Thread for Screw Tutorial/pl

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

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.

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).

Metoda 2. Imitacja przez ułożenie stosu krążków.
Jest to bardzo dobry sposób na wizualizację gwintów, przy jednoczesnym zachowaniu prostoty geometrii.

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.



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).

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



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.



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.

Zalety i wady
+ bardzo przyjazny sposób definiowania profilu gwintu,

+ koncepcja budowy modelu łatwa do zrozumienia,

+ metoda bezproblemowa w generowaniu siatki, w przeciwieństwie do metody 4,

- 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),

- wymagane są operacje logiczne, w celu uzyskania wiarygodnych wyników; operacje te są długotrwałe i często bezskuteczne,

- gwinty o dużej liczbie zwojów są problematyczne.

Zamysł
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.

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.

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.

Credit: step-by-step guide from a forum post by Ulrich1a, slightly modified.

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,

+ mniejsza liczba operacji logicznych lub nawet ich brak, prędkość generowania jest bardzo wysoka w porównaniu z metodą 3,

+ krawędzie gwintów są od razu ładnie odcięte,

+ długie gwinty nie stanowią problemu, chyba że potrzebna jest operacja logiczna; Inaczej metoda ta będzie nie lepsze niż metoda 3,

+ generowanie gwintów bez szczelin nie stwarza problemu,

- zdefiniowanie kształtu gwintu jest skomplikowane,

- w standardowej siatce powstają brzydkie oczka, co może prowadzić do problemów; inne typy siatki są lepsze, typ Mefisto wydaje się dawać najlepsze rezultaty,

- zajmowana jest duża przestrzeń pamięci, 

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.