameter at 1/12mm (0.08333.mm) z intervals and trace splines from vertex to vertex in ascending and rotating order, and to consider doing it once with, say, 10 turns, so that that spline can be re-used as a library file for import and reuse. It's convenient to use 10mm diameter/1mm pitch for ease of scaling. If you are doing it manually, drawing a Dwire and then converting it to a b-spline is easier than drawing a spline. Dwires don't have curvature computed while being drawn, so they follow the cursor and snap more obediently.


* {{Emphasis|Tip 3.}} Für die 3D Visualisierung und den 3D Druck kann es in Ordnung sein, den Zylinder und das Gewinde unverschmolzen zu lassen, d.h. mit Schnittpunkten zwischen den beiden Volumenkörpern. Die Reduzierung der Anzahl der booleschen Operationen führt zu weniger Speicherverbrauch und kleineren Dateien.
Once the splines are scaled to the right size and located so that the loft will have the right included angle between the thread flanks, they're extruded along their axis, a pitch length's worth for the inner spline, the outer pitch/8.


<span id="Pros_and_cons"></span>
=== Vor- und Nachteile ===


* [[File:Edit_OK.svg|24px]] Leicht verständlich.
[[File:splineextrudeloft.png|912px]]
* [[File:Edit_OK.svg|24px]] Sehr natürliche Art der Festlegung eines Gewindeprofils.
* [[File:Edit_OK.svg|24px]] Keine Probleme mit der Netzbildung des resultierenden Objekts, im Gegensatz zu Methode 5.


* [[File:Edit_Cancel.svg|24px]] Aufgrund der Ungültigkeit sich selbst überschneidender Austragungen ist es nahezu unmöglich, ein Gewinde ohne Lücke zwischen den einzelnen Zähnen zu erzeugen, d.h. ohne gerade zylindrische Fläche an den Innenseiten des Gewindes.
* [[File:Edit_Cancel.svg|24px]] Boolesche Operationen sind erforderlich, um einen einzigen zusammenhängenden Festkörper zu erhalten. Die Berechnung boolescher Operationen nimmt relativ viel Zeit in Anspruch und schlägt häufig fehl.
* [[File:Edit_Cancel.svg|24px]] Gewinde mit einer großen Anzahl von Windungen sind problematisch.


<span id="Method_5._Sweeping_a_horizontal_profile"></span>
ISO and other threads have relieved, ie flat, inner and outer edges rather than sharp, which suits FreeCAD users with this method, because we can loft to the helical face at the nominal fastener size, while an inner face can't be lofted to an outer edge spline because a face is a closed profile, a spline is open. ISO standard says the nominal size of external threads have a face width pitch/8. The picture shows how the geometry is arranged, and the helical faces that result. Then, loft between the faces, and then a cylinder that gives the inner helical face, which ISO puts at pitch/4 width, is added to the threads.
== Methode 5. Austragen eines horizontalen Profils ==


<span id="General"></span>
=== Allgemein ===


Die Idee besteht darin, einen horizontalen Querschnitt des Gewindes entlang einer Helix auszutragen. Das Hauptproblem hierbei ist die Ermittlung des Profils, das zur Herstellung eines solchen Gewindes verwendet werden soll.
[[File:Threadform.PNG|761PX]]


[[File:thread-by-horz-profile.png|600px]]


Wenn man einen Kreis als horizontales Profil verwendet (der Kreis muss außerhalb des Ursprungs platziert werden, dieser Versatz definiert die Tiefe des Gewindes), wird das Gewindeprofil sinusförmig sein.
This method produces reliable solids that boolean properly. While it doesn't produce "parametric" screw threads in standard sizes in the sense of having simple access to form by fastener size, it's an easy way of producing an accurate library for reuse, and models of specialised forms like ACME, or Archimedian screws, are also uncomplicated as one-offs.


Um ein Standard Sägezahnprofil zu erhalten, muss ein Paar gespiegelter archimedischer Spiralen zu einem Draht verschmolzen werden. Es entsteht eine Herzform, die von einem Kreis kaum unterscheidbar wird, wenn die Tiefe des Gewindes im Vergleich zu seinem Durchmesser gering ist. Deshalb ist auf dem obigen Bild ein "dickes" Gewinde dargestellt.


<span id="Generating_the_profile"></span>
[[Category:User Documentation]]
=== Generieren des Profils ===
[[Category:Tutorials]]


Es ist nicht einfach, das horizontale Profil zu ermitteln, um ein bestimmtes vertikales Profil zu erhalten. Für einfache Fälle wie dreieckig oder trapezförmig kann es manuell konstruiert werden. Alternativ kann es konstruiert werden, indem man mit Methode 4. ein kurzes Gewinde erzeugt und ein Stück davon durch ein [[Part_Common/de|Part Schnittmenge]] zwischen einer horizontalen ebenen Fläche und dem Gewinde erhält.
{{clear}}

<languages/>
<span id="Profile_for_triangular_thread"></span>
==== Profil für ein dreieckigförmiges Gewinde ====

# Erstelle zuerst eine archimedische Spirale in der XY Ebene
## Setze die Anzahl der Windungen auf 0.5
## Setze den Radius auf den Innenradius des Gewindes, der Außenradius entspricht diesem plus der Schnitttiefe.
## Stelle das Wachstum auf die doppelte Schnitttiefe des Gewindes ein.
## [[Part_Mirror/de|Part Spiegel]] die Spirale gegen die XY Ebene
# [[Part_Fuse/de|Part Verschmelzen]] die Spirale und den Spiegel, um einen geschlossenen Draht zu erhalten, der wie ein Herz geformt ist.

<span id="Profile_for_arbitrary_cross-section"></span>
==== Profil für beliebigen Querschnitt ====

[[File:thread-by-horz-profile-profileMake.png|1000px]]

# Erstelle ein vertikales Schnittprofil. Stelle sicher, dass die Höhe der Skizze mit der Steigung des Gewindes übereinstimmt, das du benötigst.



# erstelle eine Helix1 mit einer Höhe, die der Steigung entspricht, und einer Steigung, die der Gewindesteigung entspricht, und einem Helixradius von 0,42*Nenndurchmesser des Gewindes.
# trage das Schnittprofil entlang der Helix1 aus. Hake an ''Erzeuge Volumenkörper'' und ''Frenet''.
# Erstelle einen Kreis mit dem Nennradius des Gewindes in der x-y-Ebene.
# Erstelle eine Fläche aus dem Kreis. (Part Arbeitsbereich: erweitertes Dienstprogramm zum Erstellen von Formen oder [[Draft Upgrade/de|Entwurf Hochstufen]] und ErstelleFläche = true)
# die Fläche mit dem Sweep Profil schneiden# einen Klon aus dem Schnitt erstellen (Entwurf Arbeitsbereich)
# Herabstufung des Klons, um einen Draht zu erlangen. (Entwurf Arbeitsbereich) Dieser Draht ist das horizontale Profil, das für diese Methode benötigt wird.
# Erstelle eine Spirale mit dem Radius des Nennradius des Gewindes und einer Steigung des Gewindes und der Höhe des benötigten Gewindes.
# Trage den Draht entlang der Spirale aus. Hake Vollmaterial und Frenet an.
Fertig.

Die Schritt-für-Schritt Anleitung wurde diesem [http://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=3&t=6506#p52558 Forumsantwort von Ulrich1a] entnommen. ("Erstellen eines Gewindes: Unerwartete Ergebnisse"), leicht modifiziert.

Die Schritte werden auch in Aktion gezeigt auf [http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs dieses Video von Gaurav Prabhudesai] ("FreeCAD : Wie Gewinde erstellen").

<span id="Pros_and_cons"></span>
=== Vor- und Nachteile ===

* [[File:Edit_OK.svg|24px]] eine gebrauchsfertige, massive Gewinde-auf-einer-Stange Massivform wird direkt durch die Austragung erzeugt.
* [[File:Edit_OK.svg|24px]] Es werden weniger oder sogar keine booleschen Operationen erforderlich, so dass die Generierungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Methode 4. sehr hoch ist.
* [[File:Edit_OK.svg|24px]] Gewindeenden werden sofort schön geschnitten
* [[File:Edit_OK.svg|24px]] lange Gewinde sind kein Problem, es sei denn, es ist eine boolesche Operation erforderlich. Andernfalls wird sie nicht viel besser als Methode 4. sein.
* [[File:Edit_OK.svg|24px]] Gewinde ohne Lücke sind kein Problem.

* [[File:Edit_Cancel.svg|24px]] die Festlegung des Gewindeprofils ist kompliziert.
* [[File:Edit_Cancel.svg|24px]] Die Verwendung des Standardnetz mit einem auf diese Weise erzeugten Gewinde erzeugt hässliche Netze, was zu Problemen führen kann. Andere Netze sind besser, z.B. scheint Mefisto die besten Ergebnisse zu liefern.
* [[File:Edit_Cancel.svg|24px]] großer Speicherplatzbedarf gemäß der [http://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=3&t=12593&start=10#p101197 Zusammenstellung von Gewinde-Modellierungstechniken].

<span id="Method_6._Lofting_between_helical_extruded_faces"></span>
== Methode 6. Ausformung zwischen wendelförmig extrudierten Flächen ==

<span id="General"></span>
=== Allgemein ===

Wendelförmige Splines extrudieren koaxiale Flächen, die ausgeformt werden können, während die parametrische Wendel von FreeCAD dies nicht tut. Zur Definition eines Gewindes sind zwei wendelförmige Splines erforderlich. Diese beiden können aus einem Bibliotheks Spline skaliert und dann entsprechend positioniert und extrudiert werden, um die richtige Form zu erhalten.

Die parametrischen Wendel von FreeCAD sind nicht wirklich spiralförmig, aber wendelförmige B-Splines sind nicht schwer zu entwerfen. Eine manuelle Methode besteht darin, Zwölfeck Polygone (12-seitige Polygone) mit 5 mm Radius/10 mm Durchmesser in 1/12mm (0,08333.mm) z Intervallen anzuordnen und Splines von Knotenpunkt zu Knotenpunkt in aufsteigender und rotierender Folge zu verfolgen, und es in Betracht zu ziehen, dies einmal mit z.B. 10 Windungen zu tun, so dass dieser Spline als Bibliotheksdatei für den Import und die Wiederverwendung wiederverwendet werden kann. Es ist praktisch, 10 mm Durchmesser/1 mm Teilung zu verwenden, um die Skalierung zu erleichtern. Wenn du es manuell machst, ist es einfacher, einen DDraht zu zeichnen und ihn dann in einen B-Spline zu konvertieren, als einen Spline zu zeichnen. Bei Drähten wird die Krümmung nicht während des Zeichnens berechnet, so dass sie dem Cursor folgen und gefügiger einrasten.

Sobald die Splines auf die richtige Größe skaliert und so angeordnet sind, dass die Ausformung den richtigen Winkel zwischen den Gewindeflanken aufweist, werden sie entlang ihrer Achse extrudiert, wobei eine Steigungslänge für den inneren Spline, die äußere Steigung/8, gilt.

[[File:splineextrudeloft.png|912px]]

ISO- und andere Gewinde haben reduzierte, d.h. flache, innere und äußere Kanten statt scharfer, was für FreeCAD Anwender mit dieser Methode geeignet ist, da wir die wendelförmige Stirnfläche bei der nominalen Größe der Befestigungselemente loften können, während eine Innenfläche nicht an einen Spline an der Außenkante geloft werden kann, weil eine Fläche ein geschlossenes Profil ist, ein Spline ist offen. Die ISO Norm besagt, dass die Nenngröße von Außengewinden eine Steigung der Stirnfläche von 8 mm haben. Das Bild zeigt die Anordnung der Geometrie und die daraus resultierenden wendelförmigen Flächen. Dann ausgeformt zwischen den Stirnseiten, und dann ein Zylinder, der die innere wendelförmige Stirnfläche ergibt, die nach ISO eine Steigung von 4/4 Breite hat, wird zu den Gewinden hinzugefügt.

[[File:Threadform.PNG|761PX]]

Diese Methode erzeugt zuverlässige Festkörper, die korrekt boolesch sind. Obwohl sie keine "parametrischen" Schraubengewinde in Standardgrößen im Sinne eines einfachen Zugriffs auf die Form durch die Größe des Befestigungselements erzeugt, ist es eine einfache Möglichkeit, eine genaue Bibliothek zur Wiederverwendung zu erstellen, und Modelle von Spezialformen wie ACME oder archimedische Schrauben sind auch als Einzelstücke unkompliziert.


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Latest revision as of 22:28, 15 January 2024

Tutorium
Thema
Produktgestaltung
Niveau
Fortgeschrittene
Zeit zum Abschluss
60 Minuten
Autoren
DeepSOIC, Murdic, vocx
FreeCAD-Version
0.19
Beispieldateien
Aktualisiert: Gewinde für Schrauben Tutorium
Siehe auch
None

Einführung

Dieses Tutorium ist eine Sammlung von Techniken zum Modellieren von Schraubengewinden in FreeCAD. Es wurde für v0.19 aktualisiert, obwohl der Gesamtprozess seit v0.14, als das Tutorial ursprünglich geschrieben wurde, im Wesentlichen gleich geblieben ist. Der aktualisierte Inhalt konzentriert sich auf den Arbeitsbereich PartDesign, um das Gewinde zu erstellen, verwendet aber nicht das Werkzeug PartDesign WendelHinzufügen, da dieses erst später eingeführt wurde.

In herkömmlichen CAD Systemen wird von der Modellierung von Schraubengewinden abgeraten, da dies eine große Belastung für den Modellierungskern sowie für die Darstellung der Formen darstellt. In herkömmlichen Systemen muss ein Gewinde nicht direkt im 3D Raum dargestellt werden, da es in der technischen 2D Zeichnung, die zur Fertigung geschickt wird, mit seinen erforderlichen Eigenschaften angegeben werden kann. Mit der Popularisierung der additiven Fertigung (3D Druck) besteht nun jedoch ein echter Bedarf, 3D Gewinde zu modellieren, um sie genau so drucken zu können, wie sie entworfen wurden. Dafür ist dieses Tutorium gedacht.

Viele der hier vorgestellten Techniken wurden aus verschiedenen Forumsbeiträgen zusammengetragen:

Siehe auch hilfreiche Videos:

Denke daran, dass Gewindeformen viel Speicherplatz beanspruchen und dass ein einziges Gewinde in einem Dokument die Dateigröße erheblich erhöhen kann, weshalb dem Benutzer empfohlen wird, Gewinde nur dann zu erstellen, wenn dies absolut notwendig ist.

Methode 1. Verwendung von Dienstprogrammen und Teilen der Arbeitsbereiche

Die Verwendung von Dienstprogrammen und Teilen, die andere Leute erstellt haben, ist einfach und zeitsparend. Siehe Seite externe Arbeitsbereiche für Informationen über externe Werkzeuge.

Insbesondere werden drei Quellen empfohlen, die über den Addon-Manager installiert werden können:

  • Arbeitsbereich Fasteners, zum Hinzufügen sowie Befestigen verschiedener Verbindungselemente an Bauteilen. Die Schrauben und Muttern zeigen standardmäßig kein Gewinde, aber dies kann mit einer Option gesteuert werden.
  • Arbeitsbereich BOLTSFC, um Verbindungselemente aus der BOLTS-Bibliothek zu positionieren.

Verschiedene Normschrauben, die mit dem Arbeitsbereich Fasteners eingesetzt werden. Eine Option steuert, ob ein Objekt das echte Gewinde oder nur einen einfachen Zylinder zeigt.

Methode 2. Verwendung von Makros (veraltet)

  • In der Vergangenheit wurden die Teile aus der BOLTS-Bibliothek mit dem Makro BOLTS eingefügt. Dies ist nun veraltet. Stattdessen wird der Arbeitsbereich BOLTSFC verwendet.
  • In der Vergangenheit wurde das autonome Screw-Maker-Makro von ulrich1a verwendet, um einzelne Bolzen, Schrauben und Unterlegscheiben zu erstellen. Dies ist nun veraltet. Der Arbeitsbereich Fasteners von shaise enthält das vollständige Screw-Maker-Makro zusammen mit einer Benutzerschnittstelle (GUI) zur Auswahl der richtigen Komponente.

Methode 3. Scheingewinde: nicht spiralförmig

In vielen Fällen brauchen wir keine echten Gewinde, wir brauchen nur ein visuelles Anzeichen dafür, dass die Gewinde vorhanden sein werden.

Wir können ein Scheingewinde erzeugen, indem wir eine nicht spiralförmige Bahn verwenden, zum Beispiel durch Drehen eines Sägezahnprofils oder durch Stapeln von Scheiben mit konischen Kanten. Dieses Scheingewinde ist durch einfache Kontrolle kaum von dem echten schraubenförmigen Gewinde zu unterscheiden. Diese Methode ist gut geeignet, um ein gewindeähnliches Objekt zu visualisieren, aber sie ist nicht nützlich, wenn wir ein echtes Gewinde in 3D drucken müssen.

Links: einfacher Bolzen mit einem unechten, nicht spiralförmigen Gewinde. Rechts: einfacher Bolzen mit einem echten spiralförmigen Gewinde. Wenn der 3D Druck nicht erforderlich ist, ist ein simuliertes Gewinde oft ausreichend für die Visualisierung.

Umlaufendes Sägezahnprofil

  1. Klicke auf PartDesign Körper.
  2. Klicke auf PartDesign Neue Skizze. Wähle XZ_Ebene.
  3. Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Innendurchmesser 10 mm, Außendurchmesser um 12.6 mm, Steigung 3 mm, Zähnezahl 8, und Gesamthöhe 30 mm.
  4. Wähle die Skizze aus und klicke dann auf PartDesign Umdrehung. Wähle Vertikale Skizzenachse, und drücke OK.

Profil, das zur Erstellung der Umdrehung verwendet wird, die ein Gewinde simuliert.

Schnittdarstellung des resultierenden nicht spiralförmigen Gewindes, das durch Drehen des Sägezahnprofils um die vertikale Achse erzeugt wird.

Stapeln von Scheiben

  1. Wiederhole die ersten beiden Schritte aus dem vorherigen Abschnitt.
  2. Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Innendurchmesser 10 mm, dem Außendurchmesser um 12.6 mm und der Steigung 3 mm, aber zeichne nur einen einzelnen Zahn des Sägezahns.
  3. Wähle die Skizze aus und klicke dann auf PartDesign Umdrehung. Wähle Vertikale Skizzenachse, und drücke OK.
  1. Wähle die Umdrehung, klicke dann auf PartDesign Lineares Muster. Wähle Vertikale Skizzenachse. Für ein Scheingewinde mit einer Steigung von 3 mm, setze die Länge auf 3, und Häufigkeiten auf 2, dann drücke OK. Dadurch werden zwei Scheiben erstellt, eine über der anderen.
  2. Du kannst weitere Scheiben hinzufügen, indem du den Wert der Häufigkeiten im linearen Muster, und durch Erhöhen der Länge, die die Gesamtlänge des Scheingewindes darstellt.

Die Länge und Häufigkeiten sind miteinander verwandt. Wenn die Länge zu groß ist, aber die Anzahl der Häufigkeiten nicht hoch genug ist, hast du getrennte Scheiben, und die Berechnung des Körpers wird fehlschlagen, da das resultierende Objekt immer ein einzelne aneinandergrenzende Festkörper sein muss. Um beispielsweise eine Gesamthöhe von 30 mm zu erhalten, setze Länge auf 27 mm und Häufigkeiten auf 10.

Wenn du möchtest, kannst du einen /de|PartDesign AdditiverZylinder mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Scheiben entspricht und so hoch ist wie die gesamte Gewindehöhe. Dadurch werden alle Scheiben zu einem einzigen Festkörper verbunden, wodurch gewährleistet wird, dass es keine getrennten Scheiben gibt.

Profil, das zur Erstellung der Umdrehung verwendet wird, die ein Gewinde simuliert.

Links: einzelne Scheibe, die durch Umdrehung entstanden ist. Rechts: mehrere Scheiben, die in einem linearen Muster in Z Richtung angeordnet sind und ein spiralförmiges Gewinde simulieren.

Methode 4. Austragen eines vertikalen Profils

Arbeitsbereich PartDesign

Ein echtes Gewinde besteht aus einem geschlossenen Profil, das einen Festkörper entlang einer spiralförmigen Bahn austrägt.

  1. Im Part Arbeitsbereich, klicke auf Part Grundkörper zum Erstellen einer Part Helix. Gib ihm die entsprechenden Werte für Steigung 3 mm, Höhe 23 mm, und Radius 10 mm.
  2. Gehe zum PartDesign Arbeitsbereich, und klicke auf PartDesign Körper.
  3. Klicke auf PartDesign Neue Skizze. Wähle XZ_Ebene.
  4. Zeichne eine geschlossene Skizze mit dem erforderlichen Profil für die Gewindezähne, normalerweise eine dreieckige Form. In diesem Fall werden wir eine Höhe von 2,9 mm verwenden, die etwas kleiner ist als die für den Spiralpfad verwendete Steigung 3,0 mm. Das Profil darf keine Selbstüberschneidungen erzeugen, wenn es entlang der Spirale bewegt wird, weder zwischen den Windungen noch in der Mitte, daher kann die Skizze, wie sie für Stapelscheiben gezeigt wird, nicht verwendet werden.
  5. Wähle die Skizze aus und klicke dann auf PartDesign Additives Rohr. Im Pad für die Austragung klicke auf Objekt, und wähle das zuvor erstellte Spiralobjekt aus. Ändere dann Ausrichtungsmodus in Frenet, so dass das Profil den Pfad ohne Verdrehung überstreicht; drücke dann OK.
  6. Wenn der Dialog nach einem Verweis fragt, wähle Querverweis erstellen.
  7. Der schraubenförmige Wendel wird erstellt, aber es gibt keinen zentralen Körper oder Welle.
  8. Klicke auf PartDesign Additiver Zylinder mit dem entsprechenden Radius 10 mm und Höhe 29.9 mm, um den Rest des spiralförmigen Gewindes zu berühren und automatisch mit ihm zu verschmelzen.
  9. Zusätzliche boolesche Operationen sind erforderlich, um die abrupten Enden der Wendels zu formen. Sie können z.B. additive Merkmale verwenden, um der Schraube einen Kopf und eine Spitze zu geben.

Links: Profil für ein spiralförmiges Gewinde. Rechts: Spiralenpfad, die zur Erzeugung einer Austragung verwendet wird.

Links: spiralförmiger Wendel, die sich aus dem Austragungsvorgang des geschlossenen Profils entlang der spiralförmigen Bahn ergibt. Rechts: Schnitt durch das Wendel, der sich aus der Austragung ergibt.

Links: spiralförmiger Wendel, der mit einem zentralen Zylinder verschmolzen ist, um den Körper der Schraube zu bilden. Rechts: weitere Merkmale, ein Kopf und eine Spitze, hinzugefügt, um die Form der Schraube zu verbessern.

Arbeitsbereich Part

Dieser Arbeitsgang kann auch mit den Werkzeugen dem Part Arbeitsbereich durchgeführt werden.

  1. Im Part Arbeitsbereich, klicke auf Part Grundkörper zum Erstellen einer Part Spirale. Gib ihm die entsprechenden Werte für Steigung. 3 mm, Höhe 23 mm, und Radius 10 mm.
  2. In diesem Fall benötigst du keinen PartDesign Körper. Wechsle zum Skizzierer Arbeitsbereich, und klicke dann Skizzierer Neue Skizze, und wähle die globale XZ Ebene.
  3. Kehre dann zurück zum Part Arbeitsbereich, und verwende PartAustragung.
  4. Wähle die entsprechende Skizze aus Verfügbares Profil und klicke auf den Pfeil, um sie an Gewählte Profile zu übergeben.
  5. Klicke auf Austragungspfad, und wähle alle Kanten der vorhandenen Spirale in der 3D Ansicht. Klicke auf Fertig.
  6. Stelle sicher, dass die Festkörper erzeugen und Frenet angehakt sind. Das Erhalten eines Volumenkörpers ist der Schlüssel, um Part Boolsche Operationen mit dem resultierenden Wendel durchführen zu können, andernfalls wird nur eine Fläche erzeugt.
  7. Klicke auf OK, um das Dialogfeld zu verlassen und den Wendel zu erzeugen.

Nun kannst du fortfahren, andere Grundelemente wie Part Zylinder, oder andere Formen, um Part Verschmelzen auszuführen, und Part Schnitte hinzuzufügen, um den Bau der Schraube abzuschließen.

Erstellen einer Gewinde-Wendel durch Austragen eines vertikalen Profils, (1) das Skizzenprofil, (2) der wendelförmige Austragungspfad und (3) das Ergebnis der Austragung.

Tips für den Erfolg

  • Regel 1. Wenn das Profil die Wendel austrägt, darf sich die resultierende feste Wendel nicht berühren oder sich selbst schneiden, da es sich dann um einen ungültigen Festkörper handelt. Dies gilt sowohl für das Profil, das sich entlang der Wendel bewegt, als auch für Schnittpunkte in der Mitte der Spirale. Versuche, damit boolesche Operationen durchzuführen (Vereinigen oder Schneiden), werden sehr wahrscheinlich fehlschlagen. Prüfe die Qualität der Wendel mit Part GeometriePrüfen; wenn Selbstüberschneidungen gemeldet werden, musst du die Steigung der Spirale erhöhen.

Links: ungültige Austragung, der durch die Verwendung einer sehr kleinen Steigung der Spirale im Vergleich zur Höhe des Dreiecksprofils erzeugt wurde. Rechts: Steigung, die ausreichend groß ist und keine Selbstüberschneidungen verursacht.

  • Regel 2. Wenn ein Zylinder zu einer Wendel hinzugefügt wird, um den Hauptschaft einer Schraube zu bilden, darf der Zylinder das Wendelprofil nicht berühren. Das heißt, der Zylinderradius und der Innenradius des Gewindes dürfen nicht gleich groß sein, da dies sehr wahrscheinlich zum Versagen eines Vereinigungsvorgangs führt.

Im Allgemeinen vermeide Geometrie deckungsgleich mit Elementen der Austragung, wie z.B. tangentiale Flächen oder Kanten, die Flächen berühren, mit denen sie nicht verbunden sind. Um eine guten boolesche Vereinigung herzustellen, muss sich die ausgetragene Wendel und der Zylinder überschneiden. Prüfe die Qualität der Vereinigung mit Part GeometriePrüfen; Wenn komplanare Flächen gemeldet werden, erhöhe den Radius des Zylinders um einen kleinen Betrag.

  • Wenn die Wendel und der Zylinder tangential verlaufen, kann es bei nachfolgenden booleschen Operationen mit einem dritten Festkörper fehlschlagen, selbst wenn die erste Vereinigung erfolgreich ist.
  • Dies ist eine Einschränkung des OpenCASCADE-Technology- (OCCT-) Kerns; im Allgemeinen kommt er mit Operationen zwischen komplanaren Flächen nicht gut zurecht.

Links: der Massivzylinder verläuft tangential zum Innenradius des Gewindes ; dies kann zu einer ungültigen boolschen Vereinigung führen. Rechts: der Zylinder hat einen etwas größeren Radius, so dass sich die beiden Festkörper schneiden; dies führt zu einer gültigen Verschmelzung.

  • Regel 3. Der innere Zylinder hat eine Nahtlinie. Du solltest vermeiden, den Anfang der Wendel entlang dieser Naht zu platzieren. Drehe entweder die Spirale oder den Zylinder um einige Grad.


  • Tip 1. Der Radius des Spiralpfades spielt keine Rolle, es sei denn, die Spirale ist verjüngt. Alles, was zählt, ist die Steigung und die Höhe der Spirale. Das bedeutet, dass du eine einzige Part Spirale, verwenden kannst um mehrere Gewinde mit gleicher Steigung zu erzeugen. Was die Position der resultierenden Wendel bestimmt, ist die Position des Profils Skizze.
  • Tip 2. Halte das Gewinde kurz, d.h. mit einer geringen Anzahl von Windungen. Lange Gewinde neigen dazu, bei boolschen Operationen zu versagen. Wenn du viele Windungen hinzufügen musst, ziehe in Betracht, zuerst ein kurzes Gewinde zu erstellen und dann Entwurf AnordnungRechtwinklig, um das gleiche Muster mehrmals zu duplizieren.
  • Tip 3. Für die 3D Visualisierung und den 3D Druck kann es in Ordnung sein, den Zylinder und das Gewinde unverschmolzen zu lassen, d.h. mit Schnittpunkten zwischen den beiden Volumenkörpern. Die Reduzierung der Anzahl der booleschen Operationen führt zu weniger Speicherverbrauch und kleineren Dateien.

Vor- und Nachteile

  • Leicht verständlich.
  • Sehr natürliche Art der Festlegung eines Gewindeprofils.
  • Keine Probleme mit der Netzbildung des resultierenden Objekts, im Gegensatz zu Methode 5.
  • Aufgrund der Ungültigkeit sich selbst überschneidender Austragungen ist es nahezu unmöglich, ein Gewinde ohne Lücke zwischen den einzelnen Zähnen zu erzeugen, d.h. ohne gerade zylindrische Fläche an den Innenseiten des Gewindes.
  • Boolesche Operationen sind erforderlich, um einen einzigen zusammenhängenden Festkörper zu erhalten. Die Berechnung boolescher Operationen nimmt relativ viel Zeit in Anspruch und schlägt häufig fehl.
  • Gewinde mit einer großen Anzahl von Windungen sind problematisch.

Methode 5. Austragen eines horizontalen Profils

Allgemein

Die Idee besteht darin, einen horizontalen Querschnitt des Gewindes entlang einer Helix auszutragen. Das Hauptproblem hierbei ist die Ermittlung des Profils, das zur Herstellung eines solchen Gewindes verwendet werden soll.

Wenn man einen Kreis als horizontales Profil verwendet (der Kreis muss außerhalb des Ursprungs platziert werden, dieser Versatz definiert die Tiefe des Gewindes), wird das Gewindeprofil sinusförmig sein.

Um ein Standard Sägezahnprofil zu erhalten, muss ein Paar gespiegelter archimedischer Spiralen zu einem Draht verschmolzen werden. Es entsteht eine Herzform, die von einem Kreis kaum unterscheidbar wird, wenn die Tiefe des Gewindes im Vergleich zu seinem Durchmesser gering ist. Deshalb ist auf dem obigen Bild ein "dickes" Gewinde dargestellt.

Generieren des Profils

Es ist nicht einfach, das horizontale Profil zu ermitteln, um ein bestimmtes vertikales Profil zu erhalten. Für einfache Fälle wie dreieckig oder trapezförmig kann es manuell konstruiert werden. Alternativ kann es konstruiert werden, indem man mit Methode 4. ein kurzes Gewinde erzeugt und ein Stück davon durch ein Part Schnittmenge zwischen einer horizontalen ebenen Fläche und dem Gewinde erhält.

Profil für ein dreieckigförmiges Gewinde

  1. Erstelle zuerst eine archimedische Spirale in der XY Ebene
    1. Setze die Anzahl der Windungen auf 0.5
    2. Setze den Radius auf den Innenradius des Gewindes, der Außenradius entspricht diesem plus der Schnitttiefe.
    3. Stelle das Wachstum auf die doppelte Schnitttiefe des Gewindes ein.
    4. Part Spiegel die Spirale gegen die XY Ebene
  2. Part Verschmelzen die Spirale und den Spiegel, um einen geschlossenen Draht zu erhalten, der wie ein Herz geformt ist.

Profil für beliebigen Querschnitt

  1. Erstelle ein vertikales Schnittprofil. Stelle sicher, dass die Höhe der Skizze mit der Steigung des Gewindes übereinstimmt, das du benötigst.


  1. erstelle eine Helix1 mit einer Höhe, die der Steigung entspricht, und einer Steigung, die der Gewindesteigung entspricht, und einem Helixradius von 0,42*Nenndurchmesser des Gewindes.
  2. trage das Schnittprofil entlang der Helix1 aus. Hake an Erzeuge Volumenkörper und Frenet.
  3. Erstelle einen Kreis mit dem Nennradius des Gewindes in der x-y-Ebene.
  4. Erstelle eine Fläche aus dem Kreis. (Part Arbeitsbereich: erweitertes Dienstprogramm zum Erstellen von Formen oder Entwurf Hochstufen und ErstelleFläche = true)
  5. die Fläche mit dem Sweep Profil schneiden# einen Klon aus dem Schnitt erstellen (Entwurf Arbeitsbereich)
  6. Herabstufung des Klons, um einen Draht zu erlangen. (Entwurf Arbeitsbereich) Dieser Draht ist das horizontale Profil, das für diese Methode benötigt wird.
  7. Erstelle eine Spirale mit dem Radius des Nennradius des Gewindes und einer Steigung des Gewindes und der Höhe des benötigten Gewindes.
  8. Trage den Draht entlang der Spirale aus. Hake Vollmaterial und Frenet an.

Fertig.

Die Schritt-für-Schritt Anleitung wurde diesem Forumsantwort von Ulrich1a entnommen. ("Erstellen eines Gewindes: Unerwartete Ergebnisse"), leicht modifiziert.

Die Schritte werden auch in Aktion gezeigt auf dieses Video von Gaurav Prabhudesai ("FreeCAD : Wie Gewinde erstellen").

Vor- und Nachteile

  • eine gebrauchsfertige, massive Gewinde-auf-einer-Stange Massivform wird direkt durch die Austragung erzeugt.
  • Es werden weniger oder sogar keine booleschen Operationen erforderlich, so dass die Generierungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Methode 4. sehr hoch ist.
  • Gewindeenden werden sofort schön geschnitten
  • lange Gewinde sind kein Problem, es sei denn, es ist eine boolesche Operation erforderlich. Andernfalls wird sie nicht viel besser als Methode 4. sein.
  • Gewinde ohne Lücke sind kein Problem.
  • die Festlegung des Gewindeprofils ist kompliziert.
  • Die Verwendung des Standardnetz mit einem auf diese Weise erzeugten Gewinde erzeugt hässliche Netze, was zu Problemen führen kann. Andere Netze sind besser, z.B. scheint Mefisto die besten Ergebnisse zu liefern.
  • großer Speicherplatzbedarf gemäß der Zusammenstellung von Gewinde-Modellierungstechniken.

Methode 6. Ausformung zwischen wendelförmig extrudierten Flächen

Allgemein

Wendelförmige Splines extrudieren koaxiale Flächen, die ausgeformt werden können, während die parametrische Wendel von FreeCAD dies nicht tut. Zur Definition eines Gewindes sind zwei wendelförmige Splines erforderlich. Diese beiden können aus einem Bibliotheks Spline skaliert und dann entsprechend positioniert und extrudiert werden, um die richtige Form zu erhalten.

Die parametrischen Wendel von FreeCAD sind nicht wirklich spiralförmig, aber wendelförmige B-Splines sind nicht schwer zu entwerfen. Eine manuelle Methode besteht darin, Zwölfeck Polygone (12-seitige Polygone) mit 5 mm Radius/10 mm Durchmesser in 1/12mm (0,08333.mm) z Intervallen anzuordnen und Splines von Knotenpunkt zu Knotenpunkt in aufsteigender und rotierender Folge zu verfolgen, und es in Betracht zu ziehen, dies einmal mit z.B. 10 Windungen zu tun, so dass dieser Spline als Bibliotheksdatei für den Import und die Wiederverwendung wiederverwendet werden kann. Es ist praktisch, 10 mm Durchmesser/1 mm Teilung zu verwenden, um die Skalierung zu erleichtern. Wenn du es manuell machst, ist es einfacher, einen DDraht zu zeichnen und ihn dann in einen B-Spline zu konvertieren, als einen Spline zu zeichnen. Bei Drähten wird die Krümmung nicht während des Zeichnens berechnet, so dass sie dem Cursor folgen und gefügiger einrasten.

Sobald die Splines auf die richtige Größe skaliert und so angeordnet sind, dass die Ausformung den richtigen Winkel zwischen den Gewindeflanken aufweist, werden sie entlang ihrer Achse extrudiert, wobei eine Steigungslänge für den inneren Spline, die äußere Steigung/8, gilt.

ISO- und andere Gewinde haben reduzierte, d.h. flache, innere und äußere Kanten statt scharfer, was für FreeCAD Anwender mit dieser Methode geeignet ist, da wir die wendelförmige Stirnfläche bei der nominalen Größe der Befestigungselemente loften können, während eine Innenfläche nicht an einen Spline an der Außenkante geloft werden kann, weil eine Fläche ein geschlossenes Profil ist, ein Spline ist offen. Die ISO Norm besagt, dass die Nenngröße von Außengewinden eine Steigung der Stirnfläche von 8 mm haben. Das Bild zeigt die Anordnung der Geometrie und die daraus resultierenden wendelförmigen Flächen. Dann ausgeformt zwischen den Stirnseiten, und dann ein Zylinder, der die innere wendelförmige Stirnfläche ergibt, die nach ISO eine Steigung von 4/4 Breite hat, wird zu den Gewinden hinzugefügt.

761PX

Diese Methode erzeugt zuverlässige Festkörper, die korrekt boolesch sind. Obwohl sie keine "parametrischen" Schraubengewinde in Standardgrößen im Sinne eines einfachen Zugriffs auf die Form durch die Größe des Befestigungselements erzeugt, ist es eine einfache Möglichkeit, eine genaue Bibliothek zur Wiederverwendung zu erstellen, und Modelle von Spezialformen wie ACME oder archimedische Schrauben sind auch als Einzelstücke unkompliziert.